一种用于三轴多孔介质试样饱和的复合式快速饱和装置

1.本发明涉及一种饱和装置，具体涉及一种用于三轴多孔介质试样饱和的复合式快速饱和装置。


背景技术：

2.因要利用三轴剪切试验进行力学行为研究，试验要求试样完全饱和，在岩土工程中，多孔介质材料的特性导致一般饱和手段难以达到试验饱和的要求，限制了学者们对多孔介质材料的力学性质的研究，主要有以下几个方面：1）由于多孔易破碎材料在研究力学性质时的饱和问题，导致研究成果不能很好指导构筑物设计方法，以致后期的现场负载测试和桩基补救的费用高等问题；2）液化场地多孔易破碎材料的桩侧摩阻力和桩端摩阻力的分布规律未能充分认识，主要原因之一是饱和手段的限制；3）对于液化后场地的孔隙水压力消散和颗粒再胶结对桩侧摩阻力的影响也未得到充分的研究。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于三轴多孔介质试样饱和的复合式快速饱和装置。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：包括容器、控制器、试样件、无气水机构、二氧化碳通气机构、真空机构、围压机构及排水管，试样件设置于容器内，试样件与容器内壁之间构成容纳水溶液的容纳腔，容纳腔与围压机构相连通并由围压机构对水溶液进行加压，试样件具有进入端与流出端，进入端分别与无气水机构、二氧化碳通气机构相连通，无气水机构用于将无气水通入试样件中，二氧化碳通气机构用于将二氧化碳通入试样件中，流出端与控制器相连通，控制器的另一端分别与真空机构、排水管连通，真空机构具有将试样件进行抽真空处理的抽真空状态。
5.通过采用上述技术方案，能依次对试样件进行真空饱和、二氧化碳饱和与水头饱和，而后再对试样件进行反压力饱和，使得达到试样饱和的要求，且在试样饱和后可以直接放在三轴上测试，用于进行力学方面的测试，而传统的方式中是通过抽真空长时间浸泡以达到饱和，或者通过通二氧化碳气体，再通无气水，或者二氧化碳加水头饱和达到，不能两者依次对试样件进行处理，而本方案中可依次采用真空饱及水头饱和，同时再结合反压力饱和，有效的提高了试样件饱和的程度，且传统方式的饱和对象是松散的易破碎土，对于胶结试样或者整体试样未有尝试，而本方案中饱和对象可以是松散的也可以是胶结的易破碎土。
6.本发明进一步设置为：所述的试样件数量为两个及以上，多个试样件并联于控制器、无气水机构及二氧化碳通气机构之间。
7.通过采用上述技术方案，多个试样件的并联提高饱和处理的效率，在同等的时间
中能获得更多的饱和试样。
8.本发明进一步设置为：所述的无气水机构与进入端之间、二氧化碳通气机构与进入端之间分别设置有控制阀。
9.通过采用上述技术方案，一个控制阀用于控制无气水机构与进入端的连通，另一个控制阀用于控制二氧化碳通气机构与进入端的连通，使得无气水机构与二氧化碳通气机构能分次与试样件连通，提高饱和的效率与程度。
10.本发明进一步设置为：所述的真空机构包括真空瓶与真空泵，真空瓶与控制器相连通，真空泵用于对真空瓶进行抽真空处理。
11.本发明进一步设置为：s1、控制器开启真空机构与试样件的连通，真空机构对试样件进行抽真空处理，同时通过围压机构将围压设置为0 kpa，抽气时间为2小时；s2、待抽真空完成，控制阀接通二氧化碳通气机构与试样件的连通，通过控制器控制缓慢通入二氧化碳，待真空瓶恢复一个大气压后，保持通气至少30分钟；s3、待二氧化碳通气完成，再次进行抽真空，至少保持30分钟，控制阀接通无气水机构与试样件的连通，通无气水对试样件进行水头差为10kpa的水头差饱和，同时设置围压20kpa，保证试样不破坏，并从排水管有稳定水流流出计时，至少2小时；s4、待水头饱和后，有效围压压力保持20 kpa，进行逐级加压，每级反压增量为30kpa，直至测定的孔隙水压力系数b大于0.95，终止饱和。
12.通过采用上述技术方案，在s1中对试样件先采用真空饱和进行处理，而后在s
2 与s3中对试样件采用水头饱和，且在s3中将围压设置为20kpa，则是为了防止试样鼓胀，从而保证试样不会被破坏，最后在s4中采用反压力饱和，使得试样件达到最后的饱和，本方案采用多种方法联动饱和，整个饱和过程没有中断，保证了饱和的精确性和最大限度降低人为操作干扰，同时饱和后的试样可连同外部装置直接上设备进行力学测试，优化了装样饱和过程，更为精确。
附图说明
13.图1为本发明整体的流程图。
具体实施方式
14.下面将结合附图对本发明的技术方案行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
16.如图1所示，本发明公开了一种用于三轴多孔介质试样饱和的复合式快速饱和装置，包括容器1、控制器2、试样件3、无气水机构4、二氧化碳通气机构5、真空机构6、围压机构7及排水管8，试样件3设置于容器1内，试样件3与容器1内壁之间构成容纳水溶液的容纳腔
11，容纳腔11与围压机构7相连通并由围压机构7对水溶液进行加压，试样件3具有进入端31与流出端32，进入端31分别与无气水机构4、二氧化碳通气机构5相连通，无气水机构4用于将无气水通入试样件3中，二氧化碳通气机构5用于将二氧化碳通入试样件3中，流出端32与控制器2相连通，控制器2的另一端分别与真空机构6、排水管8连通，真空机构6具有将试样件3进行抽真空处理的抽真空状态，能依次对试样件3进行真空饱和与水头饱和，而后再对试样件3进行反压力饱和，使得达到试样饱和的要求，且在试样饱和后可以直接放在三轴上测试，用于进行力学方面的测试，而传统的方式中是通过抽真空长时间浸泡以达到饱和，或者通过通二氧化碳气体，再通无气水，或者二氧化碳加水头饱和达到，不能两者依次对试样件3进行处理，而本方案中可依次采用真空饱、二氧化碳及水头饱和，同时再结合反压力饱和，有效的提高了试样件3饱和的程度，且传统方式的饱和对象是松散的易破碎土，对于胶结试样或者整体试样未有尝试，而本方案中饱和对象可以是松散的也可以是胶结的易破碎土。
17.所述的试样件3数量为两个及以上，多个试样件3并联于控制器2、无气水机构4及二氧化碳通气机构5之间，多个试样件3的并联提高饱和处理的效率，在同等的时间中能获得更多的饱和试样。
18.所述的无气水机构4与进入端31之间、二氧化碳通气机构5与进入端31之间分别设置有控制阀9，一个控制阀9用于控制无气水机构4与进入端31的连通，另一个控制阀9用于控制二氧化碳通气机构5与进入端31的连通，使得无气水机构4与二氧化碳通气机构5能分次与试样件3连通，提高饱和的效率与程度。
19.所述的真空机构6包括真空瓶61与真空泵62，真空瓶61与控制器2相连通，真空泵62用于对真空瓶61进行抽真空处理。
20.s1、控制器2开启真空机构6与试样件3的连通，真空机构6对试样件3进行抽真空处理，同时通过围压机构7将围压设置为0 kpa，抽气时间为2小时；s2、待抽真空完成，控制阀9接通二氧化碳通气机构5与试样件3的连通，通过控制器2控制缓慢通入二氧化碳，待真空瓶61恢复一个大气压后，保持通气至少30分钟；s3、待二氧化碳通气完成，再次进行抽真空，至少保持30分钟，控制阀9接通无气水机构4与试样件3的连通，通无气水对试样件3进行水头差为10kpa的水头差饱和，同时设置围压20kpa，保证试样不破坏，并从排水管8有稳定水流流出计时，至少2小时；s4、待水头饱和后，有效围压压力保持20 kpa，进行逐级加压，每级反压增量为30kpa，直至测定的孔隙水压力系数b大于0.95，终止饱和。
21.在s1中对试样件3先采用真空饱和进行处理，而后在s2与s3中对试样件3采用水头饱和，且在s3中将围压设置为20kpa，则是为了防止试样鼓胀，从而保证试样不会被破坏，最后在s4中采用反压力饱和，使得试样件3达到最后的饱和，本方案采用多种方法联动饱和，整个饱和过程没有中断，保证了饱和的精确性和最大限度降低人为操作干扰，同时饱和后的试样可连同外部装置直接上设备进行力学测试，优化了装样饱和过程，更为精确。