[发明专利]便于微观试验制样的温控固结仪及其使用方法

说明书

本发明公开了一种便于微观试验制样的温控固结仪及其使用方法，其由固结仪主体和用于对固结仪主体内的试样进行固化的固化系统组成，固结仪主体包括固结装置、压力加载装置、吸力控制装置、试样温控装置和数据采集与分析系统；固结装置内放置试样，压力加载装置固定于固结装置上方，为试样提供所需的固结压力；吸力控制装置与固结装置固定连接，控制固结装置中的基质吸力；试样温控装置与固结装置固定连接，为固结装置提供不同温度的试验环境；数据采集与分析系统与固结装置电性连接，以测量、分析和显示固结装置中试样的试验数据，固结装置通过导管与固化系统连接。解决了现有固结仪不便于在不同温度环境下制备结构完整的微观试验小试样的问题。

技术领域

本发明属于土木、水利、电力、环境和能源等行业的新型土工试验设备领域，具体涉及一种便于微观试验制样的温控固结仪及其使用方法。

背景技术

固结仪主要用于研究土体的压缩性能与持水特性。在实施过程中，越来越多的工程问题，如供热管道埋设、高压电缆敷设、垃圾填埋、地震灾害、热能地下储存、核废料地下处置、地热能开发利用、软基冷冻加固、冻土冻胀融沉等，都涉及到不同温度环境对饱和与非饱和土工程性质的影响。大量试验和工程实践表明，土体的宏观行为究其原因都是其微观结构演变的外在体现，因而固结压力作用下土体微观结构的研究受到了广泛关注。目前常用的微观试验手段较多，其中以扫描电子显微镜的使用最为广泛，但对于固结完成后土体微观结构的观察在小试样的制备方面仍存在诸多难点和问题，主要包括：（1）固结试验完成后，必须先对试样进行卸载才能制备小试样用于微观试验，这会造成土体的回弹变形，引起土体发生微膨胀和拉裂，导致原有微观结构破坏，无法准确分析固结试验完成时土体的微观结构；（2）固结试验完成后，在试样的转移和微观小试样的制备过程中，环境温度难免发生变化，这也会引起土体出现收缩或膨胀，导致土颗粒排列、孔隙与微裂缝形态的变化，改变土体原有的微观结构；（3）微观试验常需要制备小尺寸试样，它们需要从固结试样中提取，由于土体极易受到外力的扰动，故无法在保证其微观结构完整的前提下，根据需要的位置和方向从固结试样中任意切取；（4）微观试验往往需要使用干燥试样，不论是使用自然风干法还是烘干法，在干燥过程中土体都会因水分的丧失而逐渐收缩变形，使得土体的微观结构发生改变，这种影响对富含亲水性黏土矿物的土体而言尤为严重；（5）在微观小试样观察面的获取方法方面，若采用切割法则会对观察面的微观结构产生扰动，而若采用折断法则由于无法保证观察面平整使得观察到的微观结构尤其是孔隙结构产生较大误差。

综上所述，为了探讨土体的压缩性能、持水特性及微观结构特征，并揭示相关内在机理，研发一种能够考虑不同温度环境且便于微观试验制样的饱和与非饱和土一体化全自动固结仪是非常必要的。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种便于微观试验制样的温控固结仪，以解决现有固结仪不便于在不同温度环境下制备结构完整的微观试验小试样的问题。

本发明实施例的另一目的在于提供一种便于微观试验制样的温控固结仪的使用方法。

本发明实施例所采用的技术方案是，便于微观试验制样的温控固结仪，由固结仪主体和用于对固结仪主体内的试样进行固化的固化系统组成；

所述固结仪主体包括固结装置、压力加载装置、吸力控制装置、试样温控装置和数据采集与分析系统；固结装置内放置试样，压力加载装置固定于固结装置上方，为固结装置中的试样提供所需的固结压力；吸力控制装置与固结装置固定连接，用来控制固结装置中的基质吸力；试样温控装置与固结装置固定连接，为固结装置提供不同温度的试验环境；固结装置通过导管与固化系统连接；

所述数据采集与分析系统与固结装置电性连接，用来测量、分析和显示固结装置中试样的试验数据。

进一步的，所述固结装置包括固结室以及与固结室连通的进水管、进气管、排水管、排凝胶管和抽气管，固结室的外形为圆柱状，其内腔是坡率为3%的倒圆台状，且固结室的底端内部设有底板，底板与固结室的内壁之间设有橡胶止水环，固结室的顶端内部设有与其密封连接的盖帽，试样置于固结室内的底板上；