堆石料風化三軸試驗中溫度循環快速實現方法及其裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種堆石料風化三軸試驗中溫度循環的快速實現方法。用于解決堆石料風化試驗中試樣溫度變化速度慢、試驗耗時長等等問題，以期推動堆石料長期強度變形特性試驗技術發展。本發明還涉及這種方法所使用的裝置。
【背景技術】
[0002]中國已建或在建9.8萬多座水庫大壩中90%以上為土石壩，隨著水資源開發進程的推進，一批主要由堆石料構筑而成的高土石壩正在我國西南、西北、東北等地區建設或即將開工建設，這些高土石壩受當地筑壩材料的限制，壩體部分材料不得不使用軟巖或弱風化巖筑壩，同時，工程所在區域環境條件惡劣，如年度內或晝夜溫差大，極寒或高溫地區壩體凍融現象頻現，環境污染導致酸雨淋降、庫水位變化波動大等，容易導致其強度變形性質發生劣化，從而對土石壩的長期安全性產生不利影響。因此亟需開展堆石料風化過程對其長期強度變形性質影響規律試驗研宄，為提高這些高壩大庫的長期安全性提供科學依據。
[0003]如何實現堆石料試樣短時間內溫度均勻上升和降低，滿足試驗要求，國內外很多研宄機構做了大量探索工作，也設計了多種試樣溫度變化過程的試驗方法，如在三軸壓力室外設置環境箱、在壓力室外面通過導熱管加熱、圍壓室的圍壓水用循環熱水等，這些方法加熱效率低，熱損失大，試驗過程中試樣的體積變形量、溫度變化過程均無法準確測定，且試驗耗時長，不利于推廣。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了實現堆石料風化試驗中溫度快速升降，提供一種堆石料風化三軸試驗中溫度循環的快速實現方法，這是一種易于操作的試驗方法，該方法使用方便，工作效率高。本發明還將提供這種方法所使用的裝置。
[0005]為實現上述目的，本發明采用下述技術方案:一種堆石料風化三軸試驗中溫度循環的快速實現方法，其特征在于，步驟如下，
⑴.在常規三軸試驗機上，放置連接好各管路的壓力室，通過壓力室下方試樣進水口向圍壓室內充曝氣水；
(2).待圍壓室頂部圍壓出水口流量穩定后，關閉圍壓進水口和圍壓出水口；
⑶-a.對飽和堆石料風化試驗，通過試樣下方的試樣進水口向試樣內充曝氣水；
(3)-b.干燥堆石料風化試驗時，則不必向試樣內部通曝氣水；
(4).將安裝在圍壓管上的高精度流量計置零，并開始采集數據，控制側向位移向圍壓室內充水，增加圍壓至試驗設計值并保持穩定；
對飽和堆石料風化試驗，采用以下(5) -a至(8) -a的步驟:
(5)-a.試樣增溫時，連接壓力調節泵出口與試樣下部的試樣進水口，調整進水壓力為30kPa ；
(6)-a.打開冷熱水產生裝置和水路閥門，關閉氣路閥門，緩慢向試樣內充試驗要求溫度的熱水；
(7)-a.觀測試樣出水口溫度計與進水口溫度計差值，10分鐘內兩溫度計顯示溫度均相同，表明試樣溫度達到試驗要求；
(8)-a.試樣降溫時，將熱水直接換成冷水即可實現；
對干燥堆石料風化試驗，采用以下(5) -b至(8) -b的步驟:
(5)-b.試樣增溫時，不必向試樣內部通曝氣水；
(6)-b.打開冷熱氣體產生裝置和氣路閥門，關閉水路閥門，緩慢向試樣內充試驗要求溫度的冷熱氣體，調整進氣壓力為30kPa ;
(7)-b.觀測試樣出水口溫度計與進水口溫度計差值，10分鐘內兩溫度計顯示溫度均相同，表明試樣溫度達到試驗要求；
(8).-b.試樣降溫時，將熱氣直接換成冷氣即可實現；
⑶.試驗過程中安裝在圍壓管上的高精度流量計顯示出的進出水量，即為試樣體積變化量。
[0006]標注有-a、-b字樣的步驟，是兩種并列的操作選擇。
[0007]完成本申請第二個發明任務的技術方案是，上述堆石料風化三軸試驗中溫度循環的快速實現方法所使用的裝置，待測的試樣放置在三軸試驗機的三軸壓力室底座上；該三軸壓力室外壁與試樣之間為圍壓室，在該圍壓室上設有高精度流量計、圍壓水進口、圍壓水出口與圍壓壓力表，其特征在于，本裝置分別設有冷熱氣體產生裝置和冷熱水體產生裝置，該冷熱氣體產生裝置和冷熱水體產生裝置分別通過氣路閥門、水路閥門及壓力調節泵，通入所述壓力室底部的試樣進水口，該試樣進水口處設有試樣進水口溫度計；試樣出水口設在所述壓力室的上部，該試樣出水口設有試樣出水口溫度計。
[0008]換言之，本發明的裝置包括兩個溫度計、兩個閥門、一個高精度流量計、三軸壓力室、耐腐蝕通水管路、冷熱氣體產生裝置、冷熱水體產生裝置、壓力調節泵等。所述冷熱水體產生裝置將產生預定溫度的水通過耐腐蝕通水管路和水路閥門連通到壓力調節泵進口，冷熱氣體產生裝置將產生預定溫度的氣通過耐腐蝕通水管路和氣路閥門連通到壓力調節泵進口，經過壓力調節后的固定壓力水或氣通過試樣進水口輸送到試樣內部，水或氣從試樣底部向上移動并從試樣出水口溢出，其中，所述兩個溫度計分別設置在試樣進水口和試樣出水口位置，可以量測并傳輸進出試樣水或氣的溫度，待達到試驗要求溫度后，調節冷熱氣體產生裝置或冷熱水體產生裝置中產生水或氣的溫度，并通過開啟或關閉連接在上述裝置上的氣路閥門或水路閥門，即可實現飽和或干燥試樣的溫度循環過程，高精度流量計設置在圍壓進水口位置，可以量測并傳輸進出圍壓室的水量，計算獲得試樣體積變化量。
[0009]所述的冷熱氣體產生裝置和冷熱水體產生裝置可以分別工作，并通過壓力調節泵將固定壓力的水或氣分別輸送到試樣內部。
[0010]所述的溫度計安裝位置為兩處，一處安裝在試樣底部進水口位置，一處安裝在試樣出水口位置，可分別測量進入和排出試樣的水體或氣體溫度。
[0011]所述的高精度流量計安裝在圍壓水進入圍壓室的圍壓水進口位置，待圍壓達到預定值后可以調零，通過試驗過程中高精度流量計上顯示進入或排出圍壓室的水量，計算試樣體積變化量。
[0012]所述的壓力調節泵，其特征是對產生的氣體或水體壓力均可按照設定的壓力要求自由調節，產生固定壓力的水體或氣體并將其輸送到試樣中。
[0013]本發明的工作原理
在常規三軸試驗機上，放置連接好各管路的壓力室，通過壓力室下方試樣進水口向圍壓室內充曝氣水，待圍壓室頂部圍壓出水口流量穩定后，關閉圍壓進水口和圍壓出水口；對飽和堆石料風化試驗，通過試樣下方的試樣進水口向試樣內充曝氣水，待試樣出水口流量穩定后，關閉試樣進水口和試樣出水口。干燥堆石料風化試驗時，則不再向試樣內部通曝氣水。將安裝在圍壓管上的高精度流量計置零，并開始采集數據，控制側向位移向圍壓室內充水，增加圍壓至試驗設計值并保持穩定。對飽和堆石料風化試驗，試樣增溫時，連接壓力調節泵出口與試樣下部的試樣進水口，調整進水壓力為30kPa，打開冷熱水產生裝置和水路閥門，關閉氣路閥門，緩慢向試樣內充試驗要求溫度的熱水，觀測試樣出水口溫度計與進水口溫度計差值，10分鐘內兩溫度計顯示溫度均相同，表明試樣溫度達到試驗要求；試樣降溫時，將熱水直接換成冷水即可實現。對干燥堆石料風化試驗，將壓力調節泵出氣口與試樣下部的進水口連接，調整進氣壓力為30kPa，打開冷熱氣產生裝置和氣路閥門，關閉水路閥門，緩慢向試樣內充試驗要求溫度的熱氣，觀測試樣出氣口溫度計與進氣口溫度計差值，10分鐘內兩溫度計顯示溫度均相同，表明試樣溫度達到試驗要求；試樣降溫時，將熱氣直接換成冷氣即可實現。試驗過程中安裝在圍壓管上的高精度流量計顯示出的進出水量，即為試樣體積變化量。
[0014]本發明的有益效果是通過冷熱水產生裝置和冷熱氣產生裝置將水或氣由壓力調節泵穩定輸送至試樣內部，用水或氣與堆石料直接接觸的方法實現快速增溫或降溫，對比試樣進水口和試樣出水口的水或氣溫度，可以確定試樣是否達到試驗預定值；試驗過程中圍壓管上高精度流量計顯示出的進出水量，即是堆石料試樣體積變化量。針對飽和試樣和干燥試樣試驗，只需將冷熱水產生裝置或冷熱氣產生裝置的其中一個閥門關閉即可實現，操作十分簡便，且可以實現試樣溫度的快速升降，工作效率高。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明專利結構示意圖。
[0016]圖2是本發明專利溫度循環原理示意圖。
[0017]堆石料風化三軸試驗中溫度循環快速實現方法，包括冷熱水產生裝置18，冷熱氣產生裝置19，水路閥門17，氣路閥門16，壓力調節泵14，試樣出水口溫度計10，試樣進水口溫度計11，三軸壓力室1，圍壓室2，試樣3，軸壓桿5，壓力室底座4，圍壓水進口 6，高精度流量計12，圍壓壓力表7，圍壓水出口 20，橡皮膜21，下透水板22，上透水板23，試樣進水口8，試樣出水口 9，壓力調節泵出口 13，壓力調節泵進口 15，保溫棉24，通水管路25。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本發明專利進一步說明。
[0019]實施例1，堆