大尺度高压土体冻融过程水-热-力耦合作用试验系统

摘要

本发明涉及一种大尺度高压土体冻融过程水-热-力耦合作用试验系统，包括试验台，以及与试验台连接的加载系统，温度控制系统，补水系统和数据采集系统。试验台主体为试样筒，最大可承受15MPa内压，最大可容纳Φ500mm×1000mm试样。加载系统设于试验台上部，补水系统设于试验台底部，传感器埋设于土体内部，能实时获取土体内温度、水分和应力信息。温度控制系统由顶板，筒体、底部控温管，隔热层及高低温恒温槽组成，温控效果好。本系统可对大尺度试样按高压固结-有载冻结路径进行冻融试验，可直接了解冻融过程中水-热-力动态耦合作用，能更真实地模拟深部土体的冻融过程，为深部人工地层冻结技术领域的水-热-力耦合研究提供支持。

主权项

一种大尺度高压土体冻融过程水 ‑ 热 ‑ 力耦合作用试验系统，其特征是 ：包括试验台，以及与试验台连接的加载系统，温度控制系统，补水系统和数据采集系统 ；所述试验台包括一个能够容纳大尺度试样的高强铸钢试样筒（13）和底座（20），试样筒（13）的两端设有法兰，并两端外围分别设有减小端部应力的加强肋板（30），试样筒（13）内部有效空间尺寸为 Φ500mm×1000mm，最大可承受 15MPa 内压 ；所述试样筒（13）底端由法兰连接有一个中心设有传感器引线孔（21）的底座（20），底座（20）为圆形钢板，底座（20）上设有补水管孔、底部冷媒循环管孔和排气调压管孔；所述加载系统设于试验台上部，补水系统设于试验台下部 ； 所述加载系统，包括伺服控制台、反力架及顺序设置的千斤顶（3），限位板（4）和顶板装置，所述反力架由反力板（1）和高强螺杆（2）组成，高强螺杆（2）沿试样筒（13）周向均布，并与上法兰（7）连接，为竖向加载提供反力 ；所述限位板（4）与高强螺杆（2）活动连接，并可由锁紧螺母（32）固定；所述顶板装置包括顺序固定连接的下承压板（11）、承压环（10）、上承压板（9）、传力钢板（31）和传力柱（6），所述传力柱（6）设于顶板装置的中心，所述上承压板（9）和下承压板（11）之间形成密封的顶部控温腔（29）；所述千斤顶（3）对应传力柱（6）的中轴设置，并与限位板（4）固定连接 ；所述伺服控制台与千斤顶（3）连接，对土体（26）加、卸载以及维持恒压； 所述温度控制系统，包括设于试样筒（13）顶部的顶部控温腔（29），敷设于试样筒（13）内壁的内反射隔热层（28），包覆于试样筒（13）外部的保温层（12），均匀环绕在试样筒（13）外壁的筒体控温管（27），设于试样筒（13）下部的底部控温管（17）以及高低温恒温槽 ；所述顶部控温腔（29）及底部控温管（17）分别由顶部冷媒循环管（8）及底部冷媒循环管（18）与高低温恒温槽连接，高低温恒温槽还与筒体控温管（27）连接 ；所述数据采集系统，由荷重传感器（5）、传感器组（14）、数据采集仪和计算机组成，传感器组（14）包括埋设于土体（26）内部的温度传感器、水分传感器和土压计，传感器引线（23）与数据采集仪连接，数据采集仪连接计算机。