一種巖土體溫控動力特性試驗系統(tǒng)及試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于±工試驗技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種巖±體溫控動力特性試驗系統(tǒng)及 試驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在鐵路、公路、港口和城市軌道交通等工程建設(shè)過程中的地震力、波浪力、爆炸力、 打粧振動、動力基礎(chǔ)作用力及交通荷載等都屬于動荷載范疇，其對地基±的強度和變形特 性影響較大，開展±的動力特性試驗W獲得各項動力特性參數(shù)十分必要?！赖膭恿μ匦栽?驗?zāi)康陌▋煞矫?；一是確定±的動強度，用W分析在大變形條件下地基和結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定 性，特別是砂±的振動液化；二是確定±的剪切模量和阻巧比，用W計算在小變形條件下± 體在一定范圍內(nèi)所引起的位移、速度、加速度或應(yīng)力隨時間的變化?！荔w動力特性技術(shù)，直 接影響著±動力特性研究和±體動力分析計算的發(fā)展，起著正確揭示±的動力特性規(guī)律和 完善分析計算理論的重要作用，是±動力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。在±的動力特性試驗中，動=軸試 驗儀是有效確定±的動強度和變形最常用的設(shè)備。50年代末，國內(nèi)黃文熙教授最早提出用 振動=軸儀測試砂±液化的方法，60年代國外用周期加荷=軸儀研究砂±液化及其他動力 特性，得到了很大的發(fā)展。除了動=軸試驗外，還有振動單剪試驗、共振柱試驗、振動扭剪試 驗等也可W在室內(nèi)測定±的動力特性指標(biāo)。
[0003] 近年來，在核廢料處理、地?zé)衢_采、熱管線埋設(shè)和公共交通系統(tǒng)等諸多工程建設(shè)領(lǐng) 域W及城市熱島效應(yīng)和廣大范圍的季節(jié)性冰凍區(qū)域中，溫度對±體力學(xué)性質(zhì)的影響受到越 來越多的關(guān)注，開展不同溫度荷載下±的動/靜力特性試驗研究顯得尤為重要。目前，國內(nèi) 外已有溫控±工試驗裝置的研制主要基于固結(jié)儀或靜=軸儀，并通過開展應(yīng)用試驗，取得 了大量熱固結(jié)、變形及強度等方面的成果。由于常規(guī)動=軸試驗儀、振動單剪試驗儀、共振 柱試驗儀、振動扭剪試驗儀等動力特性試驗裝置只能在室溫下進行±體的動力特性試驗， 且國內(nèi)外已有的溫控試驗裝置主要針對固結(jié)及靜力=軸試驗，其對室內(nèi)試樣進行加熱的方 式主要有3種；
[0004] (1)將壓力室置于溫控設(shè)施內(nèi)模式，通過溫控設(shè)備使儀器置于一個高溫環(huán)境，實現(xiàn) 試驗要求的溫度。盡管該類裝置省去了儀器的研制過程，但建立溫控實驗室費用較高，試驗 環(huán)境較差，對儀器各元件耐高溫要求高。
[0005] (2)壓力室內(nèi)加熱模式，采用加熱線圈、加熱管、加熱椿、加熱板對流體加熱，該加 熱方式直接對流體加熱，可W較好達到試驗溫度要求，但在高圍壓下不易對壓力室的液體 均勻加熱，進而使試樣溫度不均勻。
[0006] (3)壓力室外加熱模式，在壓力室外纏繞線圈，通過加熱線圈對壓力室內(nèi)的流體加 熱，由于需要通過外罩傳熱使壓力室內(nèi)液體的溫度升高，會使得試樣要達到試驗溫度要求 的時間較長。
[0007] 由于在不同溫度作用下巖±體的工程性質(zhì)會發(fā)生變化，加熱可致試樣內(nèi)孔隙水粘 滯性減小，滲透系數(shù)增大，并可誘致孔隙水和±顆粒的熱膨脹而使±樣有體積增大的趨勢， 在同一振動次數(shù)下，巖±體的累積塑性應(yīng)變、動阻巧比、動彈性模量等均要發(fā)生變化，在試 驗過程中需要考慮溫度的影響，而常規(guī)的動=軸儀無法實現(xiàn)該一功能，為此，提出一種基于 內(nèi)、外聯(lián)合加熱模式的巖±體溫控動力特性試驗系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種試樣加熱溫度均勻、加熱時間短且費用 低，可實現(xiàn)分段、分級、線性升溫及降溫，并能夠?qū)毫κ覂?nèi)的溫度進行精確控制，并可W實 現(xiàn)試驗過程溫度變化控制的巖±體溫控動力特性試驗系統(tǒng)及試驗方法。
[0009] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為；一種巖±體溫控動力特性試驗系 統(tǒng)，包括動=軸壓力室和溫度控制裝置，所述的動=軸壓力室包括壓力室筒體，所述的壓力 室筒體的上端開口密封設(shè)置有壓力室上蓋，所述的壓力室筒體的底部設(shè)置有底盤，所述的 壓力室筒體內(nèi)的底部中央縱向設(shè)置有活塞桿，所述的壓力室筒體內(nèi)位于所述的活塞桿的上 方縱向設(shè)置有上傳力桿，所述的上傳力桿的下端與所述的活塞桿上端之間放置有試樣，所 述的底盤的底部設(shè)置有加載架承臺，所述的壓力室上蓋的正上方設(shè)置有加載架橫梁，所述 的加載架承臺與所述的加載架橫梁通過若干個加載架支桿一體連接，各個所述的加載架 支桿對稱設(shè)置在所述的壓力室筒體的外周，所述的上傳力桿穿過所述的壓力室上蓋與所述 的加載架橫梁的下表面抵接，所述的壓力室上蓋上連接有提升裝置，所述的活塞桿依次穿 過所述的底盤和所述的加載架承臺且其底部連接有軸向激振器，所述的加載架支桿上連接 有側(cè)向激振器，所述的軸向激振器和所述的側(cè)向激振器分別連接液壓油源，所述的上傳力 桿的上端與所述的加載架橫梁的下表面之間設(shè)置有壓力傳感器，所述的軸向激振器上設(shè)置 有軸向位移傳感器和變形傳感器，所述的底盤上設(shè)置有圍壓傳感器，所述的側(cè)向激振器上 設(shè)置有側(cè)向位移傳感器，所述的試樣的上端面上設(shè)置有上排水管，所述的試樣的下端面上 設(shè)置有下排水管，所述的下排水管上設(shè)置有孔壓傳感器；
[0010] 所述的溫度控制裝置包括溫度傳感器、溫度控制器和對稱包覆在所述的壓力室筒 體外壁的弧形板式加熱器，所述的溫度傳感器一端穿過所述的壓力室上蓋進入所述的壓力 室筒體內(nèi)且其另一端通過導(dǎo)線與所述的溫度控制器連接，所述的弧形板式加熱器通過導(dǎo)線 與所述的溫度控制器連接。
[0011] 所述的上傳力桿的下端面與所述的試樣的上端面之間W及所述的試樣的下端面 與所述的活塞桿的上端面之間分別設(shè)置有試樣帽，所述的試樣帽與所述的試樣之間設(shè)置有 透水石，壓力室上蓋上設(shè)置有排水孔，所述的底盤上設(shè)置有壓力室進水管、壓力室出水管和 用于控制所述的活塞桿和提升裝置上下運動的手動控制閥。
[0012] 兩片所述的弧形板式加熱器通過四個扣件扣緊連接，所述的弧形板式加熱器由內(nèi) 到外依次設(shè)置有加熱板、隔熱石棉和不誘鋼圍板，所述的加熱板緊貼在所述的壓力室筒體 的外壁且所述的加熱板通過導(dǎo)線與所述的溫度控制器連接。
[0013] 所述的壓力室上蓋的上表面W及所述的上傳力桿位于所述的壓力室筒體外部的 外壁上包覆有橡膠材料。
[0014] 所述的提升裝置包括提升框、氣缸、氣累連接線和氣累，所述的提升框的下端與所 述的壓力室上蓋固定連接且其上端穿過所述的加載架橫梁，所述的氣缸設(shè)置在所述的加載 架橫梁的上表面，所述的氣缸通過所述的氣累連接線與所述的氣累連接。
[0015] 所述的試樣的外周套設(shè)有乳膠膜，所述的壓力室上蓋、所述的壓力室筒體、所述的 底盤、所述的活塞桿、所述的上傳力桿和所述的試樣帽均為鋼質(zhì)材料。
[0016] 一種巖±體溫控動力特性試驗系統(tǒng)的試驗方法，包括W下步驟：
[0017] (1)試樣安裝
[001引將±體試樣進行水頭飽和、真空抽氣飽和或反壓飽和后，將試樣側(cè)面貼上6-7條 濾紙條，兩端面依次貼上濾紙片和透水石，整個試樣外套乳膠膜，再將試樣安放在壓力室 筒體內(nèi)的活塞桿上，通過計算機軟件控制活塞桿緩慢上升至試樣上端與上傳力桿下端的試 樣帽接觸時停止，用橡皮圈將乳膠膜分別扎緊在試樣兩端的試樣帽上；將壓力室上蓋密封 連接到壓力室筒體上，用手動控制閥控制提升框使壓力室上蓋和