一种岩土温度‑渗透‑应力‑化学耦合多功能试验系统及其操作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种岩土温度‑渗透‑应力‑化学耦合多功能试验系统及其操作方法，它包括竖向加载装置(1)、化学溶液隔离装置、压力控制装置、压力室(4)、体积变化测定装置(5)、温度控制装置(6)和计算机(7)，通过计算机(7)对竖向加载装置(1)、化学溶液隔离装置、压力控制装置、压力室(4)、体积变化测定装置(5)和温度控制装置(6)的控制，完成多种土工试验操作。本发明专利技术结构设计合理，操作简单，应用范围广，自动化程度高，可实现多种土工试验的全过程自动化控制，稳定性能高，使用寿命长。

A soil temperature osmotic stress chemical coupling multifunctional test system and method of operation

The invention discloses a soil temperature osmotic stress chemical coupling multifunctional test system and its operation method, which comprises the vertical loading device (1), isolation device, chemical solution control device, pressure chamber (4), volume change measuring device (5), a temperature control device (6) and the computer (7), (7) through the computer device on the vertical loading (1), isolation device, chemical solution control device, pressure chamber (4), volume change measuring device (5) and a temperature control device (6) of the control, to complete a variety of geotechnical test operation. The invention has the advantages of reasonable structural design, simple operation, wide application range and high automation, and can realize automatic control of the whole process of a variety of soil tests, and has high stability and long service life.

【技术实现步骤摘要】
一种岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统及其操作方法
本专利技术涉及岩土工程试验领域，是一种土工试验设备，尤其涉及一种岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统及其操作方法。
技术介绍
在各个学科领域内，环境因素越来越受到重视，对于岩土工程，则主要体现在核废料处理、垃圾填埋和微生物加固等方面，反映的则是温度-渗透-应力-化学耦合作用下对岩土材料的影响，多因素作用下，岩土材料内的结构组成、化学成分将发生相应的变化，使其物理力学性质发生变化，因此，多个因素组合下对岩土工程的研究变得尤为重要。在现有的化学耦合土工试验中，通常将化学溶液直接放置于压力控制器中，由于化学溶液的腐蚀作用，将引起控制器的腐蚀、损坏，影响试验控制和测量的精度，提高了试验仪器的维护成本；而温度耦合土工试验中，则更多的采用单一水浴或者电阻丝对试验中的温度进行控制，这在一定程度上影响了试验温度控制的精确度，且增加了试验成本。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是克服现有试验仪器的弊端，提供一种结构设计合理，功能全面，控制多元化，可大大降低试验耗材的成本的岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统及其操作方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统，它包括竖向加载装置、化学溶液隔离装置、压力控制装置、压力室、体积变化测定装置、温度控制装置和计算机，通过计算机对竖向加载装置、化学溶液隔离装置、压力控制装置、压力室、体积变化测定装置和温度控制装置的控制，完成多种土工试验操作。作为优选方案，以上所述的一种岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统，化学溶液隔离装置包括第一化学溶液隔离装置和第二化学溶液隔离装置；所述的第一化学溶液隔离装置和第二化学溶液隔离装置均包括底座、安装在底座上的有机玻璃筒，放置在有机玻璃筒顶部的上盖，通过压环固定在有机玻璃筒中部位置的膜片，膜片将有机玻璃筒分割为上部的上部腔体和下部的下部腔体；所述的上部腔体与球阀相连，球阀通过第一管线与第一电磁阀相连；第二电磁阀通过第二管线与下部腔体相连通；所述的上盖、有机玻璃侧壁和底座通过拉杆进行固定连接。作为优选方案，以上所述的一种岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统，所述的压力控制装置包括反压体积控制器、围压体积控制器、渗透压力体积控制器和气压控制器。所述的压力室为双腔压力室，包括底座、安装在底座上的压力室内腔和压力室外腔，底座上固定有试样底座，试样底座中心至边缘位置依次安装第一弯曲元、第一圆环形陶土板和第一圆环形透水石,且第一圆环形陶土板和第一圆环形透水石与试样底座之间分别设置有第一环形储水空腔和第二环形储水空腔，第一环形储水空腔与第一通道、第四通道相连，第二环形储水空腔与第二通道相连通，所述的第一通道、第四通道和第二通道的端部分别设置有第一高压球阀、第二高压球阀和第三高压球阀；所述的压力室的压力室内腔内安装有内置荷重传感器，内置荷重传感器下方安装有反压帽；在内置荷重传感器与密封座之间设置有两个导向环，两个导向环之间安装有O型圈，以保证内置荷重传感器的垂直度和测量精度；反压帽位于试样上方，试样位于试样底座上方；所述的反压帽从中间至外边缘依次安装有第二弯曲元、第二圆环形陶土板和第二圆环形透水石，第二圆环形陶土板和第二圆环形透水石与反压帽之间分别设置有第三环形储水空腔和第四环形储水空腔，第三环形储水空腔和第四环形储水空腔分别与第七通道和第六通道相连通。作为优选方案，以上所述的一种岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统，所述的体积变化测定装置包括转换箱、与转换箱相连的顶室和固定在顶室上的数显表；所述的顶室内部腔体由活塞分割为第一储水腔体和第二储水腔体；所述的转换箱的面板上安装有控制开关和转向开关，通过控制开关和转向开关不同的转向，可实现管路的不同连接方式。作为优选方案，以上所述的一种岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统，所述的温度控制装置包括恒温箱、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和水浴循环管；所述的恒温箱包裹在压力室的外部，第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器分别位于恒温箱、压力室内腔和压力室外腔中；所述的水浴循环管位于压力室外腔中，并紧贴压力室内腔的侧壁。作为优选方案，以上所述的一种岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统，所述的化学溶液隔离装置、压力室内的内置荷重传感器、体积变化测定装置中的数显表、温度控制装置的第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器通过数据线分别与竖向加载装置相连接；所述的竖向加载装置和压力控制装置通过微控制单元与计算机相连接，实现计算机对试验过程的全自动控制；所述的压力室安放在竖向加载装置上，通过与压力室相连接的温度控制装置对压力室内部进行温度控制；所述的第一化学溶液隔离装置两端分别与压力室和反压体积控制器相连接，第二化学溶液隔离装置两端分别与压力室和渗透压力体积控制器相连接；所述的体积变化测定装置两端分别与压力室内腔和围压体积控制器相连接，并且围压体积控制器另一出水口与压力室外腔相连接。本专利技术所述的岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统的操作方法，包括以下步骤：将体积变化测定装置中的控制开关旋转至“体积变化”，然后旋转转向开关至“向上流动”，使围压体积控制器与体积变化测定装置的第二储水腔体相连接，体积变化测定装置的第一储水腔体将与压力室内腔相连通；在试验过程中，试样的体积将发生变化，为维持试验中所需的压力室内腔围压，围压体积控制器向第二储水腔体内注水、加压，第二储水腔体挤压第一储水腔体，活塞上移，第一储水腔体的无气水注入压力室内腔，数显表测得活塞上移量为Δh，顶室内部腔体的截面积为s，则试样体积的总变形量为ΔV＝Δh×S。所述的岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统可兼顾进行饱和土三轴试验和非饱和土三轴试验，其操作为：当进行饱和土三轴试验时，关闭第一高压球阀、第四高压球阀和第五高压球阀，第一化学溶液隔离器的三通通过试样底座上的第五通道与反压帽的第四环形储水空腔相连通，第二化学溶液隔离器的三通与压力室的底座的第二通道相连通；当进行非饱和土三轴试验时，关闭第一高压球阀和第二高压球阀，第一化学溶液隔离器的三通通过第五通道和第七通道与反压帽的第三环形通道相连通，气压控制器通过第三通道和第六通道与反压帽的第四环形通道相连通，第二化学溶液隔离器的三通与压力室底座的第四通道相连通。本专利技术所述的岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统的操作方法，所述的岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统可用于以下试验操作：A、温度-渗透-应力-化学耦合条件下的饱和土三轴试验；B、温度-渗透-应力-化学耦合条件下的非饱和土三轴试验；C、一定波速条件下，饱和土温度-渗透-应力-化学耦合三轴试验；D、一定波速条件下，非饱和土温度-渗透-应力-化学耦合三轴试验。与现有技术对比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供的岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统，结构设计简单，可通过改变管路连接可兼顾饱和土试验和非饱和土试验，且可在此基础上实现多种试验控制。2、本专利技术提供的岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统，采用体积变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩土温度‑渗透‑应力‑化学耦合多功能试验系统，其特征在于，它包括竖向加载装置(1)、化学溶液隔离装置、压力控制装置、压力室(4)、体积变化测定装置(5)、温度控制装置(6)和计算机(7)，通过计算机(7)对竖向加载装置(1)、化学溶液隔离装置、压力控制装置、压力室(4)、体积变化测定装置(5)和温度控制装置(6)的控制，完成多种土工试验操作。

【技术特征摘要】
1.一种岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统，其特征在于，它包括竖向加载装置(1)、化学溶液隔离装置、压力控制装置、压力室(4)、体积变化测定装置(5)、温度控制装置(6)和计算机(7)，通过计算机(7)对竖向加载装置(1)、化学溶液隔离装置、压力控制装置、压力室(4)、体积变化测定装置(5)和温度控制装置(6)的控制，完成多种土工试验操作。2.根据权利要求1所述的一种岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统，其特征在于，化学溶液隔离装置包括第一化学溶液隔离装置(2-1)和第二化学溶液隔离装置(2-2)；所述的第一化学溶液隔离装置(2-1)和第二化学溶液隔离装置(2-2)均包括底座(2-8)、安装在底座(2-8)上的有机玻璃筒(2-7)，放置在有机玻璃筒(2-7)顶部的上盖(2-18)，通过压环(2-5)固定在有机玻璃筒(2-7)中部位置的膜片(2-6)，膜片(2-6)将有机玻璃筒分割为上部的上部腔体(2-9)和下部的下部腔体(2-10)；所述的上部腔体(2-9)与球阀(2-12)相连，球阀(2-12)通过第一管线(2-14)与第一电磁阀(2-16)相连；第二电磁阀(2-15)通过第二管线(2-13)与下部腔体(2-10)相连通；所述的上盖(2-18)、有机玻璃侧壁(2-7)和底座(2-8)通过拉杆(2-4)进行固定连接。3.根据权利要求2所述的一种岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统，其特征在于，所述的压力控制装置包括反压体积控制器(3-1)、围压体积控制器(3-2)、渗透压力体积控制器(3-3)和气压控制器(3-4)。4.根据权利要求3所述的一种岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统，其特征在于，所述的压力室(4)为双腔压力室，包括底座(4-24)、安装在底座(4-24)上的压力室内腔(4-1)和压力室外腔(4-2)，底座(4-24)上固定有试样底座(4-8)，试样底座(4-8)中心至边缘位置依次安装第一弯曲元(4-16)、第一圆环形陶土板(4-17)和第一圆环形透水石(4-18)；且第一圆环形陶土板(4-17)和第一圆环形透水石(4-18)与试样底座(4-8)之间分别设置有第一环形储水空腔(4-20)和第二环形储水空腔(4-19)，第一环形储水空腔(4-20)与第一通道(4-25)、第四通道(4-22)相连，第二环形储水空腔(4-19)与第二通道(4-23)相连通，所述的第一通道(4-25)、第四通道(4-22)和第二通道(4-23)的端部分别设置有第一高压球阀(4-30)、第二高压球阀(4-29)和第三高压球阀(4-28)；所述的压力室(4)的压力室内腔(4-1)内安装有内置荷重传感器(4-3)，内置荷重传感器(4-3)下方安装有反压帽(4-7)；在内置荷重传感器(4-3)与密封座(4-4)之间设置有两个导向环(4-5)，两个导向环(4-5)之间安装有O型圈(4-6)，以保证内置荷重传感器(4-3)的垂直度和测量精度；反压帽(4-7)位于试样(4-32)上方，试样(4-32)位于试样底座(4-8)上方；所述的反压帽(4-7)从中间至外边缘依次安装有第二弯曲元(4-15)、第二圆环形陶土板(4-14)和第二圆环形透水石(4-10)，第二圆环形陶土板(4-14)和第二圆环形透水石(4-10)与反压帽(4-7)之间分别设置有第三环形储水空腔(4-11)和第四环形储水空腔(4-13)，第三环形储水空腔(4-11)和第四环形储水空腔(4-13)分别与第七通道(4-12)和第六通道(4-9)相连通。5.根据权利要求4所述的一种岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试验系统，其特征在于，所述的体积变化测定装置(5)包括转换箱(5-1)、与转换箱(5-1)相连的顶室(5-2)和固定在顶室(5-2)上的数显表(5-3)；所述的顶室(5-2)内部腔体由活塞(5-7)分割为第一储水腔体(5-6)和第二储水腔体(5-8)；所述的转换箱(5-1)的面板上安装有控制开关(5-4)和转向开关(5-5)，通过控制开关(5-4)和转向开关(5-5)不同的转向，可实现管路的不同连接方式。6.根据权利要求5所述的一种岩土温度-渗透-应力-化学耦合多功能试...

【专利技术属性】
技术研发人员：季李通，
申请(专利权)人：南京泰克奥科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32