一種溫控三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明涉及一種用于巖土工程領(lǐng)域的室內(nèi)土體力學(xué)特性測試設(shè)備，尤其涉及一種對溫度變化條件下土體三軸受力性能進(jìn)行測試的溫控三軸試驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

土體是一種孔隙介質(zhì)材料，自然界的土體由土顆粒、孔隙水、孔隙氣組成，土體在自然界會承受溫度變化，為模擬復(fù)雜環(huán)境中土體長時間受力性能，需要在溫度變化條件下進(jìn)行土體力學(xué)性能試驗(yàn)。三軸試驗(yàn)是最具代表性的土體力學(xué)性能測試方法之一，廣泛用于科學(xué)研究及工程實(shí)踐。在三軸試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，考慮溫度變化的影響，可模擬自然界中土體經(jīng)受季節(jié)變化而發(fā)生的溫度改變，也可研究深海可燃冰的特殊巖土材料在不同溫度下的力學(xué)性能。但是，現(xiàn)有溫度控制三軸儀多為溫度一次施加，未考慮溫度梯度變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種適用于溫度變化條件下的三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠研究土體在不同溫度條件下的基本力學(xué)性能。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種溫控三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，包括：

箱體；

三軸壓力室，所述三軸壓力室包括設(shè)置于箱體上方的底座及設(shè)置于底座上的壓力室，所述壓力室的側(cè)壁包括內(nèi)壁和外壁，且所述內(nèi)壁和外壁之間形成夾層，所述底座上表面中心處設(shè)有土樣，所述土樣上設(shè)有土樣帽，所述壓力室的上蓋的中心處開設(shè)有通孔；

溫度控制系統(tǒng)，所述溫度控制系統(tǒng)包括設(shè)置于夾層內(nèi)的發(fā)熱電阻、設(shè)置于底座側(cè)面的冷凍液入口、設(shè)置于上蓋側(cè)面的冷凍液出口及設(shè)置于壓力室內(nèi)部的溫度傳感器，所述冷凍液入口和冷凍液出口分別通過冷凍液管通向夾層；

水壓控制系統(tǒng)，所述水壓控制系統(tǒng)包括設(shè)置于底座側(cè)面的上排水口、下排水口及圍壓口，所述上排水口通過上排水管通向土樣帽，所述下排水口通過下排水管通向土樣底部，所述圍壓口通過壓力管通向壓力室內(nèi)部，所述上排水口、下排水口及圍壓口分別連接第一壓力表、第二壓力表及第三壓力表；

加壓裝置，所述加壓裝置包括反力架和壓力傳遞桿，所述反力架為門式結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置于壓力室左右兩側(cè)的兩根絲杠，及連接兩根絲杠的橫梁，所述橫梁上開設(shè)有與兩個所述絲杠分別相配合的兩個絲杠孔，兩個所述絲杠分別位于兩個絲杠孔內(nèi)，所述絲杠的底部穿過箱體，且與電機(jī)的輸出軸連接，所述橫梁底部設(shè)有壓力傳感器，所述壓力傳遞桿設(shè)置于通孔內(nèi)，所述壓力傳遞桿底部位于土樣帽上方，所述壓力傳遞桿頂部穿出上蓋且設(shè)有設(shè)備加載頭，所述壓力傳感器豎直方向的中心線與壓力傳遞桿的軸線在同一直線上；

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括內(nèi)置采集裝置，所述內(nèi)置采集裝置的前面板上設(shè)有第一壓力表、第二壓力表、第三壓力表、觸摸屏及顯示屏，所述內(nèi)置采集裝置內(nèi)部設(shè)有控制器，所述控制器與溫度傳感器、壓力傳感器、發(fā)熱電阻、電機(jī)、顯示屏及觸摸屏連接。

進(jìn)一步的，所述壓力室和底座通過螺栓連接。

進(jìn)一步的，所述土樣帽和土樣通過橡皮膜綁扎連接。

進(jìn)一步的，所述冷凍液入口和冷凍液出口分別通過冷凍液管與冷凍液室連接。

進(jìn)一步的，所述上排水口、下排水口、圍壓口、冷凍液入口及冷凍液出口處分別設(shè)有上排水開關(guān)、下排水開關(guān)、圍壓開關(guān)、冷凍液入口開關(guān)及冷凍液出口開關(guān)。

進(jìn)一步的，所述上蓋頂部設(shè)有放水口，所述放水口通過放水管與壓力室內(nèi)部相通。

進(jìn)一步的，所述通孔與壓力傳遞桿通過密封軸承連接。

進(jìn)一步的，所述內(nèi)置采集裝置內(nèi)部設(shè)有配電箱。

進(jìn)一步的，所述箱體及內(nèi)置采集裝置底部均設(shè)有萬向輪。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：

1)本發(fā)明中，冷凍液、發(fā)熱電阻及溫度傳感器共同組成了溫控三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)，通過冷凍液和發(fā)熱電阻的作用，可以實(shí)現(xiàn)壓力室內(nèi)不同溫度的變化，從而可以模擬土樣在自然界中經(jīng)受季節(jié)變化而發(fā)生的溫度改變，且溫度可以連續(xù)施加，溫度的變化范圍為-20℃-80℃，因此，便于在溫度梯度變化下對土樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)；

2)本發(fā)明中，通過水壓控制系統(tǒng)可以測得土樣的圍壓及孔壓，通過加壓裝置可以測得土樣的軸向壓力。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明：

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為三軸壓力室的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1.箱體，2.底座，3.壓力室，4.內(nèi)壁，5.外壁，6.發(fā)熱電阻，7.土樣，8.土樣帽，9.上排水口，10.下排水口，11.冷凍液入口，12.圍壓口，13.上排水管，14.下排水管，15.冷凍液管，16.上蓋，17.冷凍液出口，18.溫度傳感器，19.壓力傳遞桿，20.設(shè)備加載頭，21.壓力傳感器，22.內(nèi)置采集裝置，23.第一壓力表，24.第二壓力表，25.第三壓力表，26.觸摸屏，27.顯示屏，28.螺栓，29.放水口，30.放水管，31.絲杠，32.橫梁。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

如圖1-2所示，本發(fā)明提供的溫控三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，包括：

箱體1；

三軸壓力室，所述三軸壓力室包括設(shè)置于箱體1上方的底座2及設(shè)置于底座2上的壓力室3，所述壓力室3的側(cè)壁包括內(nèi)壁4和外壁5，且所述內(nèi)壁4和外壁5之間形成夾層，所述底座2上表面中心處設(shè)有土樣7，所述土樣7上設(shè)有土樣帽8，所述壓力室3的上蓋16的中心處開設(shè)有通孔；

溫度控制系統(tǒng)，所述溫度控制系統(tǒng)包括設(shè)置于夾層內(nèi)的發(fā)熱電阻6、設(shè)置于底座2側(cè)面的冷凍液入口11、設(shè)置于上蓋16側(cè)面的冷凍液出口17及設(shè)置于壓力室3內(nèi)部的溫度傳感器18，所述冷凍液入口11和冷凍液出口17分別通過冷凍液管15通向夾層。本發(fā)明中，冷凍液、發(fā)熱電阻6及溫度傳感器18共同組成了溫控三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)，其中冷凍液用于給壓力室3降溫，發(fā)熱電阻6用于給壓力室3加熱，溫度傳感器18用于壓力室3內(nèi)部的溫度的監(jiān)測，通過冷凍液和發(fā)熱電阻6的作用，可以實(shí)現(xiàn)壓力室內(nèi)不同溫度的變化，從而可以模擬土樣7在自然界中經(jīng)受季節(jié)變化而發(fā)生的溫度改變，且溫度可以連續(xù)施加，溫度的變化范圍為-20℃-80℃，便于在溫度梯度變化下對土樣7進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)；

水壓控制系統(tǒng)，所述水壓控制系統(tǒng)包括設(shè)置于底座2側(cè)面的上排水口9、下排水口10及圍壓口12，所述上排水口9通過上排水管13通向土樣帽8，所述下排水口10通過下排水管14通向土樣7底部，所述圍壓口12通過壓力管通向壓力室3內(nèi)部，所述上排水口9、下排水口10及圍壓口12分別連接第一壓力表23、第二壓力表24及第三壓力表25。本發(fā)明中，下排水口10通過管道依次連接第一供水水泵和供水水箱，上排水口9通過管道連接供水水箱，從而使上排水口9、上排水管13、土樣帽8、土樣7、下排水管14、下排水口10、第一供水水泵、供水水箱形成一個循環(huán)回路，在回路上，第一壓力表23和第二壓力表24分別測得水循環(huán)時土樣7兩端的壓力；圍壓口12通過管道依次連接第二供水水泵和水箱，水通過圍壓口12注入壓力室3內(nèi)部，為壓力室3提供圍壓壓力源，第三壓力表25測得圍壓壓力；

加壓裝置，所述加壓裝置包括反力架和壓力傳遞桿19，所述反力架為門式結(jié)構(gòu)，包括設(shè)置于壓力室3左右兩側(cè)的兩根絲杠31，及連接兩根絲杠31的橫梁32，所述橫梁32上開設(shè)有與兩個所述絲杠31分別相配合的兩個絲杠孔，兩個所述絲杠31分別位于兩個絲杠孔內(nèi)，所述絲杠31的底部穿過箱體1，且與電機(jī)的輸出軸連接，所述橫梁32底部設(shè)有壓力傳感器21，所述壓力傳遞桿19設(shè)置于通孔內(nèi)，所述壓力傳遞桿19底部位于土樣帽8上方，所述壓力傳遞桿19頂部穿出上蓋16且設(shè)有設(shè)備加載頭20，所述壓力傳感器21豎直方向的中心線與壓力傳遞桿19的軸線在同一直線上。本發(fā)明中，箱體1內(nèi)部的電機(jī)轉(zhuǎn)動，驅(qū)動絲杠31轉(zhuǎn)動，從而帶動與絲杠31配合連接的橫梁32的在絲杠31上的上下移動，橫梁32在下移動時，推動壓力傳遞桿19向土樣7施加軸向荷載，壓力傳感器21用于測定軸向壓力；

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括內(nèi)置采集裝置22，所述內(nèi)置采集裝置22的前面板上設(shè)有第一壓力表23、第二壓力表24、第三壓力表25、觸摸屏26及顯示屏27，所述內(nèi)置采集裝置22內(nèi)部設(shè)有控制器，所述控制器與溫度傳感器18、壓力傳感器21、發(fā)熱電阻6、電機(jī)、顯示屏27及觸摸屏26連接。本發(fā)明中，第一壓力表23和第二壓力表24用于采集土樣7的孔壓，第三壓力表25用于采集土樣7的圍壓，觸摸屏26用于溫度、壓力參數(shù)的設(shè)定和系統(tǒng)控制，顯示屏27用于系統(tǒng)信息的顯示，控制器分別連接溫度傳感器18、壓力傳感器21、發(fā)熱電阻6、電機(jī)、顯示屏27和觸摸屏26，對溫控三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的溫度和壓力進(jìn)行全面控制，溫度傳感器18用于監(jiān)測壓力室3內(nèi)的溫度，并將信號傳遞給控制器，壓力傳感器21用于監(jiān)測軸向壓力，并將信號傳遞給控制器，控制器根據(jù)對輸入信號的分析，控制顯示屏27輸出、發(fā)熱電阻6通電或斷電及電機(jī)開啟或關(guān)閉，并可通過觸摸屏26進(jìn)行溫度和壓力參數(shù)設(shè)定，需要說明的是，控制器為市售產(chǎn)品(現(xiàn)有技術(shù))，如8051單片機(jī)或PLC控制器，即可根據(jù)溫度傳感器18和壓力傳感器21傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行分析并根據(jù)分析結(jié)果控制相應(yīng)的設(shè)備(如電機(jī))或元件(如發(fā)熱電阻)動作，該技術(shù)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所慣用的手段。

本發(fā)明中，所述壓力室3和底座2通過螺栓28連接。

本發(fā)明中，所述土樣帽8和土樣7通過橡皮膜綁扎連接。

本發(fā)明中，所述冷凍液入口11和冷凍液出口17分別通過冷凍液管15與冷凍液室連接。冷凍液室通過制冷機(jī)對冷凍液進(jìn)行制冷和降溫，從而為壓力室3提供冷源。

本發(fā)明中，所述上排水口9、下排水口10、圍壓口12、冷凍液入口11及冷凍液出口17處分別設(shè)有上排水開關(guān)、下排水開關(guān)、圍壓開關(guān)、冷凍液入口開關(guān)及冷凍液出口開關(guān)。

本發(fā)明中，所述上蓋16頂部設(shè)有放水口29，所述放水口29通過放水管30與壓力室3內(nèi)部相通。

本發(fā)明中，所述通孔與壓力傳遞桿19通過密封軸承連接。密封軸承用于對壓力室3進(jìn)行密封，防止壓力室3內(nèi)部的水或氣體泄漏，對試驗(yàn)結(jié)果造成影響。

本發(fā)明中，所述內(nèi)置采集裝置22內(nèi)部設(shè)有配電箱。配電箱用于給溫控三軸試驗(yàn)系統(tǒng)提供電能。

本發(fā)明中，所述箱體1及內(nèi)置采集裝置22底部均設(shè)有萬向輪。萬向輪的設(shè)置方便移動箱體1和內(nèi)置采集裝置22。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種溫控三軸試驗(yàn)系統(tǒng)。

以上通過實(shí)施例對本發(fā)明的進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。