便于微观试验制样的温控固结仪及其使用方法技术

本发明专利技术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。

A temperature controlled consolidator convenient for micro test and its application

【技术实现步骤摘要】
便于微观试验制样的温控固结仪及其使用方法
本专利技术属于土木、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。
技术介绍
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，环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.便于微观试验制样的温控固结仪，其特征在于，由固结仪主体（1）和用于对固结仪主体（1）内的试样进行固化的固化系统（2）组成；/n所述固结仪主体（1）包括固结装置（3）、压力加载装置（4）、吸力控制装置（5）、试样温控装置（6）和数据采集与分析系统（7）；固结装置（3）内放置试样，压力加载装置（4）固定于固结装置（3）上方，为固结装置（3）中的试样提供所需的固结压力；吸力控制装置（5）与固结装置（3）固定连接，用来控制固结装置（3）中的基质吸力；试样温控装置（6）与固结装置（3）固定连接，为固结装置（3）提供不同温度的试验环境；固结装置（3）通过导管与固化系统（2）连接；/n所述数据采集与分析...

【技术特征摘要】
1.便于微观试验制样的温控固结仪，其特征在于，由固结仪主体（1）和用于对固结仪主体（1）内的试样进行固化的固化系统（2）组成；
所述固结仪主体（1）包括固结装置（3）、压力加载装置（4）、吸力控制装置（5）、试样温控装置（6）和数据采集与分析系统（7）；固结装置（3）内放置试样，压力加载装置（4）固定于固结装置（3）上方，为固结装置（3）中的试样提供所需的固结压力；吸力控制装置（5）与固结装置（3）固定连接，用来控制固结装置（3）中的基质吸力；试样温控装置（6）与固结装置（3）固定连接，为固结装置（3）提供不同温度的试验环境；固结装置（3）通过导管与固化系统（2）连接；
所述数据采集与分析系统（7）与固结装置（3）电性连接，用来测量、分析和显示固结装置（3）中试样的试验数据。


2.根据权利要求1所述的便于微观试验制样的温控固结仪，其特征在于，所述固结装置（3）包括固结室（9）以及与固结室（9）连通的进水管（10）、进气管（11）、排水管（12）、排凝胶管（13）和抽气管（14），固结室（9）的外形为圆柱状，其内腔是坡率为3%的倒圆台状，且固结室（9）的底端内部设有底板（15），底板（15）与固结室（9）的内壁之间设有橡胶止水环，固结室（9）的顶端内部设有与其密封连接的盖帽（16），试样置于固结室（9）内的底板（15）上；
所述进气管（11）和排凝胶管（13）经盖帽（16）与固结室（9）内腔连通，所述进水管（10）、进气管（11）、排水管（12）、排凝胶管（13）和抽气管（14）上均设有与其对应的控制阀门（17）。


3.根据权利要求2所述的便于微观试验制样的温控固结仪，其特征在于，所述固结室（9）放置于工作台（8）上；
所述工作台（8）包括升降台内环（30）、升降台外环（31）、钢质垫板（32）、千斤顶（33）及仪器底座（34），仪器底座（34）内部中空，千斤顶（33）固定在仪器底座（34）内，千斤顶（33）的输出轴垂直向上；升降台内环（30）和升降台外环（31）位于仪器底座（34）上，且升降台内环（30）位于升降台外环（31）内；升降台内环（30）和升降台外环（31）底部均固定有下部支撑杆，下部支撑杆上均设有缩颈，使得下部支撑杆的下端垂直贯穿仪器底座（34）顶面并位于仪器底座（34）内腔中，其上端经缩颈置于仪器底座（34）顶面上；升降台内环（30）的下部支撑杆位于千斤顶（33）的输出轴正上方，升降台外环（31）的下部支撑杆位于千斤顶（33）的输出轴侧上方，且所有下部支撑杆的下端不与千斤顶（33）的输出轴相接触，使得千斤顶（33）的输出轴向上顶起时仅作用升降台内环（30）；
所述仪器底座（34）的侧壁上设有钢质垫板插口，所述升降台内环（30）以及升降台外环（31）与千斤顶（33）之间设有钢质垫板（32），钢质垫板（32）经钢质垫板插口可插入或抽出仪器底座（34），钢质垫板（32）插入仪器底座（34）时置于千斤顶（33）的输出轴上，且千斤顶（33）的输出轴向上顶起时经钢质垫板（32）和下部支撑杆同时作用升降台内环（30）和升降台外环（31）；
所述固结室（9）置于升降台外环（31）上，所述位于固结室（9）内的底板（15）置于升降台内环（30）上。


4.根据权利要求3所述的便于微观试验制样的温控固结仪，其特征在于，所述压力加载装置（4）包括立柱（23）、活动横梁A（24）、活动横梁B（26）、试样压力传感器（28）和位移传感器（29），活动横梁A（24）和活动横梁B（26）均固定在立柱（23）上，且活动横梁A（24）、活动横梁B（26）以及固结装置（3）的盖帽（16）从上到下依次设置，位移传感器（29）竖直固定于活动横梁A（24）底部，试样压力传感器（28）竖直安装在位移传感器（29）下端，且试样压力传感器（28）下端与盖帽（16）上部的凹槽相匹配；
所述固结室（9）的顶端外侧壁上设有上沿，所述活动横梁B（26）的中心位置设有椭圆镂空，该椭圆镂空的内切圆直径大于固结室（9）的顶部内径即最大内径且小于固结室（9）的外径，以使活动横梁B（26）在脱模过程中顶住固结室（9）的上沿的同时能够允许固结试样从固结室（9）中脱出；
所述立柱（23）至少设有两个且竖直固定在仪器底座（34）的顶面上，并位于升降台外环（31）以及固结室（9）的周向上；
所述活动横梁A（24）通过活动螺栓A（25）固定在立柱（23）上，所述活动横梁B（26）由活动螺栓B（27）固定在立柱（23）上。


5.根据权利要求4所述的便于微观试验制样的温控固结仪，其特征在于，所述吸力控制装置（5）包括透水石（35）、陶土板（36）、孔隙水压力控制器（37）和孔隙气压力控制器（38），透水石（35）和陶土板（36）均位于固结室（9）内，且透水石（35）位于试样顶部，陶土板（36）位于试样底部，试样、透水石（35）和陶土板（36）的侧壁均与固结室（9）的内壁相接触；
所述孔隙水压力控制器（37）通过进水管（10）与固结室（9）底部的陶土板（36）相连，所述孔隙气压力控制器（38）依次通过进气管（11）和盖帽（16）与透水石（35）相连；
所述试样温控装置（6）包括试样温度控制器（18）、温度传感器A（19）、试样加热装置（20）、试样制冷装置（21）和液氮装置（22），温度传感器A（19）安装于固结室（9）底部，试样加热装置（20）套设于固结室（9）的外部并与其侧壁接触；所述试样制冷装置（21）经制冷管道与固结室（9）内腔连通，所述液氮装置（22）经液氮输送管道与固结室（9）内腔连通，且制冷管道和液氮输送管道上均设有与其对应的控制阀门（17）；
所述试样温度控制器（18）的输入端与温度传感器A（19）的输出端电性连接，试样温度控制器（18）的输出端与试样加热装置（20）以及试样制冷装置（21）的输入端电性连接。


6.根据权利要求5所述的便于微观试验制样的温控固结仪，其特征在于，所述数据采集与分析系统（7）由数据采集箱（39），以及计算机（40）组成，所述温度传感器A（19）、温度传感器B（54）、试样压力传感器（28）、位移传感器（29）、千斤顶（33）、孔隙水压力控制器（37）和孔隙气压力控制器（38）的输出端分别与数据采集箱（39）的不同输入端电性连接；数据采集箱（39）的输出端与计算机（40）的输入端电性连接。


7.根据权利要2~6任一项所述的便于微观试验制样的温控固结仪，其特征在于，所述固化系统（2）包括供凝胶装置（41）、注凝胶装置（42）、凝胶温控装置（43）、抽真空装置（44）和废液收集装置（45），凝胶温控装置（43）与供凝胶装置（41）固定连接以控制供凝胶装置（41）内的温度，抽真空装置（44）与固结室（9）相连通以对固结室（9）进行抽真空，废液收集装置（45）与固结室（9）相连通以收集固结室（9）中的废液，供凝胶装置（41）经注凝胶装置（42）与固结室（9）相连通以向固结室（9）中注入凝胶。


8.根据权利要求7所述的便于微观试验制样的温控固结仪，其特征在于，所述供凝胶装置（41）由凝胶水箱A（46）和凝胶水箱B（47）组成，凝胶水箱A（46）中盛放低温凝胶，凝胶水箱B（47）中盛放中高温凝胶，所述注凝胶装置（42）由压力泵（48）、凝胶水箱A阀门（49）、凝胶水箱B阀门（50）和进凝胶管阀门（53）组成，所述凝胶温控装置（43）由温度传感器B（54）、凝胶温度控制器（55）、凝胶加热装置（56）和凝胶制冷装置（57）组成；凝胶水箱A（46）通过与其对应的一根导管与压力泵（48）的输入端连接，凝胶水箱B（47）通过与其对应的一根导管与压力泵（48）的输入端连接，压力泵（48）的输出端经进凝胶管（52）与固结室（9）连通，进凝胶管（52）上设有与其对应的控制阀门（17）；凝胶水箱A阀门（49）设于凝胶水箱A（46）与压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：高乾丰，曾铃，罗锦涛，史振宁，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43