專利名稱：可控溫的便攜式多功能壓力室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可控溫的便攜式多功能壓力室。
背景技術(shù)：
凍土是一種溫度等于或低于零度并且含有冰的土體。世界上凍土分布面積廣泛， 占陸地總面積的50%左右。要在凍土地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，必須充分了解凍土的基本物理力 學(xué)性質(zhì)。影響凍土物理力學(xué)性質(zhì)的外部因素主要有溫度和荷載兩個(gè)。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)， 凍土?xí)l(fā)生凍脹或融沉，且土體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生變化；當(dāng)外部力荷載施加到凍土上時(shí)， 土體會(huì)發(fā)生變形甚至破壞。將試樣放置在可控溫的壓力室中，并與凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)、三軸試 驗(yàn)機(jī)或CT掃描機(jī)配套使用，研究溫度發(fā)生變化或者荷載作用下凍土的物理力學(xué)性質(zhì)是很 重要的一種研究手段，主要有凍脹試驗(yàn)、融沉試驗(yàn)、凍融循環(huán)試驗(yàn)、凍土的三軸試驗(yàn)、經(jīng)歷凍 融循環(huán)以后土體的三軸試驗(yàn)、土體在凍融過程中或三軸試驗(yàn)過程中的細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化觀測(cè)?，F(xiàn)有的可控溫壓力室有兩種一種是凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)專用的，可以單獨(dú)控制試樣 上、下端溫度，用于凍脹、融沉試驗(yàn)以及凍融循環(huán)試驗(yàn)；另一種是三軸試驗(yàn)機(jī)專用的，可以控 制試樣的整體溫度，用于凍土的三軸試驗(yàn)。而與CT掃描機(jī)配套的壓力室都不帶控溫系統(tǒng)。 目前，要進(jìn)行經(jīng)歷凍融循環(huán)后土體的三軸試驗(yàn)，首先需要在凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行凍融試 驗(yàn)，然后將試樣取出，放到三軸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行三軸試驗(yàn)；而要進(jìn)行土體在凍融過程中或三軸 試驗(yàn)過程中的細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化觀測(cè)，需要分別在凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)或三軸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)， 到一定階段時(shí)將試樣取出，放到CT掃描機(jī)上進(jìn)行掃描觀測(cè)，然后再將試樣裝到凍融循環(huán)試 驗(yàn)機(jī)或三軸試驗(yàn)機(jī)上，如此反復(fù)，直到試驗(yàn)結(jié)束?？梢?，試驗(yàn)過程十分繁瑣，在一個(gè)試驗(yàn)中需 要多次安裝和取出試樣，必然會(huì)造成擾動(dòng)，而且無法做到實(shí)時(shí)CT掃描觀測(cè)。因此，開發(fā)可控 溫的便攜式多功能壓力室十分必要，不但能簡(jiǎn)化試驗(yàn)步驟，而且能實(shí)現(xiàn)更多的試驗(yàn)過程，有 利于研究人員更加深入地了解凍土的物理力學(xué)性質(zhì)，更好地為凍土地區(qū)的工程建設(shè)服務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述，本發(fā)明的目的旨在提供一種可控溫的便攜式多功能壓力室。本發(fā)明與 凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)、三軸試驗(yàn)機(jī)、CT掃描機(jī)都可以配套使用，能直接進(jìn)行凍脹試驗(yàn)、融沉試驗(yàn)、 凍融循環(huán)試驗(yàn)、凍土的三軸試驗(yàn)、經(jīng)歷凍融循環(huán)以后土體的三軸試驗(yàn)、土體在凍融過程中或 三軸試驗(yàn)過程中的CT掃描觀測(cè)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種可控溫的便攜式多功能壓力室是由圍壓室腔體、圍壓室底座、圍壓室頂蓋、軸 壓室腔體、軸壓活塞、固定螺栓、活動(dòng)螺栓、圍壓油入口、圍壓室排氣閥門、軸壓油入口、軸壓 室排氣閥門、圍壓室冷凍液循環(huán)管、圍壓室循環(huán)冷凍液入口、圍壓室循環(huán)冷凍液出口、保溫 層、試樣筒側(cè)壁、試樣筒底座、透水板、試樣筒上壓板、試樣上蓋、試樣筒底座冷凍液循環(huán)槽、 試樣筒底座循環(huán)冷凍液入口、試樣筒底座循環(huán)冷凍液出口、試樣上蓋冷凍液循環(huán)槽、試樣上 蓋循環(huán)冷凍液入口、試樣上蓋循環(huán)冷凍液出口、補(bǔ)水或排水接口、隔熱墊塊、溫度傳感器構(gòu)成。圍壓室腔體與圍壓室底座、圍壓室頂蓋分別通過固定螺栓和活動(dòng)螺栓相連構(gòu)成圍壓室， 圍壓室上設(shè)有圍壓油入口和排氣閥門；軸壓室腔體和圍壓室頂蓋通過固定螺栓相連構(gòu)成軸 壓室，軸壓室上設(shè)有軸壓油入口和排氣閥門；圍壓室腔體外壁纏繞螺旋狀的冷凍液循環(huán)管， 并通過冷凍液入口和出口與外部制冷裝置相連，圍壓室內(nèi)的溫度傳感器與外部溫控器相 連，溫控器與制冷裝置相連；圍壓室和軸壓室周圍設(shè)有保溫層；試樣筒側(cè)壁和試樣筒底座、 試樣筒上壓板通過活動(dòng)螺栓相連構(gòu)成試樣筒；試樣筒底座上設(shè)有透水板；試樣裝在試樣筒 內(nèi)的透水板上，試樣上加試樣上蓋；試樣筒底座和試樣上蓋內(nèi)部都刻有雙螺旋狀的冷凍液 循環(huán)槽，并通過冷凍液入口和出口分別與外部制冷裝置、制冷裝置相連，放置在試樣筒底座 和試樣上蓋上的溫度傳感器分別與外部溫控器相連；透水板與補(bǔ)水或排水接口相連；試樣 筒底座與圍壓室底座之間、試樣上蓋與軸壓活塞之間設(shè)有隔熱墊塊。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是1.本發(fā)明直接測(cè)量試樣上下端的溫度以及圍壓室內(nèi)的溫度，并作為反饋值輸入溫 控器?，F(xiàn)有的可控溫壓力室直接使用循環(huán)冷凍液溫度作為反饋值輸入溫控器，而冷凍液溫 度和我們所需要的試樣上下端溫度及圍壓室溫度之間存在差異。本發(fā)明避免了這一缺點(diǎn)， 進(jìn)一步提高了控溫精度。2.本發(fā)明可以固定在凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)上使用，進(jìn)行單獨(dú)的凍脹、融沉試驗(yàn)以及凍 融循環(huán)試驗(yàn)；也可以固定在三軸試驗(yàn)機(jī)上使用，進(jìn)行凍土以及經(jīng)歷凍融循環(huán)以后土體的三 軸試驗(yàn)；另外，本發(fā)明自身作為反力架，形成自平衡系統(tǒng)，因此是便攜式的、可單獨(dú)使用的裝 置。本發(fā)明與CT掃描機(jī)配套使用時(shí)，將壓力室平放在掃描床上，在凍融試驗(yàn)或三軸試驗(yàn)過 程中進(jìn)行實(shí)時(shí)CT掃描觀測(cè)，掃描結(jié)束后將壓力室從掃描床上取下。可見，本發(fā)明是多功能 的壓力室；不但在試驗(yàn)過程中不需要多次安裝和取出試樣，不會(huì)對(duì)試樣造成擾動(dòng)，使試驗(yàn)過 程簡(jiǎn)化；而且能實(shí)現(xiàn)土體在凍融過程中或三軸試驗(yàn)過程中內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化的實(shí)時(shí)CT掃 描觀測(cè)，拓展了新的試驗(yàn)過程。


圖1是本發(fā)明的示意圖。圖2是圖1中試樣筒底座或試樣上蓋內(nèi)部的冷凍液循環(huán)槽的水平剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1-2所示，一種可控溫的便攜式多功能壓力室是由圍壓室腔體1、圍壓室底 座2、圍壓室頂蓋3、軸壓室腔體4、軸壓活塞5、固定螺栓6、活動(dòng)螺栓7、圍壓油入口 8、圍壓 室排氣閥門9、軸壓油入口 10、軸壓室排氣閥門11、圍壓室冷凍液循環(huán)管12、圍壓室循環(huán)冷 凍液入口 13、圍壓室循環(huán)冷凍液出口 14、保溫層15、試樣筒側(cè)壁16、試樣筒底座17、透水板 18、試樣筒上壓板19、試樣上蓋20、試樣筒底座冷凍液循環(huán)槽22、試樣筒底座循環(huán)冷凍液入 口 23、試樣筒底座循環(huán)冷凍液出口 24、試樣上蓋冷凍液循環(huán)槽25、試樣上蓋循環(huán)冷凍液入 口 26、試樣上蓋循環(huán)冷凍液出口 27、補(bǔ)水或排水接口 28、隔熱墊塊29、溫度傳感器30、溫度 傳感器31和溫度傳感器32構(gòu)成。圍壓室腔體1是由強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性能好、低X射線吸收系 數(shù)的鋁合金材料制成，圍壓室底座2、圍壓室頂蓋3、軸壓室腔體4以及軸壓活塞5都由強(qiáng)度 高的金屬材料制成。圍壓室腔體1、圍壓室底座2、圍壓室頂蓋3構(gòu)成圍壓室，進(jìn)行凍融試驗(yàn)時(shí)，圍壓室內(nèi)充滿空氣，進(jìn)行三軸試驗(yàn)時(shí)，通過圍壓油入口 8往圍壓室內(nèi)注入航空液壓油， 注油時(shí)打開排氣閥門9將圍壓室內(nèi)的空氣排出，注油完成后，通過外部圍壓加載裝置34施 加圍壓。軸壓室腔體4和圍壓室頂蓋3通過固定螺栓6相連構(gòu)成軸壓室，通過軸壓油入口 10向軸壓室注入航空液壓油33，注油時(shí)打開排氣閥門11將軸壓室內(nèi)的空氣排出，軸壓活塞 位于軸壓室內(nèi)，并穿過圍壓室頂蓋進(jìn)入圍壓室，試驗(yàn)時(shí)外部軸壓加載裝置35加壓推動(dòng)軸壓 活塞4前進(jìn)或后退，從而給試樣施加軸向壓力。圍壓室腔體1外壁纏繞螺旋狀的冷凍液循環(huán) 管12，并通過冷凍液入口 13和出口 14與外部制冷裝置36相連，圍壓室內(nèi)的溫度傳感器30 與外部溫控器37相連，溫控器37和制冷裝置36相連，溫度傳感器30測(cè)得圍壓室內(nèi)的溫度 值反饋給溫控器37、溫控器37控制制冷裝置36的制冷量，以便精確控制圍壓室內(nèi)的溫度。 圍壓室和軸壓室周圍設(shè)有保溫層15以減少冷量散失。試樣筒側(cè)壁16用有機(jī)玻璃制成。試 樣筒底座17、試樣上蓋20用強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性能好的金屬材料制成，試樣筒上壓板19由強(qiáng)度 高的金屬材料制成。試樣筒側(cè)壁16與試樣筒底座17、試樣筒上壓板19通過活動(dòng)螺栓7相 連構(gòu)成試樣筒21，試樣筒底座17上設(shè)有透水板18，試樣裝在試樣筒21內(nèi)的透水板18上， 試樣裝好后，加上上蓋20。試樣筒底座17內(nèi)部刻有雙螺旋狀的冷凍液循環(huán)槽22、并通過冷 凍液入口 23和出口 24與外部制冷裝置38相連，放置在試樣筒底座17上的溫度傳感器31 與外部溫控器39相連，溫控器39與制冷裝置38相連。試樣上蓋20內(nèi)部刻有雙螺旋狀的 冷凍液循環(huán)槽25、并通過冷凍液入口 26和出口 27與外部制冷裝置40相連，放置在試樣上 蓋20上的溫度傳感器32與外部溫控器41相連，溫控器41與制冷裝置40相連。試樣筒底 座17和試樣上蓋20的控溫原理與上述圍壓室的控溫原理相同。透水板18與補(bǔ)水或排水 接口 28通過管道相連。試樣筒底座17與圍壓室底座2之間、試樣上蓋20與軸壓活塞5之 間都設(shè)有隔熱墊塊29。本發(fā)明的操作過程如下a.與凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)配套使用將壓力室安裝在凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)的基座上；打開圍壓室頂蓋3以及試樣筒上壓板 19，將試樣裝入試樣筒21并加上試樣上蓋19和隔熱墊塊29 ；將圍壓室的圍壓油入口 8和排 氣閥門9關(guān)閉，使圍壓室內(nèi)充滿空氣；將外部軸壓加載裝置35的軸向力和軸向位移記錄打 開；將圍壓室冷凍液循環(huán)管12、試樣筒底座冷凍液循環(huán)槽22、試樣上蓋冷凍液循環(huán)槽25分 別與外部制冷裝置36、制冷裝置38和制冷裝置40連接，溫度傳感器30、溫度傳感器31和 溫度傳感器32分別與溫控器37、溫控器39和溫控器41相連，溫控器37、溫控器39和溫控 器41分別與制冷裝置36、制冷裝置38和制冷裝置40連接；根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)置試樣上下端 溫度，以及圍壓室的空氣溫度。如果試驗(yàn)過程需要進(jìn)行補(bǔ)水或排水，則將補(bǔ)水或排水接口 28 與外部水源或接水容器相連；打開制冷裝置，開始試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中通過軸壓加載裝置記錄 凍脹力或凍脹量、融沉量。這樣，可以進(jìn)行單獨(dú)的凍脹試驗(yàn)、融沉試驗(yàn)、或者多次反復(fù)凍融循 環(huán)試驗(yàn)。b.與三軸試驗(yàn)機(jī)配套使用將壓力室安裝在三軸試驗(yàn)機(jī)的基座上。如果進(jìn)行凍土的三軸試驗(yàn)，則打開圍壓室 頂蓋3、取出試樣筒21、將凍結(jié)好并套了防油乳膠套的凍土試樣放置在透水板18上、加上試 樣上蓋19和隔熱墊塊29 ；打開軸壓加載裝置35、輕輕推動(dòng)軸壓活塞5，直至接觸試樣；將圍 壓室的圍壓油入口 8與圍壓加載裝置34的油源相連、打開排氣閥門9，向圍壓室注入航空液壓油33 ；將軸向加載裝置35的軸向力和位移記錄儀打開，再將圍壓加載裝置34的圍壓記 錄儀打開；將圍壓室冷凍液循環(huán)管12與外部制冷裝置36連接，溫度傳感器30與溫控器37 相連，溫控器37與制冷裝置36相連；根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)置圍壓室的溫度，然后施加圍壓、軸 壓，同時(shí)記錄軸向位移和軸向力以及圍壓位移；如果試驗(yàn)過程中需要排水，則將補(bǔ)水或排水 接口 28與接水容器相連。如果進(jìn)行凍融循環(huán)以后土體的三軸試驗(yàn)，凍融循環(huán)試驗(yàn)的操作步 驟與上述凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)a相同；凍融循環(huán)試驗(yàn)完成后，打開圍壓室頂蓋3、取出試樣筒21、 將試樣套上防油乳膠套、重新放置在透水板18上、并加上試樣上蓋20和隔熱墊塊29，以后 的操作步驟與上述凍土的三軸試驗(yàn)相同。c.與CT掃描機(jī)配套使用將壓力室平放在掃描床上。如果進(jìn)行凍融過程中試樣內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化的CT掃 描觀測(cè)，其操作步驟與上述凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)a相同。如果進(jìn)行凍土三軸試驗(yàn)過程中試樣內(nèi) 部結(jié)構(gòu)變化的CT掃描觀測(cè)，其操作步驟與上述三軸試驗(yàn)機(jī)b的相同。在凍融試驗(yàn)或三軸試 驗(yàn)的過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)CT掃描觀測(cè)。
權(quán)利要求
1. 一種可控溫的便攜式多功能壓力室是由圍壓室腔體(1)、圍壓室底座(2)、圍壓室頂 蓋(3)、軸壓室腔體(4)、軸壓活塞(5)、固定螺栓(6)、活動(dòng)螺栓(7)、圍壓油入口(8)、圍壓 室排氣閥門(9)、軸壓油入口(10)、軸壓室排氣閥門(11)、圍壓室冷凍液循環(huán)管(12)、圍壓 室循環(huán)冷凍液入口(13)、圍壓室循環(huán)冷凍液出口(14)、保溫層(15)、試樣筒側(cè)壁(16)、試 樣筒底座(17)、透水板(18)、試樣筒上壓板(19)、試樣上蓋(20)、試樣筒底座冷凍液循環(huán) 槽(22)、試樣筒底座循環(huán)冷凍液入口(23)、試樣筒底座循環(huán)冷凍液出口(24)、試樣上蓋冷 凍液循環(huán)槽(25)、試樣上蓋循環(huán)冷凍液入口(26)、試樣上蓋循環(huán)冷凍液出口(27)、補(bǔ)水或 排水接口(28)、隔熱墊塊(29)、溫度傳感器(30)、溫度傳感器(31)、溫度傳感器(32)構(gòu)成， 其特征是圍壓室腔體(1)與圍壓室底座(2)、圍壓室頂蓋(3)分別通過固定螺栓(6)和活 動(dòng)螺栓(7)相連構(gòu)成為圍壓室，圍壓室上設(shè)有圍壓油入口(8)和排氣閥門(9)；軸壓室腔體 (4)和圍壓室頂蓋(3)通過固定螺栓(6)相連構(gòu)成軸壓室，軸壓室上設(shè)有軸壓油入口(10) 和排氣閥門(11)；圍壓室腔體(1)外壁纏繞螺旋狀的冷凍液循環(huán)管(12)，并通過冷凍液入 口(13)和出口(14)與外部制冷裝置(36)相連，圍壓室內(nèi)的溫度傳感器(30)與外部溫控 器(37)相連，溫控器(37)與制冷裝置(36)相連；圍壓室和軸壓室周圍設(shè)有保溫層(15)；試 樣筒側(cè)壁(16)和試樣筒底座(17)、試樣筒上壓板(19)通過活動(dòng)螺栓(7)相連構(gòu)成試樣筒 (21)；試樣筒底座(17)上設(shè)有透水板(18)；試樣裝在試樣筒(21)內(nèi)的透水板(18)上，試 樣上加上蓋(20)；試樣筒底座(17)和試樣上蓋(20)內(nèi)部都刻有雙螺旋狀的冷凍液循環(huán)槽 (25)，并分別通過冷凍液入口 (13)和出口 (14)分別與外部制冷裝置(38)、制冷裝置(40) 相連，放置在試樣筒底座(17)和試樣上蓋(20)上的溫度傳感器(30)和溫度傳感器(31) 分別與外部的溫控器(39)和溫控器(41)相連；透水板(18)與補(bǔ)水或排水接口(28)相連； 試樣筒底座(17)與圍壓室底座(2)之間、試樣上蓋(20)與軸壓活塞(5)之間設(shè)有隔熱墊 塊(29)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可控溫的便攜式多功能壓力室，其結(jié)構(gòu)特征是圍壓室通過圍壓油入口與外部圍壓加載裝置的油源相連；軸壓室通過軸壓油入口與外部軸壓加載裝置的油源相連；軸壓活塞位于軸壓室中、并穿過圍壓室頂蓋進(jìn)入圍壓室；試樣筒側(cè)壁與試樣筒底座、試樣筒上壓板構(gòu)成試樣筒，試樣筒底座上設(shè)有透水板，試樣放置在透水板上，并加上蓋；圍壓室腔體外側(cè)纏繞螺旋狀的冷凍液循環(huán)管、試樣筒底座和試樣上蓋內(nèi)部都刻有雙螺旋狀冷凍液循環(huán)槽，并分別與外部制冷裝置相連，圍壓室內(nèi)、試樣筒底座以及試樣上蓋上的溫度傳感器分別與外部溫控器相連，外部溫控器與外部制冷裝置相連，透水板與補(bǔ)水或排水接口相連。本發(fā)明具有多點(diǎn)精確獨(dú)立控溫、便攜、多功能的特點(diǎn)，與凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)、三軸試驗(yàn)機(jī)、CT掃描機(jī)都能配套使用，不需要多次安裝和取出試樣，不會(huì)造成對(duì)試樣的擾動(dòng)，使試驗(yàn)過程簡(jiǎn)化。
文檔編號(hào)G01N3/00GK102004053SQ20101028920
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者蒲毅彬, 趙淑萍, 鄭劍峰, 馬巍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所