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专利名称：可控气压的多功能土样加热试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种土样试验设备，特别是涉及一种可控气压的多功能土样加热试验系统。
背景技术：
土工试验是为了测定土的基本工程性质而制定的一套试验方法，包括含水率试验、密度试验、三轴压缩试验、渗透试验、固结试验等，其中三轴压缩试验主要用于测定土样的力学性能。随着我国城市化进程的加快，城市人口不断增多，可利用空间越来越少，城市地下空间的开发利用(如城市轨道交通系统)不仅缓解了城市繁重的交通压力，而且还有效利用了城市空间，为城市的可持续发展做出了重要贡献。但由于隧道、轨道交通系统等的环境封 闭性，一旦发生火灾，往往会产生持续的高温(IOOO0C )，这不仅会对隧道等地下结构产生严重的损害，同时，由于持续的高温作用，也会引起隧道周围土体的温度升高，进而对土体的力学性能产生较大影响。在研究工作中，为了测试土体在经历高温环境作用后的力学性能的变化，需将根据《土工试验方法标准》制成的饱和土样进行加热处理，然后再利用非饱和土三轴试验设备对加热后的土样进行力学性能测试，进而测定高温环境后土的力学性能。目前，对土样加热使用的加热设备多数为各种加热炉或烘干用的烘箱或各种简单的加热、干燥设备等。现有的这些加热、烘干、干燥设备和技术存在的问题主要是在对土样进行加热过程中，无法对蒸汽压力进行控制，也无法实时确定高温下土样的饱和度和含水量。

发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种可方便地按照设定的温度对土样进行高温加热处理，并可在对土样高温加热过程中保持蒸汽压力维持在设定的值，且能实时测定高温下土样的饱和度和含水量的可控气压的多功能土样加热试验系统。为实现上述目的，本发明提供一种可控气压的多功能土样加热试验系统，包括加热设备、土样密封容器、可调式泄压阀、称量装置和设于称量装置上的冷凝水容器，所述土样密封容器置于加热设备中，所述土样密封容器通过一连接管与可调式泄压阀连接，所述可调式泄压阀通过一冷凝管与冷凝水容器连接。优选地，所述土样密封容器包括容器本体和与容器本体螺纹连接的容器上盖，所述连接管固定设在容器上盖上且与容器本体内部连通。进一步地，所述容器本体内还设有一土样装卸支架，所述土样装卸支架包括支架底座和至少三根支撑杆，所述支撑杆下端与支架底座可拆卸连接。优选地，所述支撑杆上端设有预留孔，所述支撑杆上端侧面与容器本体内壁之间设有与预留孔连通的空隙。进一步地，所述容器本体内壁上设有容纳支撑杆的凹槽。
优选地，所述容器本体的顶端与容器上盖之间设有第一密封垫，所述容器上盖底端与容器本体之间设有第二密封垫。进一步地，所述加热设备包括加热炉炉体和设于炉体开口处的炉盖，所述炉体内设有加热热源，所述土样密封容器通过连接管固定在炉盖上。优选地，所述连接管套有保温管，所述保温管置于可调式泄压阀与炉盖之间。进一步地，还包括一气体分析仪，所述气体分析仪与冷凝水容器连接，所述冷凝水容器为一密闭容器。进一步地，还包括数据采集系统，所述称量装置、气体分析仪都与数据采集系统连接。如上所述，本发明涉及的可控气压的多功能土样加热试验系统，具有以下有益效
该可控气压的多功能土样加热试验系统将土样放置在土样密封容器中并按照设定的温度进行加热，通过可调式泄压阀对土样在高温环境下的蒸汽压力进行调节控制，维持土样蒸汽压力为恒定值，有效防止土样在高温环境下变形，且该加热试验系统通过测量冷凝水的质量来实时测定土样的饱和度和含水量。进一步地，通过气体分析仪确定土样加热过程中产生的气体来分析土样在高温环境下可能发生的相变，数据采集系统实时处理并显示测量结果，便于实验室人员及时掌握土样的变化。同时，多个支撑杆与支架底座的可拆卸连接便于土样的装卸，有效避免土样受到扰动，且支撑杆与容器本体内壁之间设有的预留空隙，方便土样装卸支架的放入和取出。


图I为本发明的结构示意图。图2为图I的A-A向剖视图。图3为本发明中土样密封容器的结构示意图。图4为图3的B-B向剖视图。图5为图3的C圈放大图。图6为本发明中支架的结构示意图。
具体实施例方式以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。如图I所示，本发明涉及的可控气压的多功能土样加热试验系统包括加热设备I、土样密封容器2、可调式泄压阀3、称量装置5和设于称量装置5上的冷凝水容器6，所述土样密封容器2置于加热设备I中，所述土样密封容器2通过一连接管7与可调式泄压阀3连接，所述可调式泄压阀3通过一冷凝管8与冷凝水容器6连接。可调式泄压阀能根据系统设定的工作压力自动启闭，一般安装在封闭系统的设备或管路上，当系统内的压力超过泄压阀设定的压力时，自动开启泄压，本发明中，当土样密封容器2中的气体压力达到设定值后，可调式泄压阀3自动开启让土样密封容器2中的气体进入冷凝管8中。冷凝管8是利用热交换原理使冷凝性气体冷却凝结为液体的一种玻璃仪器，有直形、球形、蛇形三种结构。试验时，待测土样放置在土样密封容器2中，加热前，先通过可调式泄压阀3设定土样密封容器2内部的压力值。加热设备I开始对土样密封容器2加热，进而对土样进行加热，加热到设定的温度后再恒温一定时间让土样均匀受热，土样中的水分以水蒸汽的形态从土样密封容器2中进入可调式泄压阀3，通过冷凝管8冷却成冷凝水，再通过输送管16进入冷凝水容器6中，称量装置5测定冷凝水的质量，进而测定土样的饱和度和含水量。优选地，见图2，所述土样密封容器2为多个(也可以仅有一个)。当密封容器2为 多个时，则包括所述土样密封容器2、可调式泄压阀3、称量装置5、冷凝水容器6等装置的试验系统也为多套，即可对多个相同或不同的土样同时进行加热试验。又或者，当土样密封容器2为多个时，包括可调式泄压阀3、称量装置5、冷凝水容器6等装置也可以仅为一套，用以测试多个土样的饱和度和含水量的平均值。进一步地，见图3，所述土样密封容器2包括容器本体201和与容器本体201螺纹连接的容器上盖202，所述连接管7固定设在容器上盖202上且与容器本体201内部连通，本实施例中，所述连接管7与容器上盖202为整体式结构。所述容器本体201内还设有一土样装卸支架9，用于放置土样，见图6，所述土样装卸支架9包括支架底座901和至少三根支撑杆902，所述支撑杆902下端与支架底座901可拆卸连接，方便土样的装卸，有效防止土样在装卸过程中受到扰动。见图5，所述支撑杆902上端设有预留孔903，所述支撑杆902上端侧面与容器本体201内壁之间设有与预留孔903连通的空隙10，便于土样装卸支架9放入土样密封容器2中或从土样密封容器2中取出。见图4，所述容器本体201内壁上设有容纳支撑杆902的凹槽203，防止在试验过程中土样装卸支架9产生周向移动。见图3，所述容器本体201的顶端与容器上盖202之间设有第一密封垫11，所述容器上盖202底端与容器本体201之间设有第二密封垫12，进一步保证土样密封容器2的密封性。进一步地，如图I所示，所述加热设备I包括加热炉炉体101和设于炉体101开口处的炉盖102，所述炉体101内设有加热热源103，优选地，所述加热热源103为电热丝，所述土样密封容器2通过连接管7固定在炉盖102上，连接管7可通过焊接、螺纹连接等方式固定在炉盖102上。炉体101中的传热介质可以是空气、水、油等介质。所述连接管7套有保温管13(见图3)，所述保温管13置于可调式泄压阀3与炉盖102之间，即保温管13套在伸出炉盖102的那一段连接管上，保温管13由保温材料制成，保证蒸汽在伸出炉盖102的这一段连接管中的温度，即水蒸汽不会在这一段连接管中冷凝，进而保证测量精度。
进一步地，见图1，还包括一气体分析仪14，所述气体分析仪14与冷凝水容器6连接，所述冷凝水容器6为一密闭容器，在高温环境下，土样可能有气体产生，此时，产生的气体会连同水蒸汽一起进入冷凝管8中，经过冷凝管8后，气体连同冷凝水一起通过输送管16进入密闭的冷凝水容器6中，气体再通过气体输送管17进入气体分析仪14中，气体分析仪对气体进行分析测定，进而确定土样在高温环境下发生的变化。优选地，还包括数据采集系统15，所述称量装置5、气体分析仪14都与数据采集系统15连接，数据采集系统15对冷凝水质量以及气体分析结果进行实时采集、处理，再将处理后的结果显示，便于实验室人员及时掌握土样的变化。进一步地，所述数据采集系统15包括数据采集主机151和显示装置152，所述称量装置5、气体分析仪14都与数据采集主机151连接，所述数据采集主机151与显示装置152连接。具体操作时，可按以下步骤进行I)、根据《土样试验方法标准》(GBT 50123-1999)制备土样,然后把土样按《土样试验方法标准》规定的方法装到三轴试验饱和器中进行饱和；2)、按照《土样试验方法标准》把饱和土样从饱和器中取出，放到土样装卸支架9中，安装方法先取下一根支撑杆902，将饱和土样放置在支架底座901上，再装上取下的支撑杆902，这一安装过程要快，以免土样水分流失；3)、把装有土样的土样装卸支架9轻放至容器本体201中，再将容器本体201与容器上盖202密封连接，即将土样密封容器2固定在加热炉炉盖102上；4)、把可调式泄压阀3调到需要的压力上，把称量装置5调零，打开气体分析仪14，打开数据采集系统15。5)、对整个加热试验系统检查一遍，确认无误后开始加热。6 )、加热到设定的温度后恒温一定时间让土样均匀受热。7)、等到土样冷却后卸下容器本体201，利用容器本体201内壁与支撑杆902之间的预留空隙10和支撑杆902上的预留孔903，取出土样装卸支架9。8)、卸下土样装卸支架9上的一根支撑杆902，取出土样。9)、按照《土样试验方法标准》方法把土样套上橡胶膜，装到非饱和土三轴仪中准备试验，进而测定高温环境后土的力学性能。综上所述，本发明涉及的可控气压的多功能土样加热试验系统将土样放置在土样密封容器中加热，通过可调式泄压阀对土样在高温环境下的蒸汽压力进行调节控制，维持土样蒸汽压力为恒定值，有效防止土样在高温环境下变形，且该加热试验系统通过测量冷凝水的质量来测定土样的饱和度和含水量，通过气体分析仪确定土样加热过程中产生的气体来分析土样在高温环境下可能发生的变化，数据采集系统实时处理并显示测量结果，便于实验室人员及时掌握土样的变化。同时，多个支撑杆与支架底座的可拆卸连接便于土样的装卸，有效避免土样受到扰动，且支撑杆与容器本体内壁之间设有的预留空隙，方便土样装卸支架的放入和取出。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。 ·
权利要求
1.一种可控气压的多功能土样加热试验系统，其特征在于包括加热设备(I)、土样密封容器(2)、可调式泄压阀(3)、称量装置(5)和设于称量装置(5)上的冷凝水容器(6)，所述土样密封容器(2 )置于加热设备(I)中，所述土样密封容器(2 )通过一连接管(7 )与可调式泄压阀(3 )连接，所述可调式泄压阀(3 )通过一冷凝管(8 )与冷凝水容器(6 )连接。
2.根据权利要求I所述的可控气压的多功能土样加热试验系统，其特征在于所述土样密封容器(2)包括容器本体(201)和与容器本体(201)螺纹连接的容器上盖(202)，所述连接管(7)固定设在容器上盖(202)上且与容器本体(201)内部连通。
3.根据权利要求2所述的可控气压的多功能土样加热试验系统，其特征在于所述容器本体(201)内还设有一土样装卸支架(9 )，所述土样装卸支架(9 )包括支架底座(901)和至少三根支撑杆(902 )，所述支撑杆(902 )下端与支架底座(901)可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的可控气压的多功能土样加热试验系统，其特征在于所述支撑杆(902)上端设有预留孔(903)，所述支撑杆(902)上端侧面与容器本体(201)内壁之间设有与预留孔(903)连通的空隙(10)。
5.根据权利要求3所述的可控气压的多功能土样加热试验系统，其特征在于所述容器本体(201)内壁上设有容纳支撑杆(902)的凹槽(203)。
6.根据权利要求2所述的可控气压的多功能土样加热试验系统，其特征在于所述容器本体(201)的顶端与容器上盖(202)之间设有第一密封垫(11)，所述容器上盖(202)底端与容器本体(201)之间设有第二密封垫(12)。
7.根据权利要求I所述的可控气压的多功能土样加热试验系统，其特征在于所述加热设备(I)包括加热炉炉体(101)和设于炉体(101)开口处的炉盖(102)，所述炉体(101)内设有加热热源(103)，所述土样密封容器(2)通过连接管(7)固定在炉盖(102)上。
8.根据权利要求7所述的可控气压的多功能土样加热试验系统，其特征在于所述连接管(7)套有保温管(13)，所述保温管(13)置于可调式泄压阀(3)与炉盖(102)之间。
9.根据权利要求I所述的可控气压的多功能土样加热试验系统，其特征在于还包括一气体分析仪(14)，所述气体分析仪(14)与冷凝水容器(6)连接，所述冷凝水容器(6)为一密闭容器。
10.根据权利要求9所述的可控气压的多功能土样加热试验系统，其特征在于还包括数据采集系统(15)，所述称量装置(5)、气体分析仪(14)都与数据采集系统(15)连接。
全文摘要
本发明提供一种可控气压的多功能土样加热试验系统，包括加热设备、土样密封容器、可调式泄压阀、称量装置和设于称量装置上的冷凝水容器，所述土样密封容器置于加热设备中，所述土样密封容器通过一连接管与可调式泄压阀连接，所述可调式泄压阀通过一冷凝管与冷凝水容器连接。该可控气压的多功能土样加热试验系统可方便地按照设定的温度对土样进行高温加热处理，并可在对土样高温加热过程中保持土样密封容器中的蒸汽压力维持在设定的值，同时，可通过测量冷凝水的质量来实时获得试验土样的饱和度和含水量。
文档编号G01N1/44GK102809504SQ201210292819
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月16日 优先权日2012年8月16日
发明者闫治国, 陈正发, 朱合华, 丁文其 申请人:同济大学