一种模拟冻融循环粗粒土大型三轴力学试验装置及试验方法制造方法及图纸

一种模拟冻融循环粗粒土大型三轴力学试验装置及试验方法，涉及一种三轴力学试验装置及试验方法。本发明专利技术解决了现有试验装置存在无法测试固结排水后粗粒料试样在冻融循环与加载条件下的力学性能参数的问题。本发明专利技术筒体安在底板上，周围压力系统与底板连接；下压板密封安在底板上，下透水板安在下压板的上端，试样安在下透水板的上端，上透水板安装在试样的上端，上压板安装在上透水板的上端，循环管通过安装在筒体上的桶盖套装在试样上，冻融循环系统与循环管连接，导向套安在桶盖的上端，承立杆下部穿过导向套和桶盖与上压板连接。方法依次为饱和与固结过程、冻融循环‑加载过程和三轴压缩过程。本发明专利技术用于模拟冻融循环粗粒土大型三轴力学试验。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟冻融循环粗粒土大型三轴力学试验装置及试验方法
本专利技术涉及一种三轴力学试验装置及试验方法，具体涉及一种模拟冻融循环粗粒土大型三轴力学试验装置及试验方法，属于岩土力学与试验测试

技术介绍
土石坝在我国水电工程建设中得到了广泛的应用。近年来，300m级特高土石坝已在建设，特别修筑在寒冷地区的高土石坝工程，由于寒区气候多变、昼夜温差大，冻融环境和复杂的应力条件对大坝在施工、运行过程中的坝体变形稳定、筑坝粗粒料强度影响较大，危及到大坝的安全运行。因此，开展筑坝粗粒料在冻融循环过程中的强度与变形特性劣化规律相关研究，对寒区高土石坝设计、施工及稳定性评价具有指导意义。国内外对于筑坝粗粒料力学性能研究主要通过大型三轴试验、大型直剪试验等手段完成的，从颗粒形状、大小、级配、应力路径、外界环境等方面研究粗粒料的抗剪强度、变形与流变特性及本构模型的建立。国内对于冻融循环与复杂应力下的粗粒料力学性质劣化规律尚无测试标准，国内对于冻结、融化排水工况下粗粒料大型三轴试验相关设备及方法未见报道，冻融过程中不同恒定应力水平下粗粒料变形及强度劣化试验相关设备及方法也是空白。因此，现有的粗粒土大型三轴力学试验装置存在无法测试固结排水后粗粒料试样在冻融循环与加载条件下的力学性能参数的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的粗粒土大型三轴力学试验装置存在无法测试固结排水后粗粒料试样在冻融循环与加载条件下的力学性能参数的问题。进而提供了一种模拟冻融循环粗粒土大型三轴力学试验装置及试验方法。本专利技术的技术方案是一种模拟冻融循环粗粒土大型三轴力学试验装置，它包括控制系统、数据采集系统、周围压力系统、冻融循环系统和轴向加压系统，它还包括试样模具系统，试样模具系统包括底板、筒体连接座、下压板、下透水板、筒体、循环管、对半保温桶、上透水板、上压板、桶盖、导向套、对半保温桶盖、承立杆、螺母和压头，筒体通过筒体连接座安装在底板上，周围压力系统与底板连接并对试样施加围压；下压板密封安装在底板的上端面中部，控制系统与数据采集系统连接，数据采集系统与下压板上的多个传感器接口连接，下透水板安装在下压板的上端，试样安装在下透水板的上端，上透水板安装在试样的上端，上压板安装在上透水板的上端，上压板上设有排气阀，循环管通过安装在筒体上的桶盖套装在试样上，冻融循环系统与循环管的上部连接，导向套安装在桶盖的上端，承立杆的下部依次穿过导向套和桶盖后与上压板连接，承立杆的上部由上至下依次安装有压头和螺母，对半保温桶套装在筒体的外部，对半保温桶盖盖装在对半保温桶的上端，试样模具系统安装在框架内，轴向加压系统通过与试样模具系统的压头连接并对试样轴向加压。本专利技术还提供了一种使用模拟冻融循环粗粒土大型三轴力学试验装置的试验方法，它包括以下步骤：步骤一：饱和与固结的过程；步骤一一：根据预定的试样固结应力状态，由轴向加压系统对试样施加竖直向下的预应力；步骤一二：周围压力系统对试样施加预围压，试样固结排出的水通过下透水板和底板上的排水口排出外界，试样的排水量通过数据采集系统监测；至此，通过对试样施加不同的围压来采集试样固结的排水量数据；步骤二：冻融循环-加载过程；根据预定的冻融循环方式，由冻融循环系统向循环管连续输送设定温度的循环液进行试样的升/降温，升/降温过程中底板内部设置温度传感器，用于实时监测试样内部温度，形成目标温度的试样，试样在冻融循环过程中施加恒定的轴向荷载和围压；步骤三：三轴压缩过程：维持步骤二中的试样的温度不变，根据预设的应力路径，以一定的剪切速率向试样施加设定的轴向压力和周围压力，其间通过数据采集系统监测试样的变形、荷载、围压、孔压、温度的变化情况。本专利技术与现有技术相比具有以下改进效果：1、本专利技术的粗粒料大型三轴试验方法对成型后的试样在三轴压力室内通过预设围压与轴压实现固结排水、恒定荷载下冻融循环及剪切一体化试验过程，实现试样在冻融加载过程中的轴压、围压、变形、温度、排水量自动化采集，试验高效、数据精准可靠。2、本专利技术与既有伺服控制液压源、低温冷源和测试仪器配合，或与既有三轴伺服力学试验机(系统)配合，能够模拟冻融循环形成条件进行粗粒料试样三轴力学试验，能够实时测试固结排水后粗粒料试样在冻融循环与加载条件下的力学性能的参数。附图说明图1是本专利技术试验模具的结构示意图；图2是本专利技术试验过程中设备连接示意图；图3是本专利技术底板接口的示意图；图4是固结排水量-时间曲线；图5是试样冻融循环过程中温度-时间变化曲线；图6是应力-应变曲线。图中：1.底板，2.筒体连接板，3.下压板，4.下透水板，5.试样，6.筒体，7.循环管，8.对半保温桶，9.上透水板，10.上压板，11.桶盖，12.导向套，13.对半保温桶盖，14.承立杆，15.螺母，16.压头，17.第一密封圈，18.第二密封圈，19.第三密封圈，20.第四密封圈，21.第五密封圈。具体实施方式具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的一种模拟冻融循环粗粒土大型三轴力学试验装置，它包括控制系统A、数据采集系统B、周围压力系统C、冻融循环系统D和轴向加压系统E，它还包括试样模具系统F，试样模具系统F包括底板1、筒体连接座2、下压板3、下透水板4、筒体6、循环管7、对半保温桶8、上透水板9、上压板10、桶盖11、导向套12、对半保温桶盖13、承立杆14、螺母15和压头16，筒体6通过筒体连接座2安装在底板1上，周围压力系统C与底板1连接并对试样5施加围压；下压板3密封安装在底板1的上端面中部，控制系统A与数据采集系统B连接，数据采集系统B与下压板3上的多个传感器接口连接，下透水板4安装在下压板3的上端，试样5安装在下透水板4的上端，上透水板9安装在试样5的上端，上压板10安装在上透水板9的上端，上压板10上设有排气阀，循环管7通过安装在筒体6上的桶盖11套装在试样5上，冻融循环系统D与循环管7的上部连接，导向套12安装在桶盖11的上端，承立杆14的下部依次穿过导向套12和桶盖11后与上压板10连接，承立杆14的上部由上至下依次安装有压头16和螺母15，对半保温桶8套装在筒体6的外部，对半保温桶盖13盖装在对半保温桶8的上端，试样模具系统安装在框架内，轴向加压系统E通过与试样模具系统的压头16连接并对试样5轴向加压。具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的筒体连接座2通过第五密封圈21密封安装在底板1上。如此设置，便于保证试验模具的密闭性。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。具体实施方式三：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的下压板3上设有温度传感器接口3-1、孔压传感器接口3-2、补排水接口3-3、围压液体进液孔3-4、围压压力表接口3-5，温度传感器接口3-1、孔压传感器接口3-2和围压压力表接口3-5内分别安装有温度传感器、孔压传感器和围压压力表。如此设置，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟冻融循环粗粒土大型三轴力学试验装置，它包括控制系统(A)、数据采集系统(B)、周围压力系统(C)、冻融循环系统(D)和轴向加压系统(E)，其特征在于：它还包括试样模具系统(F)，试样模具系统(F)包括底板(1)、筒体连接座(2)、下压板(3)、下透水板(4)、筒体(6)、循环管(7)、对半保温桶(8)、上透水板(9)、上压板(10)、桶盖(11)、导向套(12)、对半保温桶盖(13)、承立杆(14)、螺母(15)和压头(16)，/n筒体(6)通过筒体连接座(2)安装在底板(1)上，周围压力系统(C)与底板(1)连接并对试样(5)施加围压；下压板(3)密封安装在底板(1)的上端面中部，控制系统(A)与数据采集系统(B)连接，数据采集系统(B)与下压板(3)上的多个传感器接口连接，下透水板(4)安装在下压板(3)的上端，试样(5)安装在下透水板(4)的上端，上透水板(9)安装在试样(5)的上端，上压板(10)安装在上透水板(9)的上端，上压板(10)上设有排气阀，循环管(7)通过安装在筒体(6)上的桶盖(11)套装在试样(5)上，冻融循环系统(D)与循环管(7)的上部连接，导向套(12)安装在桶盖(11)的上端，承立杆(14)的下部依次穿过导向套(12)和桶盖(11)后与上压板(10)连接，承立杆(14)的上部由上至下依次安装有压头(16)和螺母(15)，对半保温桶(8)套装在筒体(6)的外部，对半保温桶盖(13)盖装在对半保温桶(8)的上端，试样模具系统安装在框架内，轴向加压系统(E)通过与试样模具系统的压头(16)连接并对试样(5)轴向加压。/n...

【技术特征摘要】
1.一种模拟冻融循环粗粒土大型三轴力学试验装置，它包括控制系统(A)、数据采集系统(B)、周围压力系统(C)、冻融循环系统(D)和轴向加压系统(E)，其特征在于：它还包括试样模具系统(F)，试样模具系统(F)包括底板(1)、筒体连接座(2)、下压板(3)、下透水板(4)、筒体(6)、循环管(7)、对半保温桶(8)、上透水板(9)、上压板(10)、桶盖(11)、导向套(12)、对半保温桶盖(13)、承立杆(14)、螺母(15)和压头(16)，
筒体(6)通过筒体连接座(2)安装在底板(1)上，周围压力系统(C)与底板(1)连接并对试样(5)施加围压；下压板(3)密封安装在底板(1)的上端面中部，控制系统(A)与数据采集系统(B)连接，数据采集系统(B)与下压板(3)上的多个传感器接口连接，下透水板(4)安装在下压板(3)的上端，试样(5)安装在下透水板(4)的上端，上透水板(9)安装在试样(5)的上端，上压板(10)安装在上透水板(9)的上端，上压板(10)上设有排气阀，循环管(7)通过安装在筒体(6)上的桶盖(11)套装在试样(5)上，冻融循环系统(D)与循环管(7)的上部连接，导向套(12)安装在桶盖(11)的上端，承立杆(14)的下部依次穿过导向套(12)和桶盖(11)后与上压板(10)连接，承立杆(14)的上部由上至下依次安装有压头(16)和螺母(15)，对半保温桶(8)套装在筒体(6)的外部，对半保温桶盖(13)盖装在对半保温桶(8)的上端，试样模具系统安装在框架内，轴向加压系统(E)通过与试样模具系统的压头(16)连接并对试样(5)轴向加压。


2.根据权利要求1所述的一种模拟冻融循环粗粒土大型三轴力学试验装置，其特征在于：筒体连接座(2)通过第五密封圈(21)密封安装在底板(1)上。


3.根据权利要求2所述的一种模拟冻融循环粗粒土大型三轴力学试验装置，其特征在于：下压板(3)上设有温度传感器接口、孔压传感器接口、补排水接口、围压液体进液孔、围压压力表接口，温度传感器接口、孔压传感器接口和围压压力表接口内分别安装有温度传感器、孔压传感器和围压压力表。


4...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏安双，李兆宇，郑健，高士军，王国志，刘道维，田文，郭峰，石北啸，王沪，李晓双，王群，
申请(专利权)人：黑龙江省水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23