巖石凍脹量試驗(yàn)機(jī)的工作原理

作為深耕凍土試驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域多年的技術(shù)人員，我來(lái)給大家拆解下 TDYS-DZ 型巖石凍脹量試驗(yàn)機(jī)的工作原理 —— 這套設(shè)備的設(shè)計(jì)邏輯緊密圍繞 “精準(zhǔn)捕捉體積約束下的凍脹應(yīng)力" 展開(kāi)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都緊扣 JTG3430-2020 等標(biāo)準(zhǔn)要求。

首先，試驗(yàn)的基礎(chǔ)是 “體積恒定" 條件。我們知道，凍土凍脹應(yīng)力的產(chǎn)生，本質(zhì)是土壤凍結(jié)時(shí)水分相變體積膨脹，若空間受限就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。所以設(shè)備首先一步要做的，是將原狀或擾動(dòng)的黏質(zhì)土、砂質(zhì)土試樣，按標(biāo)準(zhǔn)制備成固定尺寸后，裝入專用約束裝置 —— 這個(gè)裝置能嚴(yán)格限制試樣在凍結(jié)過(guò)程中的體積變化，確保我們測(cè)到的應(yīng)力是 “體積不變" 前提下的真實(shí)凍脹力，這也是區(qū)別于其他凍脹試驗(yàn)設(shè)備的核心出發(fā)點(diǎn)。

接下來(lái)看核心系統(tǒng)的協(xié)同。設(shè)備的恒溫箱是試驗(yàn)環(huán)境的 “穩(wěn)定器"：大容量不銹鋼內(nèi)膽不僅耐腐蝕，更重要的是提供了均勻的溫場(chǎng)基礎(chǔ)，再配合精細(xì)設(shè)計(jì)的風(fēng)道式循環(huán)通風(fēng) —— 冷空氣從風(fēng)道均勻輸送到箱體各個(gè)角落，避免局部溫差導(dǎo)致試樣凍結(jié)不均，這是保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)性的關(guān)鍵。我們做過(guò)驗(yàn)證，這種通風(fēng)方式能讓箱內(nèi)溫差控制在極小范圍，為后續(xù)應(yīng)力測(cè)量排除環(huán)境干擾。

然后是力與溫度的同步監(jiān)測(cè)。當(dāng)恒溫箱按設(shè)定程序降溫，試樣開(kāi)始凍結(jié)、產(chǎn)生膨脹趨勢(shì)時(shí)，壓力測(cè)試系統(tǒng)就會(huì)實(shí)時(shí) “感知" 并施加反力，維持試樣體積恒定 —— 這個(gè)反力的數(shù)值，就是我們要測(cè)的凍脹應(yīng)力。同時(shí)，溫度傳感器會(huì)不間斷采集試樣及箱內(nèi)環(huán)境溫度，數(shù)據(jù)通過(guò)自動(dòng)采集系統(tǒng)同步傳輸；再借助 RS232/485 通訊功能，計(jì)算機(jī)能實(shí)時(shí)記錄應(yīng)力 - 溫度變化曲線，還能遠(yuǎn)程控制溫區(qū)編程，比如模擬不同地域的低溫凍結(jié)速率，滿足多樣化試驗(yàn)需求。

這里要特別提下溫控精度的重要性：設(shè)備恒溫波動(dòng)度能達(dá)到 ±0.5℃，這可不是簡(jiǎn)單的參數(shù)數(shù)字 —— 溫度微小波動(dòng)都會(huì)影響水分相變速率，進(jìn)而干擾應(yīng)力產(chǎn)生過(guò)程。只有把溫場(chǎng)穩(wěn)定性控制到這個(gè)級(jí)別，才能確保同一批次、不同批次試樣的試驗(yàn)條件一致，數(shù)據(jù)才有可比性。

最后，多層中空玻璃觀察窗和射燈，看似是輔助設(shè)計(jì)，實(shí)則是試驗(yàn)過(guò)程監(jiān)控的重要環(huán)節(jié) —— 我們能直觀觀察試樣是否有開(kāi)裂、約束裝置是否密封完好，避免因試樣異常導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)失真。整體來(lái)看，這套設(shè)備通過(guò) “環(huán)境穩(wěn)定 - 體積約束 - 力溫同步監(jiān)測(cè) - 數(shù)據(jù)精準(zhǔn)采集" 的閉環(huán)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)要求的凍脹力測(cè)定，也正因如此，它才能在大專院校科研、水利水電工程檢測(cè)等領(lǐng)域發(fā)揮核心作用。