可控温的便携式多功能压力室

1.一种可控温的便携式多功能压力室是由围压室腔体(1)、围压室底座(2)、围压室顶盖(3)、轴压室腔体(4)、轴压活塞(5)、固定螺栓(6)、活动螺栓(7)、围压油入口(8)、围压室排气阀门(9)、轴压油入口(10)、轴压室排气阀门(11)、围压室冷冻液循环管(12)、围压室循环冷冻液入口(13)、围压室循环冷冻液出口(14)、保温层(15)、试样筒侧壁(16)、试样筒底座(17)、透水板(18)、试样筒上压板(19)、试样上盖(20)、试样筒底座冷冻液循环槽(22)、试样筒底座循环冷冻液入口(23)、试样筒底座循环冷冻液出口(24)、试样上盖冷冻液循环槽(25)、试样上盖循环冷冻液入口(26)、试样上盖循环冷冻液出口(27)、补水或排水接口(28)、隔热垫块(29)、第一温度传感器(31)、第二温度传感器(32)、第三温度传感器(30)构成，其特征是围压室腔体(1)与围压室底座(2)通过固定螺栓(6)连接，围压室腔体(1)与围压室顶盖(3)通过活动螺栓(7)连接构成为围压室，围压室上设有围压油入口(8)和排气阀门(9)；轴压室腔体(4)和围压室顶盖(3)通过固定螺栓(6)相连构成轴压室，轴压室上设有轴压油入口(10)和排气阀门(11)；围压室腔体(1)外壁缠绕螺旋状的冷冻液循环管(12)，并通过冷冻液入口(13)和出口(14)与第三外部制冷装置(36)相连，围压室内的第三温度传感器(30)与第三外部温控器(37)相连，第三外部温控器(37)与第三外部制冷装置(36)相连；围压室和轴压室周围设有保温层(15)；试样筒侧壁(16)和试样筒底座(17)、试样筒上压板(19)通过活动螺栓(7)相连构成试样筒(21)；试样筒底座(17)上设有透水板(18)；试样装在试样筒(21)内的透水板(18)上，试样筒底座(17)和试样上盖(20)内部刻有双螺旋状的冷冻液循环槽；试样上盖(20)通过冷冻液入口(26)和出口(27)与第二外部制冷装置(40)相连，放置在试样上盖(20)上的第二温度传感器(32)与第二外部温控器(41)相连，第二外部温控器(41)与第二外部制冷装置(40)相连；放置在试样筒底座(17)和试样上盖(20)上的第一温度传感器(31)和第二温度传感器(32)分别与外部的第一外部温控器(39)和第二外部温控器(41)相连；透水板(18)与补水或排水接口(28)相连；试样筒底座(17)与围压室底座(2)之间、试样上盖(20)与轴压活塞(5)之间设有隔热垫块(29)。

可控温的便携式多功能压力室\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种可控温的便携式多功能压力室。\n背景技术\n[0002] 冻土是一种温度等于或低于零度并且含有冰的土体。世界上冻土分布面积广泛，占陆地总面积的50％左右。要在冻土地区进行工程建设，必须充分了解冻土的基本物理力学性质。影响冻土物理力学性质的外部因素主要有温度和荷载两个。当温度发生变化时，冻土会发生冻胀或融沉，且土体的内部结构也会发生变化；当外部力荷载施加到冻土上时，土体会发生变形甚至破坏。将试样放置在可控温的压力室中，并与冻融循环试验机、三轴试验机或CT扫描机配套使用，研究温度发生变化或者荷载作用下冻土的物理力学性质是很重要的一种研究手段，主要有冻胀试验、融沉试验、冻融循环试验、冻土的三轴试验、经历冻融循环以后土体的三轴试验、土体在冻融过程中或三轴试验过程中的细观结构变化观测。\n[0003] 现有的可控温压力室有两种：一种是冻融循环试验机专用的，可以单独控制试样上、下端温度，用于冻胀、融沉试验以及冻融循环试验；另一种是三轴试验机专用的，可以控制试样的整体温度，用于冻土的三轴试验。而与CT扫描机配套的压力室都不带控温系统。\n目前，要进行经历冻融循环后土体的三轴试验，首先需要在冻融循环试验机上进行冻融试验，然后将试样取出，放到三轴试验机上进行三轴试验；而要进行土体在冻融过程中或三轴试验过程中的细观结构变化观测，需要分别在冻融循环试验机或三轴试验机上进行试验，到一定阶段时将试样取出，放到CT扫描机上进行扫描观测，然后再将试样装到冻融循环试验机或三轴试验机上，如此反复，直到试验结束。可见，试验过程十分繁琐，在一个试验中需要多次安装和取出试样，必然会造成扰动，而且无法做到实时CT扫描观测。因此，开发可控温的便携式多功能压力室十分必要，不但能简化试验步骤，而且能实现更多的试验过程，有利于研究人员更加深入地了解冻土的物理力学性质，更好地为冻土地区的工程建设服务。\n发明内容\n[0004] 鉴于上述，本发明的目的旨在提供一种可控温的便携式多功能压力室。本发明与冻融循环试验机、三轴试验机、CT扫描机都可以配套使用，能直接进行冻胀试验、融沉试验、冻融循环试验、冻土的三轴试验、经历冻融循环以后土体的三轴试验、土体在冻融过程中或三轴试验过程中的CT扫描观测。\n[0005] 本发明的目的是这样实现的：\n[0006] 一种可控温的便携式多功能压力室是由围压室腔体、围压室底座、围压室顶盖、轴压室腔体、轴压活塞、固定螺栓、活动螺栓、围压油入口、围压室排气阀门、轴压油入口、轴压室排气阀门、围压室冷冻液循环管、围压室循环冷冻液入口、围压室循环冷冻液出口、保温层、试样筒侧壁、试样筒底座、透水板、试样筒上压板、试样上盖、试样筒底座冷冻液循环槽、试样筒底座循环冷冻液入口、试样筒底座循环冷冻液出口、试样上盖冷冻液循环槽、试样上盖循环冷冻液入口、试样上盖循环冷冻液出口、补水或排水接口、隔热垫块、温度传感器构成。围压室腔体与围压室底座、围压室顶盖分别通过固定螺栓和活动螺栓相连构成围压室，围压室上设有围压油入口和排气阀门；轴压室腔体和围压室顶盖通过固定螺栓相连构成轴压室，轴压室上设有轴压油入口和排气阀门；围压室腔体外壁缠绕螺旋状的冷冻液循环管，并通过冷冻液入口和出口与外部制冷装置相连，围压室内的温度传感器与外部温控器相连，温控器与制冷装置相连；围压室和轴压室周围设有保温层；试样筒侧壁和试样筒底座、试样筒上压板通过活动螺栓相连构成试样筒；试样筒底座上设有透水板；试样装在试样筒内的透水板上，试样上加试样上盖；试样筒底座和试样上盖内部都刻有双螺旋状的冷冻液循环槽，并通过冷冻液入口和出口分别与外部制冷装置、制冷装置相连，放置在试样筒底座和试样上盖上的温度传感器分别与外部温控器相连；透水板与补水或排水接口相连；试样筒底座与围压室底座之间、试样上盖与轴压活塞之间设有隔热垫块。\n[0007] 本发明的优点和有益效果是：\n[0008] 1.本发明直接测量试样上下端的温度以及围压室内的温度，并作为反馈值输入温控器。现有的可控温压力室直接使用循环冷冻液温度作为反馈值输入温控器，而冷冻液温度和我们所需要的试样上下端温度及围压室温度之间存在差异。本发明避免了这一缺点，进一步提高了控温精度。\n[0009] 2.本发明可以固定在冻融循环试验机上使用，进行单独的冻胀、融沉试验以及冻融循环试验；也可以固定在三轴试验机上使用，进行冻土以及经历冻融循环以后土体的三轴试验；另外，本发明自身作为反力架，形成自平衡系统，因此是便携式的、可单独使用的装置。本发明与CT扫描机配套使用时，将压力室平放在扫描床上，在冻融试验或三轴试验过程中进行实时CT扫描观测，扫描结束后将压力室从扫描床上取下。可见，本发明是多功能的压力室；不但在试验过程中不需要多次安装和取出试样，不会对试样造成扰动，使试验过程简化；而且能实现土体在冻融过程中或三轴试验过程中内部细观结构变化的实时CT扫描观测，拓展了新的试验过程。\n附图说明\n[0010] 图1是本发明的示意图。\n[0011] 图2是图1中试样筒底座或试样上盖内部的冷冻液循环槽的水平剖面示意图。\n具体实施方式\n[0012] 如图1-2所示，一种可控温的便携式多功能压力室是由围压室腔体1、围压室底座2、围压室顶盖3、轴压室腔体4、轴压活塞5、固定螺栓6、活动螺栓7、围压油入口8、围压室排气阀门9、轴压油入口10、轴压室排气阀门11、围压室冷冻液循环管12、围压室循环冷冻液入口13、围压室循环冷冻液出口14、保温层15、试样筒侧壁16、试样筒底座17、透水板\n18、试样筒上压板19、试样上盖20、试样筒底座冷冻液循环槽22、试样筒底座循环冷冻液入口23、试样筒底座循环冷冻液出口24、试样上盖冷冻液循环槽25、试样上盖循环冷冻液入口26、试样上盖循环冷冻液出口27、补水或排水接口28、隔热垫块29、温度传感器30、温度传感器31和温度传感器32构成。围压室腔体1是由强度高、导热性能好、低X射线吸收系数的铝合金材料制成，围压室底座2、围压室顶盖3、轴压室腔体4以及轴压活塞5都由强度高的金属材料制成。围压室腔体1、围压室底座2、围压室顶盖3构成围压室，进行冻融试验时，围压室内充满空气，进行三轴试验时，通过围压油入口8往围压室内注入航空液压油，注油时打开排气阀门9将围压室内的空气排出，注油完成后，通过外部围压加载装置34施加围压。轴压室腔体4和围压室顶盖3通过固定螺栓6相连构成轴压室，通过轴压油入口\n10向轴压室注入航空液压油33，注油时打开排气阀门11将轴压室内的空气排出，轴压活塞位于轴压室内，并穿过围压室顶盖进入围压室，试验时外部轴压加载装置35加压推动轴压活塞4前进或后退，从而给试样施加轴向压力。围压室腔体1外壁缠绕螺旋状的冷冻液循环管12，并通过冷冻液入口13和出口14与外部制冷装置36相连，围压室内的温度传感器30与外部温控器37相连，温控器37和制冷装置36相连，温度传感器30测得围压室内的温度值反馈给温控器37、温控器37控制制冷装置36的制冷量，以便精确控制围压室内的温度。\n围压室和轴压室周围设有保温层15以减少冷量散失。试样筒侧壁16用有机玻璃制成。试样筒底座17、试样上盖20用强度高、导热性能好的金属材料制成，试样筒上压板19由强度高的金属材料制成。试样筒侧壁16与试样筒底座17、试样筒上压板19通过活动螺栓7相连构成试样筒21，试样筒底座17上设有透水板18，试样装在试样筒21内的透水板18上，试样装好后，加上上盖20。试样筒底座17内部刻有双螺旋状的冷冻液循环槽22、并通过冷冻液入口23和出口24与外部制冷装置38相连，放置在试样筒底座17上的温度传感器31与外部温控器39相连，温控器39与制冷装置38相连。试样上盖20内部刻有双螺旋状的冷冻液循环槽25、并通过冷冻液入口26和出口27与外部制冷装置40相连，放置在试样上盖20上的温度传感器32与外部温控器41相连，温控器41与制冷装置40相连。试样筒底座17和试样上盖20的控温原理与上述围压室的控温原理相同。透水板18与补水或排水接口28通过管道相连。试样筒底座17与围压室底座2之间、试样上盖20与轴压活塞5之间都设有隔热垫块29。\n[0013] 本发明的操作过程如下：\n[0014] a.与冻融循环试验机配套使用\n[0015] 将压力室安装在冻融循环试验机的基座上；打开围压室顶盖3以及试样筒上压板\n19，将试样装入试样筒21并加上试样上盖19和隔热垫块29；将围压室的围压油入口8和排气阀门9关闭，使围压室内充满空气；将外部轴压加载装置35的轴向力和轴向位移记录打开；将围压室冷冻液循环管12、试样筒底座冷冻液循环槽22、试样上盖冷冻液循环槽25分别与外部制冷装置36、制冷装置38和制冷装置40连接，温度传感器30、温度传感器31和温度传感器32分别与温控器37、温控器39和温控器41相连，温控器37、温控器39和温控器41分别与制冷装置36、制冷装置38和制冷装置40连接；根据试验要求设置试样上下端温度，以及围压室的空气温度。如果试验过程需要进行补水或排水，则将补水或排水接口28与外部水源或接水容器相连；打开制冷装置，开始试验，试验过程中通过轴压加载装置记录冻胀力或冻胀量、融沉量。这样，可以进行单独的冻胀试验、融沉试验、或者多次反复冻融循环试验。\n[0016] b.与三轴试验机配套使用\n[0017] 将压力室安装在三轴试验机的基座上。如果进行冻土的三轴试验，则打开围压室顶盖3、取出试样筒21、将冻结好并套了防油乳胶套的冻土试样放置在透水板18上、加上试样上盖19和隔热垫块29；打开轴压加载装置35、轻轻推动轴压活塞5，直至接触试样；将围压室的围压油入口8与围压加载装置34的油源相连、打开排气阀门9，向围压室注入航空液压油33；将轴向加载装置35的轴向力和位移记录仪打开，再将围压加载装置34的围压记录仪打开；将围压室冷冻液循环管12与外部制冷装置36连接，温度传感器30与温控器37相连，温控器37与制冷装置36相连；根据试验要求设置围压室的温度，然后施加围压、轴压，同时记录轴向位移和轴向力以及围压位移；如果试验过程中需要排水，则将补水或排水接口28与接水容器相连。如果进行冻融循环以后土体的三轴试验，冻融循环试验的操作步骤与上述冻融循环试验机a相同；冻融循环试验完成后，打开围压室顶盖3、取出试样筒21、将试样套上防油乳胶套、重新放置在透水板18上、并加上试样上盖20和隔热垫块29，以后的操作步骤与上述冻土的三轴试验相同。\n[0018] c.与CT扫描机配套使用\n[0019] 将压力室平放在扫描床上。如果进行冻融过程中试样内部微观结构变化的CT扫描观测，其操作步骤与上述冻融循环试验机a相同。如果进行冻土三轴试验过程中试样内部结构变化的CT扫描观测，其操作步骤与上述三轴试验机b的相同。在冻融试验或三轴试验的过程中进行实时CT扫描观测。