【技术实现步骤摘要】
非饱和土多场耦合的三轴试验系统及其方法
本专利技术涉及环境荷载下的土工试验领域,尤其涉及一种非饱和土多场耦合的三轴试验系统及其方法。本专利技术涉及的非饱和土多场耦合是指非饱和土的温度、水力、力学和化学耦合作用,可以实现非饱和土在不同浓度下的盐溶液、弱酸及弱碱等化学荷载作用下的力学和水力学实验,并且能够考虑温度的影响。涉及到核废料封存过程中膨润土在长期服役下的温度、水力、力学和化学耦合作用,以及由于自然条件变化引起的孔隙溶液的浓度及组份的变化,进而改变土体的强度以及变形特性等。
技术介绍
在环境荷载(如力作用、渗流、温度和化学条件变化等)作用下,土体中孔隙溶液除了含量可发生变化外,其浓度和组份也会变化,使得孔隙水压力以及土颗粒之间的相互作用力发生改变,从而导致土体出现复杂的化学和力学耦合作用。例如在垃圾填埋场中,由于各种溶质的迁移,使得孔隙溶液的浓度及组份发生变化,进而改变土体的结构、强度及变形特性等,极易引发填埋场的沉降或坍塌。核废料处置库运营过程中,近场化学条件十分复杂。在扩散核辐射热和地下渗透作用下,膨润土遭受长期的干湿循环,导致地下水化学浓度反复变化,从而引发渗透和力学稳定性等重要性质的改变。因此,在分析核废料地质处置、污染土填埋、降雨诱发滑坡、地表开裂等重大工程问题时,关键难题之一在于如何有效地描述非饱和土的温度、水力、力学和化学耦合行为的影响。目前,国内外主要是针对饱和土进行温度、水力、力学和化学耦合行为的研究,而涉及到非饱和土时,这方面的研究较少,主要是因为非饱和土在温度和化学荷载下的试验实施较为困难,且缺乏较为成熟的试验设备。目前关于非饱和土 ...
【技术保护点】
一种非饱和土多场耦合的三轴试验系统,其特征在于:包括三轴压力室(1)、围压施加/体变监测单元(2)、轴力施加单元(3)、基质吸力施加单元(4)、温度控制单元(5)、化学溶液循环渗透单元(6)、轴向位移测量单元(7)和数据采集单元(8);其连接关系是:在三轴压力室(1)内设置有土样(0);围压施加/体变监测单元(2)、轴力施加单元(3)、基质吸力施加单元(4)、温度控制单元(5)、化学溶液循环渗透单元(6)和轴向位移测量单元(7)分别与三轴压力室(1)连接/连通,实现对土样(0)施加设定的各项荷载;数据采集单元(8)分别与围压施加/体变监测单元(2)、轴力施加单元(3)、基质吸力施加单元(4)、温度控制单元(5)、化学溶液循环渗透单元(6)和轴向位移测量单元(7)连接,实现各项数据的采集。
【技术特征摘要】
1.一种非饱和土多场耦合的三轴试验系统,其特征在于:包括三轴压力室(1)、围压施加和体变监测单元(2)、轴力施加单元(3)、基质吸力施加单元(4)、温度控制单元(5)、化学溶液循环渗透单元(6)、轴向位移测量单元(7)和数据采集单元(8);其连接关系是:在三轴压力室(1)内设置有土样(0);围压施加和体变监测单元(2)、轴力施加单元(3)、基质吸力施加单元(4)、温度控制单元(5)、化学溶液循环渗透单元(6)和轴向位移测量单元(7)分别与三轴压力室(1)连接,实现对土样(0)施加设定的各项荷载;数据采集单元(8)分别与围压施加和体变监测单元(2)、轴力施加单元(3)、基质吸力施加单元(4)、温度控制单元(5)、化学溶液循环渗透单元(6)和轴向位移测量单元(7)连接,实现各项数据的采集;所述的三轴压力室(1)包括压力室外罩(1.1)、排气通道(1.2)、围压孔道(1.3)、化学溶液孔道(1.4)、陶土板(1.5)、底座(1.6)、孔隙气孔道(1.7)、孔隙水孔道(1.8)和多孔板(1.9);其连接关系是:压力室外罩(1.1)安装在底座(1.6)上,陶土板(1.5)放置在底座(1.6)中部,在陶土板(1.5)的上部放置有土样(0),排气通道(1.2)设置在压力室外罩(1.1)上部,用来排除压力室内的空气;围压孔道(1.3)设置在底座(1.6)的边缘上,用来施加围压;化学溶液孔道(1.4)设置在底座(1.6)的边缘上,和土样(0)上部的多孔板(1.9)连接,用于化学溶液的循环渗透;孔隙气孔道(1.7)设置在底座(1.6)的边缘上,和土样(0)上部的多孔板(1.9)连接,用来对土样(0)施加气压;孔隙水孔道(1.8)设置在底座(1.6)的中心上,在陶土板(1.5)的下方,一个功能是对土样(0)施加孔隙水压力,另一个功能是用来对土样(0)进行化学溶液的循环渗透;所述的围压施加和体变监测单元(2)包括围压和体积控制器(2.1)和围压阀(2.2);其连接关系是:围压和体积控制器(2.1)和围压阀(2.2)连接,围压阀(2.2)和三轴压力室(1)的围压孔道(1.3)连接;围压和体积控制器(2.1)通过信号传输线和数据采集单元(8)连接,对土样(0)在试验过程中的围压和体变进行采集;所述的轴力施加单元(3)包括升降台(3.1)、手轮(3.2)、轴向测力计(3.3)和试验机(3.4);其连接关系是:从下到上,试验机(3.4)、升降台(3.1)、三轴压力室(1)和轴向测力计(3.3)依次连接,给土样(0)施加轴力;在试验机(3.4)上设置有手轮(3.2),起卸载作用;轴向测力计(3.3)通过信号传输线和数据采集单元(8)连接,对土样(0)在试验过程中的轴力进行采集;所述的基质吸力施加单元(4)包括气压控制器(4.1)、空压机(4.2)、孔隙气阀门(4.3)、孔压和体积控制器(4.4)和孔隙水阀门(4.5);其连接关系是:空压机(4.2)、气压控制器(4.1)和孔隙气阀门(4.3)依次连接,孔隙气阀门(4.3)和三轴压力室(1)的孔隙气孔道(1.7)连接,对土样(0)施加孔隙气压力;孔压和体积控制器(4.4)和孔隙水阀门(4.5)连接,孔隙水阀门(4.5)和三轴压力室(1)的孔隙水孔道(1.8)连接,对土样(0)施加孔隙水压力,并且同时监测土样(0)中吸入或排出孔隙溶液的流量,进而得出土样(0)含水量的变化情况;气压控制器(4.1)和孔压和体积控制器通过信号传输线和数据采集单元(8)连接,对土样(0)试验过程中的孔隙气压力、孔隙水压力以及含水量变化的采集;所述的温度控制单元(5)包括电阻丝(5.1)、低温恒温冷浴(5.2)、冷浴液循环铜管(5.3)和温度控制器(5.4);其连接关系是:电阻丝(5.1...
【专利技术属性】
技术研发人员:马田田,韦昌富,夏晓龙,陈盼,
申请(专利权)人:中国科学院武汉岩土力学研究所,
类型:发明
国别省市:湖北;42
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