一种岩土体温控动力特性试验系统及试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于±工试验技术领域，尤其是设及一种岩±体温控动力特性试验系统及 试验方法。
【背景技术】
[0002] 在铁路、公路、港口和城市轨道交通等工程建设过程中的地震力、波浪力、爆炸力、 打粧振动、动力基础作用力及交通荷载等都属于动荷载范畴，其对地基±的强度和变形特 性影响较大，开展±的动力特性试验W获得各项动力特性参数十分必要。±的动力特性试 验目的包括两方面；一是确定±的动强度，用W分析在大变形条件下地基和结构物的稳定 性，特别是砂±的振动液化；二是确定±的剪切模量和阻巧比，用W计算在小变形条件下± 体在一定范围内所引起的位移、速度、加速度或应力随时间的变化。±体动力特性技术，直 接影响着±动力特性研究和±体动力分析计算的发展，起着正确揭示±的动力特性规律和 完善分析计算理论的重要作用，是±动力学发展的基础。在±的动力特性试验中，动=轴试 验仪是有效确定±的动强度和变形最常用的设备。50年代末，国内黄文熙教授最早提出用 振动=轴仪测试砂±液化的方法，60年代国外用周期加荷=轴仪研究砂±液化及其他动力 特性，得到了很大的发展。除了动=轴试验外，还有振动单剪试验、共振柱试验、振动扭剪试 验等也可W在室内测定±的动力特性指标。
[0003] 近年来，在核废料处理、地热开采、热管线埋设和公共交通系统等诸多工程建设领 域W及城市热岛效应和广大范围的季节性冰冻区域中，温度对±体力学性质的影响受到越 来越多的关注，开展不同温度荷载下±的动/静力特性试验研究显得尤为重要。目前，国内 外已有温控±工试验装置的研制主要基于固结仪或静=轴仪，并通过开展应用试验，取得 了大量热固结、变形及强度等方面的成果。由于常规动=轴试验仪、振动单剪试验仪、共振 柱试验仪、振动扭剪试验仪等动力特性试验装置只能在室温下进行±体的动力特性试验， 且国内外已有的温控试验装置主要针对固结及静力=轴试验，其对室内试样进行加热的方 式主要有3种；
[0004] (1)将压力室置于温控设施内模式，通过温控设备使仪器置于一个高温环境，实现 试验要求的温度。尽管该类装置省去了仪器的研制过程，但建立温控实验室费用较高，试验 环境较差，对仪器各元件耐高温要求高。
[0005] (2)压力室内加热模式，采用加热线圈、加热管、加热椿、加热板对流体加热，该加 热方式直接对流体加热，可W较好达到试验温度要求，但在高围压下不易对压力室的液体 均匀加热，进而使试样温度不均匀。
[0006] (3)压力室外加热模式，在压力室外缠绕线圈，通过加热线圈对压力室内的流体加 热，由于需要通过外罩传热使压力室内液体的温度升高，会使得试样要达到试验温度要求 的时间较长。
[0007] 由于在不同温度作用下岩±体的工程性质会发生变化，加热可致试样内孔隙水粘 滞性减小，渗透系数增大，并可诱致孔隙水和±颗粒的热膨胀而使±样有体积增大的趋势， 在同一振动次数下，岩±体的累积塑性应变、动阻巧比、动弹性模量等均要发生变化，在试 验过程中需要考虑温度的影响，而常规的动=轴仪无法实现该一功能，为此，提出一种基于 内、外联合加热模式的岩±体温控动力特性试验系统和方法。
【发明内容】
[000引本发明所要解决的技术问题是提供一种试样加热温度均匀、加热时间短且费用 低，可实现分段、分级、线性升温及降温，并能够对压力室内的温度进行精确控制，并可W实 现试验过程温度变化控制的岩±体温控动力特性试验系统及试验方法。
[0009] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为；一种岩±体温控动力特性试验系 统，包括动=轴压力室和温度控制装置，所述的动=轴压力室包括压力室筒体，所述的压力 室筒体的上端开口密封设置有压力室上盖，所述的压力室筒体的底部设置有底盘，所述的 压力室筒体内的底部中央纵向设置有活塞杆，所述的压力室筒体内位于所述的活塞杆的上 方纵向设置有上传力杆，所述的上传力杆的下端与所述的活塞杆上端之间放置有试样，所 述的底盘的底部设置有加载架承台，所述的压力室上盖的正上方设置有加载架横梁，所述 的加载架承台与所述的加载架横梁通过若干个加载架支杆一体连接，各个所述的加载架 支杆对称设置在所述的压力室筒体的外周，所述的上传力杆穿过所述的压力室上盖与所述 的加载架横梁的下表面抵接，所述的压力室上盖上连接有提升装置，所述的活塞杆依次穿 过所述的底盘和所述的加载架承台且其底部连接有轴向激振器，所述的加载架支杆上连接 有侧向激振器，所述的轴向激振器和所述的侧向激振器分别连接液压油源，所述的上传力 杆的上端与所述的加载架横梁的下表面之间设置有压力传感器，所述的轴向激振器上设置 有轴向位移传感器和变形传感器，所述的底盘上设置有围压传感器，所述的侧向激振器上 设置有侧向位移传感器，所述的试样的上端面上设置有上排水管，所述的试样的下端面上 设置有下排水管，所述的下排水管上设置有孔压传感器；
[0010] 所述的温度控制装置包括温度传感器、温度控制器和对称包覆在所述的压力室筒 体外壁的弧形板式加热器，所述的温度传感器一端穿过所述的压力室上盖进入所述的压力 室筒体内且其另一端通过导线与所述的温度控制器连接，所述的弧形板式加热器通过导线 与所述的温度控制器连接。
[0011] 所述的上传力杆的下端面与所述的试样的上端面之间W及所述的试样的下端面 与所述的活塞杆的上端面之间分别设置有试样帽，所述的试样帽与所述的试样之间设置有 透水石，压力室上盖上设置有排水孔，所述的底盘上设置有压力室进水管、压力室出水管和 用于控制所述的活塞杆和提升装置上下运动的手动控制阀。
[0012] 两片所述的弧形板式加热器通过四个扣件扣紧连接，所述的弧形板式加热器由内 到外依次设置有加热板、隔热石棉和不诱钢围板，所述的加热板紧贴在所述的压力室筒体 的外壁且所述的加热板通过导线与所述的温度控制器连接。
[0013] 所述的压力室上盖的上表面W及所述的上传力杆位于所述的压力室筒体外部的 外壁上包覆有橡胶材料。
[0014] 所述的提升装置包括提升框、气缸、气累连接线和气累，所述的提升框的下端与所 述的压力室上盖固定连接且其上端穿过所述的加载架横梁，所述的气缸设置在所述的加载 架横梁的上表面，所述的气缸通过所述的气累连接线与所述的气累连接。
[0015] 所述的试样的外周套设有乳胶膜，所述的压力室上盖、所述的压力室筒体、所述的 底盘、所述的活塞杆、所述的上传力杆和所述的试样帽均为钢质材料。
[0016] 一种岩±体温控动力特性试验系统的试验方法，包括W下步骤：
[0017] (1)试样安装
[001引将±体试样进行水头饱和、真空抽气饱和或反压饱和后，将试样侧面贴上6-7条 滤纸条，两端面依次贴上滤纸片和透水石，整个试样外套乳胶膜，再将试样安放在压力室 筒体内的活塞杆上，通过计算机软件控制活塞杆缓慢上升至试样上端与上传力杆下端的试 样帽接触时停止，用橡皮圈将乳胶膜分别扎紧在试样两端的试样帽上；将压力室上盖密封 连接到压力室筒体上，用手动控制阀控制提升框使压力室上盖和