一种两向应力可控的封闭环境持荷冻融土样气压加载系统技术方案

本发明专利技术公开一种两向应力可控的封闭环境持荷冻融土样气压加载系统，包括：垫板；气压室，气压室上下两端分别连接有可拆卸的气压室顶板和气压室底板，气压室顶板和气压室底板分别连接有可拆卸的土样顶板

【技术实现步骤摘要】
一种两向应力可控的封闭环境持荷冻融土样气压加载系统


[0001]本专利技术涉及土力学试验领域，特别是涉及一种两向应力可控的封闭环境持荷冻融土样气压加载系统
。

技术介绍

[0002]在我国寒区资源开发中，高速铁路
、
高速公路
、
水利工程等大型基础设施建设方兴未艾
。
作为建筑物的基础和土工构筑物的主体，土体在长期冻融作用下的强度稳定性和变形稳定性是上部结构安全服役的重要保障
。
在季节冻土区，长期冻融作用下土颗粒间的弱结合水
、
毛细水和自由水发生体积的胀缩变化将改变土颗粒的排列和土颗粒间的联结，致使土体的强度和抗变形能力显著弱化
。
同时，在冻融胀缩过程中，土体体变路径将受到初始应力状态的显著影响，进而改变土颗粒的排列和土颗粒间的联结，造成土的结构和力学性质发生变化
。
因此，深入探索不同竖向压力与围压条件下土体力学性质的冻融演化规律，对寒区土工构筑物设计
、
建造与运营维护具有重要的理论意义和应用价值
。
[0003]尽管土体冻融循环问题在寒区工程中非常普遍，但目前针对土体冻融循环状态下力学性质的研究主要集中在零应力状态或完全侧限应力状态，尚未考虑土体在不同轴向压力和围压下的冻融效应
。
专利
(201910461801.0)
中专利技术了一种模拟土体围压条件下冻融循环的试验设备，虽然实现了围压的施加，但由于需要使用冷却液/>、
水泵
、
气泵等，使得设施设备的复杂性和依赖性太强，进行大批量土样冻融试验受限
。
专利
(202022871813.1)
中专利技术了一种用于围压条件下冻融循环测试的装置，虽然使用了围压装置施加围压，但其围压装置在冻融箱内，液压油泵在冻融箱外，且围压的施加依靠固体环套的机械力
。
这样的围压施加方式以及内外分离的加荷系统，无法在冻融实验中模拟出稳定的围压
。
[0004]针对以上问题，有必要开发一种两向应力可控的封闭系统冻融土样气压加载装置，实现土样在不同轴压和侧压条件下冻融的同时，提升试验的高效性，为季节冻土区土工构筑物的冻融稳定性评价提供理论基础和技术支持
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种两向应力可控的封闭环境持荷冻融土样气压加载系统，以解决现有技术存在的问题
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种两向应力可控的封闭环境持荷冻融土样气压加载系统，包括：
[0007]垫板；
[0008]气压室，所述气压室上下两端分别可拆卸连接有气压室顶板和气压室底板，所述气压室顶板和所述气压室底板的中心位置分别开设有通孔，所述通孔内分别可拆卸连接有土样顶板
、
土样底板，所述土样顶板与所述土样底板之间设置有土样，所述气压室底板可拆卸连接在所述垫板的顶部；
[0009]围压系统，所述围压系统设置在所述气压室内且与所述土样接触配合；
[0010]轴压系统，所述轴压系统设置在所述土样底板的顶面，且与所述土样的底端接触配合；
[0011]供气系统，所述供气系统分别与所述围压系统
、
所述轴压系统固定连通；
[0012]压力传感器，所述压力传感器设置在所述土样顶板上与所述土样的顶端接触配合，所述垫板上安装有支架，所述支架上安装有固定组件，所述压力传感器通过所述固定组件安装在所述土样顶板上
。
[0013]根据本专利技术提供的两向应力可控的封闭环境持荷冻融土样气压加载系统，所述围压系统包括设置在所述气压室内壁的围压气囊，所述围压气囊与所述土样的侧壁接触配合，所述气压室侧壁上开设有围压气孔，所述供气系统穿过所述围压气孔与所述围压气囊固定连通
。
[0014]根据本专利技术提供的两向应力可控的封闭环境持荷冻融土样气压加载系统，所述轴压系统包括固定连接在所述土样底板顶面的轴压气囊，所述轴压气囊与所述土样的底端接触，所述土样底板中心位置开设有轴压气孔，所述供气系统穿过所述轴压气孔与所述轴压气囊固定连通
。
[0015]根据本专利技术提供的两向应力可控的封闭环境持荷冻融土样气压加载系统，所述供气系统包括气泵，所述轴压气囊
、
所述围压气囊均与所述气泵的供气端固定连通
。
[0016]根据本专利技术提供的两向应力可控的封闭环境持荷冻融土样气压加载系统，所述气泵的供气端分别固定连通有轴压气管和围压气管，所述轴压气管穿过所述轴压气孔与所述轴压气囊固定连通，所述围压气管穿过所述围压气孔与所述围压气囊固定连通
。
[0017]根据本专利技术提供的两向应力可控的封闭环境持荷冻融土样气压加载系统，所述支架包括横梁和纵梁，所述纵梁设置有两个，两所述纵梁平行固定连接在所述垫板的顶面，所述纵梁固定连接在两所述横梁的顶端，所述固定组件安装在所述横梁上
。
[0018]根据本专利技术提供的两向应力可控的封闭环境持荷冻融土样气压加载系统，所述固定组件包括开设在所述土样顶板中心位置的通槽，所述压力传感器放置在所述通槽内，所述通槽上可拆卸连接有固定板，所述横梁上螺纹连接有定位螺栓，所述固定板的顶端开设有定位槽，所述定位螺栓与所述定位槽相适配
。
[0019]根据本专利技术提供的两向应力可控的封闭环境持荷冻融土样气压加载系统，所述气压室顶板
、
所述气压室底板与所述气压室之间通过固定螺栓可拆卸连接
。
[0020]本专利技术公开了以下技术效果：
[0021]1)
本专利技术使用时，将土样放置在土样底板上，将围压系统和轴压系统分别设置在土样的周围和底部，并确保其与供气系统连接
。
之后，将气压室固定在垫板顶部，通过固定组件将压力传感器固定在土样顶端
。
随后启动供气系统，保证压力采集系统显示土样受到的围压与轴压达到预设值
。
随后将固定有气压室的垫板放入冻融循环箱内，供气系统放置在冻融循环箱外
。
此时，土样就会在冻融循环的同时受到持续且稳定的围压和轴压作用，可以模拟土体在实际工程中承受的两向应力状态的同时进行土体的冻融试验
。
[0022]2)
本装置可以设置不同的轴压和围压进行试冻融试验
。
可以用于在冻融试验中模拟土体的在实际中工程中的受力状态
。
结构简单
、
操作便捷，能够广泛应用于土样的室内冻融试验
。
有效地解决了现有设备在进行冻融试验时无法考虑土体初始应力状态的问题
。
[0023]3)
易于维护和搬运：由于设计简单，部件数量少，本装置的维护成本较低，维修更
加方便
。
同时，由于其尺寸和重量的优化设计，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种两向应力可控的封闭环境持荷冻融土样气压加载系统，其特征在于，包括：垫板
(1)
；气压室
(2)
，所述气压室
(2)
上下两端分别可拆卸连接有气压室顶板
(3)
和气压室底板
(4)
，所述气压室顶板
(3)
和所述气压室底板
(4)
的中心位置分别开设有通孔，所述通孔内分别可拆卸连接有土样顶板
(5)、
土样底板
(6)
，所述土样顶板
(5)
与所述土样底板
(6)
之间设置有土样，所述气压室底板
(4)
可拆卸连接在所述垫板
(1)
的顶部；围压系统，所述围压系统设置在所述气压室
(2)
内且与所述土样接触配合；轴压系统，所述轴压系统设置在所述土样底板
(6)
的顶面，且与所述土样的底端接触配合；供气系统，所述供气系统分别与所述围压系统
、
所述轴压系统固定连通；压力传感器
(7)
，所述压力传感器
(7)
设置在所述土样顶板
(5)
上与所述土样的顶端接触配合，所述垫板
(1)
上安装有支架，所述支架上安装有固定组件，所述压力传感器
(7)
通过所述固定组件安装在所述土样顶板
(5)
上；所述支架包括横梁
(15)
和纵梁
(16)
，所述纵梁
(16)
设置有两个，两所述纵梁
(16)
平行固定连接在所述垫板
(1)
的顶面，所述纵梁
(16)
固定连接在两所述横梁
(15)
的顶端，所述固定组件安装在所述横梁
(15)
上；所述固定组件包括开设在所述土样顶板
(5)
中心位置的通槽，所述压力传感器
(7)
放置在所述通槽内，所述通槽上可拆卸连接有固定板
(17)
，所述横梁
(15)
上螺纹连接有定位螺栓
(18)
，所述固定板
(17)
的顶端开设有定位槽，所述定位螺栓
(18)
与所述定位槽相适...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛亚强，何坤，王旭，张延杰，李倩倩，张钰，周源，闫佳琪，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：