[发明专利]一种多场耦合真三轴测试系统及其试验方法

摘要

一种多场耦合真三轴测试系统及其试验方法，其特征在于，包括真三轴双腔压力室(1)、轴向加载系统(2)、围压/反压加载系统(3)、温度控制系统(4)、渗透控制系统(5)、气体加载系统(6)、弯曲元试验系统(7)和计算机(8)，可通过对应力场和渗流场控制，模拟研究岩土体中渗流的各向异性；在温度场、渗流场和应力场作用下，模拟环境因素对冻结核或者冻土试样的影响；在温度场和应力场作用下，研究非饱和冻土的物理力学性能；多场耦合条件下，模拟天然水合物的生成和分解研究沉积物的物理和地球性能变化，以及沉积物中水合物气体和地下水间的相互驱替作用；模拟研究多场耦合条件下非饱和土的物理力学性能。

主权项

一种多场耦合真三轴测试系统，其特征在于：真三轴双腔压力室(1)固定于压力室底座(11)上，通过压力室外腔壁(12)与压力室底座(11)进行螺栓固定，压力室内腔壁(14)通过垫块固定于压力室外腔壁(12)的底部，压力室外腔壁(12)和压力室内腔壁(14)间的密封腔体为真空保温腔(43)，压力室内腔壁(14)与压力室内腔门(20)间形成的密封腔体为围压腔一(15)，压力室内腔壁(14)上设置有若干循环水通道(44)，压力室内腔门(20)设置为双层结构，其内部腔体为围压腔二(19)，在水平方向和垂直方向围压腔一(15)内部分别设置有水平向刚性加载板(16)和竖向刚性加载板(17)，与试样(00)相契合，水平向刚性加载板(16)和竖向刚性加载板(17)采用可滑动的结构形式进行连接；其中，水平向刚性加载板(16)和竖向刚性加载板(17)与滑块(25)间设计为滑移结构形式，下部的竖向刚性加载板(17)通过底座(18)和滑块(25)固定于压力室内腔壁(14)的底部；加压缸(21)通过螺栓连接分别固定于压力室外腔壁(12)的侧向和顶部，与试样(00)的几何中心相对应，加载系统(20)通过管线与加压缸(21)相连接，加载活塞(22)位于加压缸(21)的内部，与加载杆(23)相固定，加载杆(23)依次穿过压力室外腔壁(12)和压力室内腔壁(14)，与真三轴双腔压力室(1)内部的水下荷重传感器(24)相连接，水下荷重传感器(24)通过滑块(25)与水平向刚性加载板(16)和竖向刚性加载板(17)相接触；围压/体积控制器(31)和体变仪(34)依次通过管线①与围压腔一(15)相连通，围压/体积控制器(31)通过管线②与围压腔二(19)相连通，反压/体积控制器(32)通过管线与乳胶膜(13)上小主应力加载方向上的排水孔(33)相连接；所述的循环水通道(44)通过管线与恒温水浴箱(41)相连接，真空泵(45)通过管线分别与真空保温腔(43)和乳胶膜(13)上小主应力加载方向的排气孔(46)相连接，并在管线上设置阀门v1、v2进行操作方向控制，冻结管(48)固定于试样(00)上部的竖向刚性加载板(17)加载面上，通过管线与冷凝控制器(42)相连接，温度传感器(47)安装于乳胶膜(13)上小主应力加载方向上；水平向渗透控制器(上水头)(51)、污染物隔离装置(53)通过管线依次与左侧的水平向刚性加载板(16)相连通，右侧的水平向刚性加载板(16)通过管线依次与流量测量装置(54)、污染物隔离装置(53)和水平向渗透控制器(下水头)(55)相连通；竖向渗透控制器(上水头)(52)、污染物隔离装置(53)通过管线依次与下部的竖向刚性加载板(17)相连通，上部的竖向刚性加载板(17)通过管线依次与流量测量装置(54)、污染物隔离装置(53)和竖向渗透控制器(下水头)(56)相连通；所述的竖向刚性加载板(17)的加载面上胶粘若干块高进气值陶土板(67)，高进气值陶土板(67)下方设置环形孔隙水加压通道(68)，孔隙水加压通道(68)两端通过管线分别与扩散气泡冲刷装置(62)和污染物隔离装置(53)、孔隙水压力控制器(61)相连接；气瓶(63)、气动增压泵(64)、储能器(65)和气体分离及流量测量装置(66)与竖向刚性加载板(17)通过压力管依次相连通，对试样(00)施加孔隙气压力，储能器(65)和气体分离及流量测量装置(66)间设置可调增压阀v3进行压力控制；所述的竖向刚性加载板(17)的加载面中心固定有弯曲元(71)，弯曲元(71)通过数据线分别与波形发射装置(72)和波形接收装置(73)相连接；以上所述的各装置与计算机(8)间通过USB接口进行串联连接，通过计算机软件进行试验设备和试验过程的控制和采集。