溶液循環(huán)滲透單元(6 )和軸向位移測量單元(7 )連接，實現(xiàn)各項數(shù)據(jù)的采集。2.按權利要求1所述的非飽和土多場耦合的三軸試驗系統(tǒng)，其特征在于: 所述的三軸壓力室(I)包括壓力室外罩(1.1)、排氣通道(1.2)、圍壓孔道(1.3)、化學溶液孔道(1.4)、陶土板(1.5)、底座(1.6)、孔隙氣孔道(1.7)、孔隙水孔道(1.8)和多孔板(1.9)； 其連接關系是: 壓力室外罩(1.0安裝在底座(1.6)上，陶土板(1.5)放置在底座(1.6)中部，在陶土板(1.5)的上部放置有土樣(0)，排氣通道(1.2)設置在壓力室外罩(1.1)上部，用來排除壓力室內的空氣； 圍壓孔道(1.3)設置在底座(1.6)的邊緣上，用來施加圍壓； 化學溶液孔道(1.4)設置在底座(1.6)的邊緣上，和土樣(O)上部的多孔板(1.9)連接，用于化學溶液的循環(huán)滲透； 孔隙氣孔道(1.7)設置在底座(1.6)的邊緣上，和土樣(O)上部的多孔板(1.9)連接，用來對土樣(O)施加氣壓； 孔隙水孔道(1.8)設置在底座(1.6)的中心上，在陶土板(1.5)的下方，一個功能是對土樣(O)施加孔隙水壓力，另一個功能是用來對土樣(O)進行化學溶液的循環(huán)滲透。3.按權利要求1所述的非飽和土多場耦合的三軸試驗系統(tǒng)，其特征在于: 所述的圍壓施加/體變監(jiān)測單元(2)包括圍壓/體積控制器(2.1)和圍壓閥(2.2); 其連接關系是: 圍壓/體積控制器(2.1)和圍壓閥(2.2 )連接，圍壓閥(2.2 )和三軸壓力室(I)的圍壓孔道(1.3)連接； 圍壓/體積控制器(2.1)通過信號傳輸線和數(shù)據(jù)采集單元(8 )連接，對土樣(O )在試驗過程中的圍壓和體變進行采集。4.按權利要求1所述的非飽和土多場耦合的三軸試驗系統(tǒng)，其特征在于: 所述的軸力施加單元(3)包括升降臺(3.1)、手輪(3.2)、軸向測力計(3.3)和試驗機(3.4)； 其連接關系是: 從下到上，試驗機(3.4)、升降臺(3.1)、三軸壓力室(I)和軸向測力計(3.3 )依次連接，給土樣(O)施加軸力； 在試驗機(3.4)上設置有手輪(3.2)，起卸載作用； 軸向測力計(3.3)通過信號傳輸線和數(shù)據(jù)采集單元(8)連接，對土樣(O)在試驗過程中的軸力進行采集。5.按權利要求1所述的非飽和土多場耦合的三軸試驗系統(tǒng)，其特征在于: 所述的基質吸力施加單元(4)包括氣壓控制器(4.1)、空壓機(4.2)、孔隙氣閥門(4.3)、孔壓/體積控制器(4.4)和孔隙水閥門(4.5); 其連接關系是: 空壓機(4.2)、氣壓控制器(4.1)和孔隙氣閥門(4.3)依次連接，孔隙氣閥門(4.3)和三軸壓力室(I)的孔隙氣孔道(L 7)連接，對土樣(O)施加孔隙氣壓力； 孔壓/體積控制器(4.4)和孔隙水閥門(4.5)連接，孔隙水閥門(4.5)和三軸壓力室Cl)的孔隙水孔道(1.8)連接，對土樣(O)施加孔隙水壓力，并且同時監(jiān)測土樣(O)中吸入或排出孔隙溶液的流量，進而得出土樣(O)含水量的變化情況； 氣壓控制器(4.1)和孔壓/體積控制器(4.3)通過信號傳輸線和數(shù)據(jù)采集單元(8)連接，對土樣(O)試驗過程中的孔隙氣壓力、孔隙水壓力以及含水量變化的采集。6.按權利要求1所述的非飽和土多場耦合的三軸試驗系統(tǒng)，其特征在于: 所述的溫度控制單元(5)包括電阻絲(5.1)、低溫恒溫冷浴(5.2)、冷浴液循環(huán)銅管(5.3)和溫度控制器(5.4)； 其連接關系是: 電阻絲(5.1)和冷浴液循環(huán)銅管(5.3)分別置于三軸壓力室外罩(1.1)的內壁上，低溫恒溫冷浴(5.2)和冷浴液循環(huán)銅管(5.3)連接，電阻絲(5.1)和低溫恒溫冷浴(5.2)分別和溫度控制器(5.4)連接，控制溫度； 溫度控制器(5.4)通過信號傳輸線和數(shù)據(jù)采集單元(8 )連接，對土樣(O )在試驗過程中的溫度進行采集。7.按權利要求1所述的非飽和土多場耦合的三軸試驗系統(tǒng)，其特征在于: 所述的化學溶液循環(huán)滲透單元(6)包括滲透壓力/體積控制器(6.1)和化學溶液閥門(6.2)； 其連接關系是: 滲透壓力/體積控制器(6.1)和化學溶液閥門(6.2)連接，化學溶液閥門(6.2)和三軸壓力室(I)中的化學溶液孔道(L 4)連接； 滲透壓力/體積控制器(6.1)通過信號傳輸線和數(shù)據(jù)采集單元(8)連接，對土樣(O)試驗過程中的滲透壓力和流量進行采集。8.按權利要求1所述的非飽和土多場耦合的三軸試驗系統(tǒng)，其特征在于: 所述的軸向位移測量單元(7)包括軸向位移百分表(7.1)和位移探測計(7.2); 其連接關系是: 軸向位移百分表(7.1)和位移探測計(7.2)的上部連接，位移探測計(7.2)和三軸壓力室(I)上部接觸，軸向位移百分表(7.1)通過信號傳輸線和數(shù)據(jù)采集單元(8 )連接，對土樣(O)試驗過程中的軸向位移進行采集。9.按權利要求1所述的非飽和土多場耦合的三軸試驗系統(tǒng)，其特征在于: 所述的數(shù)據(jù)采集單元(8)包括圍壓傳感器(8.1)、流量傳感器(8.2)、化學溶液壓力傳感器(8.3)、化學溶液流量傳感器(8.4)、軸力傳感器(8.5)、孔隙氣壓力傳感器(8.6)、孔隙水壓力傳感器(8.7)、孔隙水流量傳感器(8.8)、溫度傳感器(8.9)、軸向位移傳感器(8.10)、數(shù)據(jù)采集儀(8.11)和計算機(8.12)； 其連接關系是: 數(shù)據(jù)采集儀(8.11)上有10個通道分別和圍壓傳感器(8.1)、流量傳感器(8.2)、化學溶液壓力傳感器(8.3)、化學溶液流量傳感器(8.4)、軸力傳感器(8.5)、孔隙氣壓力傳感器(8.6)、孔隙水壓力傳感器(8.7)、孔隙水流量傳感器(8.8)、溫度傳感器(8.9)和軸向位移傳感器(8.10)連接，數(shù)據(jù)采集儀(8.11)和計算機(8.12)連接； 圍壓傳感器(8.1)和流量傳感器(8.2)設置于圍壓施加/體變監(jiān)測單元(2)的圍壓/體積控制器(2.1)上； 化學溶液壓力傳感器(8.3)和化學溶液流量傳感器(8.4)設置于化學溶液循環(huán)滲透單元(6)的滲透壓力/體積控制器(6.1)上； 軸力傳感器(8.5)設置于軸向測力計(3.3)上； 孔隙氣壓力傳感器(8.6)設置于氣壓控制器(4.1)上； 孔隙水壓力傳感器(8.7)和孔隙水流量傳感器(8.8)設置于基質吸力施加單元(4)的孔壓/體積控制器(4.3)上； 溫度傳感器(8.9)設置于溫度控制器(5.4)上； 軸向位移傳感器(8.10)設置于軸向位移百分表(7.1)上。10.基于權利要求1所述三軸試驗系統(tǒng)的試驗方法，其特征在于包括下列步驟: ①土樣的制備和安裝 土樣(O)可以采用原狀樣或重塑樣，將三軸壓力室(I)底座(1.6)上的陶土板(1.5)進行飽和；然后將制備好的土樣(O)置入橡皮膜中，稍稍壓實以排除膜內的空氣，一起放在飽和的陶土板(1.5)上，土樣(O)頂端放置多孔板(1.9)，然后用橡皮繩將橡皮膜(橡皮膜上下兩端長于土樣的上下兩端)的上下兩端分別扎緊在三軸壓力室(I)的底座(1.6)上和多孔板(1.9)上； ②配制化學溶液 按照試驗要求，根據(jù)所需的濃度和組份配制化學溶液；啟動化學溶液循環(huán)滲透單元(6)的滲透壓力/體積控制器(6.1)將化學溶液注入控制器內； ③試驗 a、測定不同化學溶液、不同溫度、不同圍壓和軸壓下非飽和土的土水特征曲線； b、測定不同化學溶液、不同溫度、不同基質吸力和圍壓下非飽和土的三軸排水和不排水剪切試驗； C、測定化學溶液循環(huán)變化以及溫度循環(huán)變化下非飽和土的力學和水力學特性的改變； d、不同應力和基質吸力作用下非飽和土對化學和溫度的敏感性分析。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非飽和土多場耦合的三軸試驗系統(tǒng)及其方法，涉及環(huán)境荷載下的土工試驗領域。本試驗系統(tǒng)是：在三軸壓力室內設置有土樣；圍壓施加/體變監(jiān)測單元、軸力施加單元、基質吸力施加單元、溫度控制單元、化學溶液循環(huán)滲透單元和軸向位移測量單元分別與三軸壓力室連接/連通，實現(xiàn)對土樣施加設定的各項荷載；數(shù)據(jù)采集單元分別與圍壓施加/體變監(jiān)測單元、軸力施加單元、基質吸力施加單元、溫度控制單元、化學溶液循環(huán)滲透單元和軸向位移測量單元連接，實現(xiàn)各項數(shù)據(jù)的采集。本發(fā)明適用于非飽和土在不同化學作用、不同溫度下的脫吸濕、固結、不排水剪切和排水剪切試驗，實現(xiàn)非飽和土的溫度、水力、力學和化學耦合行為的聯(lián)合測定。
【IPC分類】G01N15/08, G01N3/24, G01N3/10, G01N33/24
【公開號】CN104964878
【申請?zhí)枴緾N201510409634
【發(fā)明人】馬田田, 韋昌富, 夏曉龍, 陳盼
【申請人】中國科學院武漢巖土力學研究所
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年7月14日