一种稳定均匀温度场下的静力触探试验装置的制作方法

本技术涉及一种稳定均匀温度场下的静力触探试验装置，适用于不同温度场下各类土体的静力触探模型试验。

背景技术：

1、随着我国城市化进程的加快和地热岩土工程发展，地基土体温度场呈现显著的空间和时间变异性，这给基于孔压静力触探（cptu）的土体强度解译带来了干扰，尤其是粉土地层。粉土的渗透系数介于黏土和砂土之间，cptu触探时存在部分排水现象。同时，温度变化会造成土体渗透特性发生变化，进而影响土体的排水状态。

2、现有的土体温度控制装置多为水浴、热电偶及液体气化制冷等来实现控制温度的目的，产生的温度场难以保证其均匀性，易出现材料表面温度和内部温度有所差异，使得试验精度难以保证。对于较小的试样，例如：三轴压缩试验的试样，这种差异可以忽略；但对于较大的试样，例如：静力触探模型试验的试样，便不可忽略这种差异。

技术实现思路

1、本实用新型目的在于，提供一种稳定均匀温度场下的静力触探试验装置，以提供一个稳定均匀的温度场，用以完成考虑土体温度效应的静力触探模型试验。

2、为此，本实用新型的上述目的通过如下技术方案实现：

3、一种稳定均匀温度场下的静力触探试验装置，其特征在于：所述稳定均匀温度场下的静力触探试验装置包括试验容器、控温系统、加载系统；

4、所述试验容器由不锈钢外筒、铝合金内筒及铝合金空心内柱组成；所述铝合金内筒内部为样品室，底部铺设有排水层；所述铝合金内筒底板预留排水孔，连接有塑料排水管；

5、所述控温系统包括边缘加热装置、中心加热装置、顶部保温装置，底部保温装置、至少三圈温度传感器以及温度控制装置；

6、所述边缘加热装置由一系列均匀布置的电热管组成，安装于试验容器的铝合金内筒外侧，电热管与不锈钢外筒之间的间隔填充隔热材料；

7、所述中心加热装置由一系列均匀布置的电热管组成，安装于试验容器的铝合金空心内柱内侧；

8、所述边缘加热装置、中心加热装置通过集成电路连接到温度控制装置；

9、所述顶部保温装置、底部保温装置均由保温电热管及保温隔热层组成，分别安装于加载系统内顶部加载板上表面与铝合金内筒底板下表面；

10、至少三圈温度传感器自试验容器的铝合金空心内柱外侧壁至铝合金内筒内侧壁呈同轴依次布置；

11、所述温度控制装置用于调节与设置温度，并显示各温度传感器读数及设定温度的数值。

12、在采用上述技术方案的同时，本实用新型还可以采用或者组合采用如下技术方案：

13、作为本实用新型的一种优选技术方案：所述加载系统包括静力触探探头、顶部加载板、位移传感器、驱动装置、反力架、加载控制装置以及数据采集系统；

14、所述静力触探探头的上端部安装有压力传感器，所述压力传感器通过导线与数据采集系统相连接，用于测量贯入过程中的贯入阻力；所述静力触探探头的下端部安装有温度传感器及孔压传感器，所述温度传感器及孔压传感器通过导线从空心杆中穿过与数据采集系统相连接，用于测量贯入过程中的温度及孔隙水压力；

15、所述顶部加载板为铝合金圆板，布置有排水孔及可拆卸时贯入孔；

16、所述位移传感器通过导线与数据采集系统相连接，用于测量贯入时的位移；

17、所述驱动装置通过导线与加载控制装置相连接，所述驱动装置用于控制顶部加载板进行固结加载以及控制静力触探探头贯入，可以实现力控制加载及位移控制加载。

18、作为本实用新型的一种优选技术方案：所述静力触探探头为空心圆杆，下端为顶角为60°的圆锥。

19、作为本实用新型的一种优选技术方案：所述反力架上设有顶部转盘和转动钢珠，所述顶部转盘下设置驱动装置，所述驱动装置用于驱动静力触探探头静探贯入；所述顶部转盘与转动钢柱配合以实现静力触探探头沿着顶部转盘的周向移动。

20、作为本实用新型的一种优选技术方案：所述顶部转盘下还设有径向滑道，所述径向滑道用于为静力触探探头提供径向移动的轨道。

21、通过周向移动和径向移动的配合，可以实现静力触探探头在各贯入孔之间切换。

22、作为本实用新型的一种优选技术方案：所述保温隔热层为聚四氟乙烯板，厚度为1cm，底面预设凹槽用于安置保温电热管。

23、作为本实用新型的一种优选技术方案：所述隔热材料为粉末状聚四氟乙烯。

24、作为本实用新型的一种优选技术方案：所述保温电热管为干烧电热管，通过导线与电源相连接，工作电压220 v，额定功率为300 w。

25、作为本实用新型的一种优选技术方案：所述电热管为干烧电热管，通过导线与电源相连接，工作电压为220 v，额定功率为1 kw。

26、本实用新型提供一种稳定均匀温度场下的静力触探试验装置，设置控温系统，控温系统包括边缘加热装置、中心加热装置、顶部保温装置，底部保温装置、至少三圈温度传感器以及温度控制装置，通过中心加热装置、边缘加热装置两处热源之间切换来实现土体处于一个均匀的温度场下；此外，通过低功率电热管抵消热量的耗散，以保证土体处于一个相对稳定的温度场下。此外，通过设置顶部转盘、转动钢珠和/或径向滑道的加载系统，可以实现静力触探探头在多个贯入点间进行切换、不同的贯入速率、对不同超固结度的土体进行贯入。本实用新型可以进行温控条件下的静力触探试验，用以研究土体的温度效应对静力触探锥尖阻力、锥肩孔压、侧壁摩擦的影响。

技术特征：

1.一种稳定均匀温度场下的静力触探试验装置，其特征在于：所述稳定均匀温度场下的静力触探试验装置包括试验容器、控温系统、加载系统；

2.根据权利要求1所述的稳定均匀温度场下的静力触探试验装置，其特征在于：所述加载系统包括静力触探探头、顶部加载板、位移传感器、驱动装置、反力架、加载控制装置以及数据采集系统；

3.根据权利要求2所述的稳定均匀温度场下的静力触探试验装置，其特征在于：所述静力触探探头为空心圆杆，下端为顶角为60°的圆锥。

4.根据权利要求2所述的稳定均匀温度场下的静力触探试验装置，其特征在于：所述反力架上设有顶部转盘和转动钢珠，所述顶部转盘下设置驱动装置，所述驱动装置用于驱动静力触探探头静探贯入；所述顶部转盘与转动钢柱配合以实现静力触探探头沿着顶部转盘的周向移动。

5.根据权利要求4所述的稳定均匀温度场下的静力触探试验装置，其特征在于：所述顶部转盘下还设有径向滑道，所述径向滑道用于为静力触探探头提供径向移动的轨道。

6.根据权利要求1所述的稳定均匀温度场下的静力触探试验装置，其特征在于：所述保温隔热层为聚四氟乙烯板，底面预设凹槽用于安置保温电热管。

7.根据权利要求1所述的稳定均匀温度场下的静力触探试验装置，其特征在于：所述隔热材料为粉末状聚四氟乙烯。

8. 根据权利要求1所述的稳定均匀温度场下的静力触探试验装置，其特征在于：所述保温电热管为干烧电热管，通过导线与电源相连接，工作电压220 v，额定功率为300 w。

9. 根据权利要求1所述的稳定均匀温度场下的静力触探试验装置，其特征在于：所述电热管为干烧电热管，通过导线与电源相连接，工作电压为220 v，额定功率为1 kw。

技术总结
本技术提供一种稳定均匀温度场下的静力触探试验装置，设置控温系统，控温系统包括边缘加热装置、中心加热装置、顶部保温装置，底部保温装置、至少三圈温度传感器以及温度控制装置，通过中心加热装置、边缘加热装置两处热源之间切换来实现土体处于一个均匀的温度场下；此外，通过低功率电热管抵消热量的耗散，以保证土体处于一个相对稳定的温度场下。此外，通过设置顶部转盘、转动钢珠和/或径向滑道的加载系统，可以实现静力触探探头在多个贯入点间进行切换、不同的贯入速率、对不同超固结度的土体进行贯入。本技术可以进行温控条件下的静力触探试验，用以研究土体的温度效应对静力触探锥尖阻力、锥肩孔压、侧壁摩擦的影响。

技术研发人员：王宽君,莫品强,刘彬,沈侃敏,孙淼军
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：20230506
技术公布日：2024/1/15