上述的试验过程，得出土样O在化学、温度和力学耦合作用下完整的土水特征曲线。
[0233]b、测定不同化学溶液、不同温度、不同基质吸力和围压下非饱和土的三轴排水和不排水剪切试验
[0234]首先和a试验类似施加设定的化学荷载，等化学溶液置换完成后，施加设定的围压和温度；然后施加设定的基质吸力，当土样O在该基质吸力下达到平衡状态后，进行非饱和土的三轴排水和不排水试验；
[0235]非饱和土的三轴不排水快剪:当土样O在围压和基质吸力达到平衡时，轴向位移探测计7.2和三轴压力室I上部接触，位移百分表7.1清零。关闭孔隙水阀门4.5，则土样O不排水。启动试验机3.4，升降台3.1上升，对土样O进行不排水快剪试验；剪切应变速率根据不同的土质设定，可参照常规三轴。通过围压施加/体变监测单元2得到土样O在试验过程中的体积变化，通过基质吸力施加单元4的孔压/体积控制器4.4上的孔隙水压力传感器8.7测量试验过程中孔隙水压力的变化情况；通过数据采集单元8实时采集轴力、轴向位移、体变和孔隙水压力。然后施加下一级围压，重复上面的过程，得到4个围压下非饱和土的不排水抗剪强度曲线；
[0236]非饱和土的三轴排水剪切试验:当土样O在设定的围压和基质吸力作用下达到平衡时，轴向位移探测计7.2和三轴压力室I上部接触，位移百分表7.1清零。启动试验机3.4，升降台3.1上升，对土样O进行排水剪切试验。剪切应变速率根据不同的土质设定，可参照常规三轴。通过围压施加/体变监测单元2得到土样O在试验过程中的体积变化，通过基质吸力施加单元4的孔压/体积控制器4.4上的孔隙水流量传感器8.8测量试验过程中土样O内孔隙溶液的吸入和排出；通过数据采集单元8实时采集轴力、轴向位移、体变和土样O内孔隙溶液的流量；然后施加下一级围压，重复上面的过程，得到4个围压下非饱和土的排水抗剪强度曲线；
[0237]通过化学溶液循环渗透单元6、温度控制单元5、基质吸力施加单元4，设定下一级的化学荷载、温度、基质吸力，重复上述的试验过程，得到化学、温度和水力耦合作用下非饱和土的变形和强度特征。
[0238]C、测定化学溶液循环变化以及温度循环变化下非饱和土的力学和水力学特性的改变
[0239]类似a试验和b试验，在恒定的温度下，土样O经历化学溶液的循环变化，然后进行土水特征曲线试验和三轴剪切试验，测出化学荷载对非饱和土力学和水力学特性的影响规律；
[0240]类似a试验和b试验，在恒定的化学荷载作用下，土样O经历温度的循环变化，然后进行土水特征曲线试验和三轴剪切试验，测出温度对非饱和土力学和水力学特性的影响规律；
[0241]因为温度控制单元5和化学溶液循环渗透单元6可以独立控制，因此可以实现温度和化学荷载交替作用下，非饱和土的力学和水力学特性的变化情况。
[0242]d、不同应力和基质吸力作用下的化学敏感性分析
[0243]类似a试验和b试验，土样O在经历设定的应力和基质吸力加载路径之后，施加化学荷载，然后在进行三轴剪切试验，得出在不同应力和基质吸力作用下强度随化学作用的变化规律。
[0244]本装置温度、水力、力学和化学荷载均可以独立控制和施加，因此可以任意组合上述四种荷载，进行非饱和土温度、水力、力学和化学耦合行为特性的测试。
【主权项】
1.一种非饱和土多场耦合的三轴试验装置，其特征在于: 包括三轴压力室(I)、围压施加/体变监测单元(2)、轴力施加单元(3)、基质吸力施加单元(4 )、温度控制单元(5 )、化学溶液循环渗透单元(6 )、轴向位移测量单元(7 )和数据采集单元(8)； 其连接关系是: 在三轴压力室(I)内设置有土样(O); 围压施加/体变监测单元(2)、轴力施加单元(3)、基质吸力施加单元(4)、温度控制单元(5)、化学溶液循环渗透单元(6)和轴向位移测量单元(7)分别与三轴压力室(I)连接/连通； 数据采集单元(8)分别与围压施加/体变监测单元(2)、轴力施加单元(3)、基质吸力施加单元(4 )、温度控制单元(5 )、化学溶液循环渗透单元(6 )和轴向位移测量单元(7 )连接。2.按权利要求1所述的非饱和土多场耦合的三轴试验装置，其特征在于: 所述的三轴压力室(I)包括压力室外罩(1.1)、排气通道(1.2)、围压孔道(1.3)、化学溶液孔道(1.4)、陶土板(1.5)、底座(1.6)、孔隙气孔道(1.7)、孔隙水孔道(1.8)和多孔板(1.9)； 其连接关系是: 压力室外罩(1.1)安装在底座(1.6)上，陶土板(1.5)放置在底座(1.6)中部，在陶土板(1.5)的上部放置有土样(0)，排气通道(1.2)设置在压力室外罩(1.1)上部； 围压孔道(1.3)设置在底座(1.6)的边缘上； 化学溶液孔道(1.4)设置在底座(1.6)的边缘上，和土样(O)上部的多孔板(1.9)连接; 孔隙气孔道(1.7)设置在底座(1.6)的边缘上，和土样(O)上部的多孔板(1.9)连接； 孔隙水孔道(1.8)设置在底座(1.6)的中心上。3.按权利要求1所述的非饱和土多场耦合的三轴试验装置，其特征在于: 所述的围压施加/体变监测单元(2)包括围压/体积控制器(2.1)和围压阀(2.2); 其连接关系是: 围压/体积控制器(2.1)和围压阀(2.2 )连接，围压阀(2.2 )和三轴压力室(I)的围压孔道(1.3)连接； 围压/体积控制器(2.1)通过信号传输线和数据采集单元(8)连接。4.按权利要求1所述的非饱和土多场耦合的三轴试验装置，其特征在于: 所述的轴力施加单元(3)包括升降台(3.1)、手轮(3.2)、轴向测力计(3.3)和试验机(3.4)； 其连接关系是: 从下到上，试验机(3.4)、升降台(3.1)、三轴压力室(I)和轴向测力计(3.3)依次连接; 在试验机(3.4)上设置有手轮(3.2); 轴向测力计(3.3)通过信号传输线和数据采集单元(8)连接。5.按权利要求1所述的非饱和土多场耦合的三轴试验装置，其特征在于: 所述的基质吸力施加单元(4)包括气压控制器(4.1)、空压机(4.2)、孔隙气阀门(4.3)、孔压/体积控制器(4.4)和孔隙水阀门(4.5); 其连接关系是: 空压机(4.2)、气压控制器(4.1)和孔隙气阀门(4.3)依次连接，孔隙气阀门(4.3)和三轴压力室(I)的孔隙气孔道(L 7)连接； 孔压/体积控制器(4.4)和孔隙水阀门(4.5)连接，孔隙水阀门(4.5)和三轴压力室(I)的孔隙水孔道(1.8)连接； 气压控制器(4.1)和孔压/体积控制器(4.3)通过信号传输线和数据采集单元(8)连接。6.按权利要求1所述的非饱和土多场耦合的三轴试验装置，其特征在于: 所述的温度控制单元(5)包括电阻丝(5.1)、低温恒温冷浴(5.2)、冷浴液循环铜管(5.3)和温度控制器(5.4)； 其连接关系是: 电阻丝(5.1)和冷浴液循环铜管(5.3)分别置于三轴压力室外罩(1.1)的内壁上，低温恒温冷浴(5.2)和冷浴液循环铜管(5.3)连接，电阻丝(5.1)和低温恒温冷浴(5.2)分别和温度控制器(5.4)连接； 温度控制器(5.4)通过信号传输线和数据采集单元(8)连接。7.按权利要求1所述的非饱和土多场耦合的三轴试验装置，其特征在于: 所述的化学溶液循环渗透单元(6)包括渗透压力/体积控制器(6.1)和化学溶液阀门(6.2)； 其连接关系是: 渗透压力/体积控制器(6.1)和化学溶液阀门(6.2)连接，化学溶液阀门(6.2)和三轴压力室(I)中的化学溶液孔道(L 4)连接； 渗透压力/体积控制器(6.1)通过信号传输线和数据采集单元(8)连接。8.按权利要求1所述的非饱和土多场耦合的三轴试验装置，其特征在于: 所述的轴向位移测量单元(7)包括轴向位移百分表(7.1)和位移探测计(7.2); 其连接关系是: 轴向位移百分表(7.1)和位移探测计(7.2)的上部连接，位移探测计(7.2)和三轴压力室(I)上部接触，轴向位移百分表(7.1)通过信号传输线和数据采集单元(8)连接。9.按权利要求1所述的非饱和土多场耦合的三轴试验装置，其特征在于: 所述的数据采集单元(8)包括围压传感器(8.1)、流量传感器(8.2)、化学溶液压力传感器(8.3)、化学溶液流量传感器(8.4)、轴力传感器(8.5)、孔隙气压力传感器(8.6)、孔隙水压力传感器(8.7)、孔隙水流量传感器(8.8)、温度传感器(8.9)、轴向位移传感器(8.10)、数据采集仪(8.11)和计算机(8.12); 其连接关系是: 数据采集仪(8.11)上有10个通道分别和围压传感器(8.1)、流量传感器(8.2)、化学溶液压力传感器(8.3)、化学溶液流量传感器(8.4)、轴力传感器(8.5)、孔隙气压力传感器(8.6)、孔隙水压力传感器(8.7)、孔隙水流量传感器(8.8)、温度传感器(8.9)和轴向位移传感器(8.10)连接，数据采集仪(8.11)和计算机(8.12)连接； 围压传感器(8.1)和流量传感器(8.2)设置于围压施加/体变监测单元(2)的围压/体积控制器(2.1)上； 化学溶液压力传感器(8.3)和化学溶液流量传感器(8.4)设置于化学溶液循环渗透单元(6)的渗透压力/体积控制器(6.1)上； 轴力传感器(8.5)设置于轴向测力计(3.3)上； 孔隙气压力传感器(8.6)设置于气压控制器(4.1)上； 孔隙水压力传感器(8.7)和孔隙水流量传感器(8.8)设置于基质吸力施加单元(4)的孔压/体积控制器(4.3)上； 温度传感器(8.9)设置于温度控制器(5.4)上； 轴向位移传感器(8.10)设置于轴向位移百分表(7.1)上。
【专利摘要】本实用新型公开了一种非饱和土多场耦合的三轴试验装置，涉及环境荷载下的土工试验领域。本试验装置是：在三轴压力室内设置有土样；围压施加/体变监测单元、轴力施加单元、基质吸力施加单元、温度控制单元、化学溶液循环渗透单元和轴向位移测量单元分别与三轴压力室连接/连通；数据采集单元分别与围压施加/体变监测单元、轴力施加单元、基质吸力施加单元、温度控制单元（5）、化学溶液循环渗透单元和轴向位移测量单元连接。本实用新型适用于非饱和土在不同化学作用、不同温度下的脱吸湿、固结、不排水剪切和排水剪切试验，实现非饱和土的温度、水力、力学和化学耦合行为的联合测定。
【IPC分类】G01N15/08, G01N3/24, G01N33/24, G01N3/10
【公开号】CN204789158
【申请号】CN201520505811
【发明人】马田田, 韦昌富, 夏晓龙, 陈盼
【申请人】中国科学院武汉岩土力学研究所
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月14日