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原文传递大尺度土体水-热-力-盐四场耦合作用试验系统及方法

专利名称：	大尺度土体水-热-力-盐四场耦合作用试验系统及方法
摘要：	本发明公开了大尺度土体水‑热‑力‑盐四场耦合作用试验系统及方法，涉及土工土体室内冻融试验研究领域，包括加载框架，加载系统，补水系统，温控系统，数据采集与控制系统，成形系统；加载系统对土体施加轴向荷载和围压，补水系统可以模拟不同含盐量和水头对土体进行补给，温控系统实现土体的冻融循环和补水系统的恒温供水，数据采集与控制系统对土体的温度及水盐分布、压力、孔隙水压力、竖向与横向变形，气体压力室的气体压力进行实时监测，控制数据采集和成像处理，成形系统对设计的土料进行击实并塑造为试验所用的土体。本发明实现了室内水‑热‑力‑盐四场耦合作用的土体冻融过程实验，为土体的冻融试验研究提供支持。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	吉林大学
发明人：	魏海斌;李清林;贾江坤;韩雷雷;张仰鹏;王富玉;陈昭
专利状态：	有效
发布日期：	2019-01-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201810513020.7
公开号：	CN108645885A
代理机构：	西安铭泽知识产权代理事务所(普通合伙) 61223
代理人：	俞晓明
分类号：	G01N25/00(2006.01)I;G01N33/24(2006.01)I;G;G01;G01N;G01N25;G01N33;G01N25/00;G01N33/24
申请人地址：	130012 吉林省长春市前进大街2699号
主权项：	1.大尺度土体水‑热‑力‑盐四场耦合作用试验系统，其特征在于，包括：加载框架(100)，加载系统(200)，补水系统(300)，温控系统(400)，数据采集与控制系统(500)和成形系统(600)；所述加载框架(100)包括：支柱(42)、第一反力板(37‑1)、第二反力板(37‑2)和第三反力板(37‑3)，第一高强螺杆(2‑1)和第二高强螺杆(2‑2)；所述第二反力板(37‑2)与所述第三反力板(37‑3)之间设置有至少一个第一高强螺杆(2‑1)，且所述第三反力板(37‑3)位于所述第二反力板(37‑2)上方，所述第二反力板(37‑2)的底面设置有至少一个所述支柱(42)，所述第二高强螺杆(2‑2)的底端穿过所述第二反力板(37‑2)，且邻近底端部位被第一密封螺母固定在第二反力板(37‑2)上，所述第二高强螺杆(2‑2)的顶端穿过所述第一反力板(37‑1)，且邻近顶端部位被第二密封螺母固定在第一反力板(37‑1)上，所述第一反力板(37‑1)位于所述第二反力板(37‑2)上方，且位于所述第三反力板(37‑3)的下方；所述加载系统(200)包括：土体(16)的轴向荷载加载设备和土体(16)侧向围压加载设备；所述土体(16)的轴向荷载加载设备包括置于所述第三反力板(37‑3)底面的液压千斤顶(19)，置于液压千斤顶(19)底面的荷载传感器(20)；所述土体(16)的轴向荷载加载设备还包括置于加载框架外部的伺服控制台，所述伺服控制台通过电连接线分别与液压千斤顶(19)和荷载传感器(20)连接，所述伺服控制台用于控制液压千斤顶(19)对土体(16)加卸载或者维持恒压，并采集和输出荷载传感器(20)的监测荷载；所述土体(16)侧向围压加载设备包括将土体(16)密封在气体压力空间内的压力室(8)，穿过第二反力板(37‑2)与压力室(8)相连通的气体供应管(35)，气体供应管(35)一端与压力室(8)相连通，另一端与空气压缩站相连通，通过空气压缩站提供土体(16)侧向围压；所述压力室(8)包括第一反力板(37‑1)底面和第二反力板(37‑2)顶面，还包括置于第一反力板(37‑1)底面和第二反力板(37‑2)顶面之间的钢制桶(38‑1)；所述第一反力板(37‑1)中部设置第一密封活塞套(40‑1)，所述第一密封活塞套(40‑1)中心设有传力轴(43)；所述补水系统(300)包括：马氏瓶(30)、入水管(25)、第一透水石(22‑1)、第二透水石(22‑2)、出水管(27)以及第一玻璃管(29)；所述第一透水石(22‑1)、第二透水石(22‑2)分别设置在所述土体(16)的底部，且所述第一透水石(22‑1)和第二透水石(22‑2)布置在同一水平面上，所述入水管(25)的两端分别与所述马氏瓶(30)的出水口及所述第一透水石(22‑1)连通，所述出水管(27)的两端分别与所述第二透水石(22‑2)及所述第一玻璃管(29)连通；所述马氏瓶(30)由第二玻璃管(30‑1)，瓶身和橡胶塞(30‑2)构成，橡胶塞(30‑2)封堵瓶身，玻璃管(30‑1)穿过橡胶塞(30‑2)连通马氏瓶(30)的内部和外部空间；所述温控系统(400)包括：供温设备和保温设备；所述供温设备包括与第一透水石(22‑1)和第一透水石(22‑2)的底面均相接触的下恒温板(18)，与下恒温板(18)相连通的底部冷却液循环管(26‑1)，与底部冷却液循环管(26‑1)相连通的底部恒温槽，所述下恒温板(18)，底部冷却液循环管(26‑1)和底部恒温槽形成封闭循环系统；所述恒温系统还包括置于土体(16)顶面的上恒温板(17)，与上恒温板(17)相连通的顶部冷却液循环管(26‑2)，与所述顶部冷却液循环管(26‑2)相连通的顶部恒温槽，所述上恒温板(17)，顶部冷却液循环管(26‑2)和顶部恒温槽形成封闭循环系统；通过对底部恒温槽和顶部恒温槽设置不同工作温度实现对土体(16)施加不同温度梯度的目的；所述供温设备还包括恒温箱(32)、第一温度探针(31‑2)和第二温度探针(31‑1)，所述马氏瓶(30)置于恒温箱(32)内并且瓶身盘绕有底部冷却液循环管(26‑1)，恒温箱(32)上布置有控制面板(33)和第一温度探针(31‑1)；第一温度探针(31‑2)监测恒温箱(32)的工作温度，所述恒温箱(32)与所述底部恒温槽的工作温度设置为相同，第二温度探针(31‑1)设置在马氏瓶(30)内；所述保温设备：包括位于压力室(8)上部的第一真空室(4)，位于压力室(8)下部的第二真空室(5)，位于压力室(8)侧面的第三真空室(6)；所述第一真空室(4)，第二真空室(5)和第三真空室(6)通过多个连通管(14)相连通，所述第一真空室(4)与抽真空管(28)相连通，所述抽真空管(28)与抽真空泵相连通，通过开通真空泵制造第一真空室(4)，第二真空室(5)和第三真空室(6)的真空环境；所述数据采集与控制系统(500)包括：传感器组、数据采集箱及工作站；所述传感器组包括监测土体(16)整体变形的位移计(21)，监测土体(16)侧向变形的激光测距传感器(9)，监测土体(16)水分和盐分含量的水盐传感器(13)，监测土体(16)孔隙水压的孔隙水压力传感器(12)，监测土体(16)竖向应力场变化的土压力盒(10)，监测压力室(8)、第一真空室(4)、第二真空室(5)，第三真空室(6)中气体压力的压力传感器(7)；所述数据采集箱用于采集所述传感器组监测的数据，所述工作站用于对采集的数据进行分析处理，所述工作站包括微型计算机和数据处理软件；所述成形系统(600)包括：置于第二反力板(37‑2)上的第一成形保护桶(53‑1)，置于第一成形保护桶(53‑1)上部的第二成形保护桶(53‑2)，置于第二成形保护桶(53‑2)上部的第三成形保护桶(53‑3)，所述第一成形保护桶(53‑1)，第二成形保护桶(53‑2)和第三成形保护桶(53‑3)内壁均紧贴有橡皮膜(15)、外壁分别设置有法兰(51)，所述法兰(51)上设有螺杆固定槽(52)，所述第二反力板(37‑2)上设置有螺杆固定孔(54)，第三高强螺杆(2‑3)依次通过第二反力板(37‑2)上的螺杆固定孔(54)，法兰(51)上的螺杆固定槽(52)实现所述第一成形保护桶(53‑1)，第二成形保护桶(53‑2)和第三成形保护桶(53‑3)的固定；每一个螺杆固定槽(52)与高强螺杆(2‑3)均是通过第一螺母(55‑2)固定，所述成形系统(600)还包括对设计的土料进行击实进而制成土体(16)的击实设备和橡皮膜(15)侧面的勒紧橡皮套(34)。
所属类别：	发明专利