一种饱和土内部加热的热固结试验仪及其试验方法技术

本发明专利技术实现了一种饱和土内部加热的热固结试验仪及其试验方法，包括：改装后的三轴压力室、可以内部加热的试样筒体、温度控制器和超声波处理器，试样筒体周围包裹有一层橡皮膜，试样土体内部嵌有一个小型加热颗粒，加热颗粒通过细导线穿过透水石和试样帽与压力室顶盖上部的温度传感器相连接，两片弧形加热板对称包覆在压力室侧壁的内侧，中间充填隔热石棉，温度传感器一端穿过压力室筒体内，一端通过导线与温度控制器相连，超声波处理器由压力室侧壁两侧的超声波发射装置、接收装置和超声波处理装置组成。该试验方法可以快速对土体加热，使得土体外部加热温度均匀、内部局部受热，实现环境温度对土体位移和温度的影响性分析。

A thermosetting tester for heating inside saturated soil and its test method

The invention realizes a thermal consolidation tester for internal heating of saturated soil and its test method, which includes a modified triaxial pressure chamber, a sample cylinder which can be heated internally, a temperature controller and an ultrasonic processor. A rubber film is wrapped around the sample cylinder, and a small heated particle is embedded in the sample soil. The heated particles are connected with the temperature sensor on the top of the pressure chamber cover through a thin wire passing through the pervious stone and the sample cap. Two arc heating plates are symmetrically coated inside the side wall of the pressure chamber. The heat insulation asbestos is filled in the middle. One end of the temperature sensor passes through the pressure chamber cylinder and the other end is connected with the temperature controller through the wire. The wave processor consists of an ultrasonic transmitting device, a receiving device and an ultrasonic processing device on both sides of the pressure chamber side wall. The test method can quickly heat the soil, so that the external heating temperature of the soil is uniform and the internal part is heated. The influence of environmental temperature on soil displacement and temperature is analyzed.

【技术实现步骤摘要】
一种饱和土内部加热的热固结试验仪及其试验方法
本专利技术涉及饱和土与温度有关的试验，特别是不同饱和土体内部加热的热固结试验，属于土工试验

技术介绍
温度对于岩土体各向介质的力学性质研究是一直以来岩土工程领域的热门课题。热能在岩土体中的扩散和传导及其对土体变形和强度的影响受到岩土领域各个学者的关注和重视。在地热源的存储和开发，高放射性核废料的处置，地下供热管道的埋设以及在季节昼夜温差等条件下导致的土体变形和稳定等等工程问题方面都成为大家研究的重要方向。因此对于土体不同温度下的试验研究显得尤为重要。国内外已有很多学者研制出了温控试验装置，分别都开展了相应的关于温度效应的固结和三轴试验，也取得了一些重要成果。目前国内外温控土工试验仪的加热方式主要有三种：其一，将压力室置于恒温箱内模式。该模式不需要改装试验装置，而只要将仪器置于一个高温环境中来达到试验所要求的温度，缺点是对仪器的耐高温要求高，建立温控实验室成本大，试验环境较差。其二，压力室内加热模式。通过加热线圈，加热棒，加热管或加热板对液体直接加热，可以较好的达到试验温度要求，缺点是高围压下很难实现液体的均匀加热，导致试样温度不均。其三，压力室外加热模式。在压力室内缠绕线圈，通过加热线圈对室内液体加热。由于通过外罩间接给液体加热，使试样受热均匀，缺点是所需达到的目标温度时间较长。由此可见三类加热方法都有一些不足之处，对于研究深层土体一热源对土体的影响，其温度对于周围环境的作用也是局部的，温度也会因为距离热源的远近呈现不同的变化，因此该方向的试验研究采用室内加热模式更加合理，另外在此提出一种土体内部直接加热的方法，使得土体内部某点受到的温度更加类似于一热源对土体的作用。此方法可实现内部热源局部加热、外部土体均匀受热及同时实现外部土体均匀加热与内部土体局部受加热三种控制方式。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题就是提供一种给试样外部受热均匀，内部局部加热，加热时间短且操作方便，可实现快速、分段、分级变温的实时精确控制的热固结试验方法。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种饱和土内部加热的热固结试验仪及其试验方法，包括：用于承放试样的压力室、用于加热的两片横截面承半圆形的弧形板式加热器、小型的方形加热颗粒、温度控制器和超声波处理器，所述的压力室包括压力室筒体，所述的压力室筒体上部为焊接的压力室顶盖，所述的压力室筒体下部为由螺栓连接的底座，所述的压力室顶盖中部设置有压力杆，所述的压力杆上端与外部电机连接，下端与所述的试样腔相接，所述的试样腔上下端都设置有透水石，所述的试样腔内置有一小型加热颗粒，所述的加热颗粒通过细导线与所述的压力室顶盖上部的温度传感器相接，所述的两片弧形加热板对称包覆在压力室筒体的内壁，所述的温度传感器一端穿过压力室筒体内，一端通过导线与所述的温度控制器相连，所述的超声波处理器是由压力室侧壁两侧的超声波发射装置、接收装置和超声波处理装置组成。所述的压力室顶盖上部设置有进水口，所述的进水口与外部的进水管相连接，所述的试样帽上设置有上排水孔与上排水管相接，所述的上排水管穿过底座，所述的底座设置有周围压力连接管和下排水管，所述的周围压力连接管设置有周围压力连接孔，所述的下排水管设置有孔隙水压力传感器，所述的进水管和排水管位于压力室内的部分采用黄铜制成。所述的两片弧形加热板通过固定螺栓紧紧固定在所述的压力室内壁，所述的弧形加热板由两半组成，便于拆卸。所述的试样内部设置有一小型加热颗粒，连接所述小型加热颗粒的细导线穿过土层、所述的透水石、所述的试样帽与所述的压力室筒体上的所述的温度传感器相接，所述的加热颗粒为钢制材料，导热性好，不易变形且耐腐蚀。所述的弧形板式加热器紧贴在所述的压力室内壁由里到外设置有加热板，隔热石棉和钢压力室筒体，所述的加热板通过导线穿过所述的压力室顶盖，与温度传感器相连接，所述的温度传感器通过导线与温度控制器相接，隔热石棉将加热板与压力室筒体外壁隔绝，有利于防止温度的散失。所述试样的外围包覆有一层橡胶膜，所述的压力室顶盖、所述的压力室筒体、所述的试样帽、所述的底座和所述的压力杆均为钢制材料。所述的超声波处理装置是由波形显示器和频谱分析设置按钮组成。与已有的试验技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本温控试验系统可以与试验主机完全分离，第一是弧形加热板，其是由两个半圆形的板组成，易于拆卸，第二是小型加热颗粒，填埋在试样内部，在不需要进行温度相关试验时都可以卸除。(2)本试验方法可以通过给土体内部加一小型加热颗粒，直接给土体热量，更好的模拟深层土体一热源对周围土体的影响。(3)本试验方法采用压力室内部加热模式，通过在压力室筒体内壁加弧形加热板，直接对压力室中的水加热，然后再通过水对试样加热，使得试样受热均匀且所需时间较短。(4)本试验方法中应用到温度控制器，其具有程序运行功能，可实现快速、分段、分级变温的实时精确控制。(5)本试验仪加设了超声波装置，可以通过幅值、波形、频率更清楚的对土样的位移变化、温度变化做出判断。附图说明图1为本专利技术一种饱和土内部加热的热固结试验仪及其试验方法的试验仪结构示意图；图2为本专利技术一种饱和土内部加热的热固结试验仪及其试验方法的试验原理图。图中1-温度控制器；2-电热耦；3-压力室侧壁；4-隔热石棉；5-加热板；6-试样腔；7-底座；8-周围压力连接管；9-周围压力连接孔；10-下排水管；11-孔隙水压力量测传感器；12-排水阀；13-螺栓；14-上排水管；15-透水石；16-试样帽；17-进水阀；18-进水管；19-顶盖；20-小型加热颗粒；21-橡胶材料；22-压力杆；23-位移传感器；24-温度传感器；25-橡胶膜；26-导线；27-发射装置；28-接收装置；29-超声波处理装置。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术做进一步阐述说明。具体实施例一种饱和土内部加热的热固结试验仪及其试验方法，主要用于三轴仪不同温度相关的试验，为得到土体的力学参数随温度变化这一方向的研究提供一种试验方法，其包括：用于承放试样的压力室，用于加热的两片横截面承半圆形的弧形板式加热器5，小型的方形加热颗粒20，温度控制器1和超声波处理器。压力室筒体上部为焊接的压力室顶盖19，压力室筒体下部为由螺栓13连接的底座7，压力室顶盖19中部设置有压力杆22，压力杆22上端与外部电机连接，下端与试样腔6相接。试样腔6设置于压力室底座7中央处，试样腔6土体内内置有一小型加热颗粒20，加热颗粒20通过细导线26与压力室顶盖19上部的温度传感器24相接。两片弧形加热板5对称包覆在压力室筒体的内壁3，温度传感器24一端穿过压力室筒体内，一端通过导线与温度控制器1相连，超声波处理器是由压力室侧壁两侧的超声波发射装置27、接收装置28和超声波处理装置29组成，超声波处理装置29是由波形显示器和频谱分析设置按钮组成。在此具体实施例中，压力杆22与试样腔6之间设置有试样帽16，底座7与试样腔6之间和试样帽16与试样腔6之间分别都设置有透水石15。压力室顶盖19上部设置有进水口，进水口与外部的进水管18相连接，试样帽16上设置有上排水孔与上排水管14相接，上排水管14穿过底座7，底座7设置有周围压力连接管8和下排水管10，周围压力连接管8设置有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种饱和土内部加热的热固结试验仪及其试验方法，其特征在于，包括：改装后的三轴压力室、可以内部加热的试样筒体、温度控制器和超声波处理器，所述的改装的三轴压力室包括压力室筒体，所述的压力室筒体上部为焊接的压力室顶盖，所述的压力室筒体下部为由螺栓连接的底座，所述的压力室顶盖中部设置有压力杆，所述的压力杆上端与外部电机连接，下端与试样腔相接，所述的试样腔上下端都设置有透水石，所述的试样腔内置有一小型加热颗粒，所述的加热颗粒通过细导线与压力室顶盖上部的温度传感器相接，所述的两片弧形加热板对称包覆在压力室筒体的内壁，所述的温度传感器一端穿过压力室筒体内，一端通过导线与所述的温度控制器相连，所述的超声波处理器由压力室侧壁两侧的超声波发射装置、接收装置和超声波处理装置组成，所述的超声波处理装置由波形显示器和频谱分析设置按钮组成。

【技术特征摘要】
1.一种饱和土内部加热的热固结试验仪及其试验方法，其特征在于，包括：改装后的三轴压力室、可以内部加热的试样筒体、温度控制器和超声波处理器，所述的改装的三轴压力室包括压力室筒体，所述的压力室筒体上部为焊接的压力室顶盖，所述的压力室筒体下部为由螺栓连接的底座，所述的压力室顶盖中部设置有压力杆，所述的压力杆上端与外部电机连接，下端与试样腔相接，所述的试样腔上下端都设置有透水石，所述的试样腔内置有一小型加热颗粒，所述的加热颗粒通过细导线与压力室顶盖上部的温度传感器相接，所述的两片弧形加热板对称包覆在压力室筒体的内壁，所述的温度传感器一端穿过压力室筒体内，一端通过导线与所述的温度控制器相连，所述的超声波处理器由压力室侧壁两侧的超声波发射装置、接收装置和超声波处理装置组成，所述的超声波处理装置由波形显示器和频谱分析设置按钮组成。2.根据权利要求1所述的一种饱和土内部加热的热固结试验仪及其试验方法，其特征在于：所述的试样腔内设置有一小型加热颗粒，连接所述的小型加热颗粒的细导线穿过土层、所述的上透水石及所述的试样帽与所述的压力室筒体上所述的温度传感器相接，所述的加热颗粒为钢制材料，在所述温度控制器的作用下可以产生热...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐云飞，刘朝阳，顾家成，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33