(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210917375.9 (22)申请日 2022.08.01 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区双清路3 0号清 华大学清华园北京 100084-82信箱 (72)发明人 张海涛　吴必胜　聂元训　张莉　 (74)专利代理 机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 专利代理师 吴欢燕 (51)Int.Cl. G01N 3/14(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/06(2006.01) (54)发明名称 竖向变形-水平应力-温度联合测试的蠕变 试验装置 (57)摘要 本发明涉及一种竖向变形 ‑水平应力 ‑温度 联合测试的蠕变试验装置及其测试方法， 该装置 的试验系统包括： 位移计、 试样容器、 加载盖板、 工作片、 温度补偿片、 底部透水石、 底座、 顶部透 水石、 环境热电偶、 试样热电偶、 顶部排水排气 孔、 底部排水排气管及止水阀； 该装置的数据采 集系统包括应变片电源、 数采仪、 位移 计电源、 电 源‑工作片导线、 电源 ‑补偿片导线、 工作片 ‑补偿 片导线以及数采仪 ‑温度补偿片导线； 在试样空 间中的试样竖向受力后， 试样产生竖向变形， 试 样内部产生应力， 工作片与温度补偿片组成的惠 斯通电桥产生电势差， 此电势差以及竖向变形、 环境温度与试样内部温度被数采仪时刻记录， 从 而实现竖向变形、 水平应力和温度的联合测试。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115308038 A 2022.11.08 CN 115308038 A 1.一种竖向变形 ‑水平应力 ‑温度联合测试的蠕变试验装置， 其特征在于， 所述的竖向 变形‑水平应力 ‑温度联合测试的蠕变试验装置包括试验系统与数据采集系统； 所述的试验 系统包括： 位移计、 试样容器、 加载盖板、 工作片、 温度补偿片、 底部透水石、 底座、 顶部透水 石、 环境热电偶、 试样热电偶、 顶部排水排气孔、 底部排水排气管及止水阀； 所述的数据采集 系统包括应变片电源、 数采仪、 位移计电源、 电源 ‑工作片导线、 电源 ‑补偿片导线、 工作片 ‑ 补偿片导线以及数采仪 ‑温度补偿片导线； 所述试样容器的内部空间形成为试样空间， 用于 装入试样； 所述试样容器的底部插入所述的底座中； 所述的底部透水石设置于所述试样空 间的下方并嵌入所述底座的顶部； 所述的加载盖板和顶部透水石设置于所述试样空间的上 方， 所述的顶部透水石嵌入所述加载盖板的底部； 所述的位移计与所述的加载盖板接触； 所 述的工作片和所述的温度补偿片紧密 粘贴在所述试样容器的侧壁上； 所述的环境热电偶与 所述试样容器的外壁紧密接触； 所述的试样热电偶与所述底部透水石的顶面紧密接触； 所 述的顶部排水排气孔贯穿所述的加载盖板； 所述的底部排水排气管贯穿所述的底座； 所述 的止水阀设置在所述的底部排水排气管上； 所述的应变片电源与所述的工作片通过所述的 电源‑工作片导线连接； 所述的应变片电源与所述的温度补偿片通过所述的电源 ‑温度补偿 片导线连接； 所述的工作片与所述的温度补偿片通过工作片 ‑补偿片导线连接； 所述的数采 仪与所述的温度补偿片通过数采仪 ‑温度补偿片导线连接； 所述的数采仪通过环境热电偶 线与所述的环境热电偶连接； 所述的数采仪通过试样热电偶线与所述的试样热电偶连接； 所述的数采仪与所述的位移计通过位移计数采线连接； 所述的位移计电源与所述的位移计 通过位移计电源线连接； 在所述试样空间中的试样竖向受力后， 试样产生竖向变形， 试样内 部产生应力， 同时水平方向的应力使得所述工作片与温度补偿片组成的惠斯通电桥产生电 势差， 此电势差被所述的数采仪时刻记录， 同时竖向变形、 环境温度与试样内部温度也被所 述的数采仪时刻记录， 从而实现竖向变形、 水平应力和温度的联合测试。 2.根据权利要求1所述的竖向变形 ‑水平应力 ‑温度联合测试的蠕变试验装置， 其特征 在于， 所述的工作片包括第一工作片和第二工作片， 所述的温度补偿片包括第一温度补偿 片和第二温度补偿片， 所述应变片电源的负极通过第一电源 ‑工作片导线与第一工作片的 第一电源端子电连接； 所述应变片电源的负极通过第二电源 ‑工作片导线与第二工作片的 第一电源端脚电连接； 所述应变片电源的正极通过第一电源 ‑补偿片导线与第一温度补偿 片的第一电源引脚电连接； 所述应变片电源的正极通过第二电源 ‑补偿片导线与第二温度 补偿片的第一电源端口电连接； 第一工作片的第二电源端子通过第一工作片 ‑补偿片导线 与第一温度补偿片的第二电源引脚电连接； 第二工作片的第二电源端脚通过第二工作片 ‑ 补偿片导线与第二温度补偿片的第二电源端口电连接； 数采仪的第一高位接口通过第一数 采仪‑温度补偿片导线与第一温度补偿片的第二电源引脚电连接； 数采仪的第一低位接口 通过第二数采仪 ‑温度补偿片导线与第二温度补偿片的第二电源端口电连接； 环境热电偶 通过第一环境热电偶线与数采仪的第三高位接口电连接； 环境热电偶通过第二环境热电偶 线与数采仪的第三低位接口电连接； 试样热电偶通过第一试样热电偶线与数采仪的第二低 位接口电连接； 试样热电偶通过第二试样热电偶线与数采仪的第二高位接口电连接； 位移 计通过第一位移计数采线与数采仪的第四高位接口电连接； 位移计通过第二位移计数采线 与数采仪的第四低位接口电连接； 位移计通过第一位移计电源线与位移计电源的正极端子 电连接； 位移计通过第二 位移计电源线与位移计电源的负极端子电连接 。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115308038 A 23.根据权利要求2所述的竖向变形 ‑水平应力 ‑温度联合测试的蠕变试验装置， 其特征 在于， 所述的第一温度补偿片与所述的第一工作片相互垂直； 所述的第二温度补偿片与所 述的第二工作片相互垂直。 4.根据权利要求1所述的竖向变形 ‑水平应力 ‑温度联合测试的蠕变试验装置， 其特征 在于， 所述工作片的电阻值 为2000Ω； 所述温度补偿片的电阻值 为2000Ω。 5.根据权利要求2所述的竖向变形 ‑水平应力 ‑温度联合测试的蠕变试验装置， 其特征 在于， 所述第一电源 ‑工作片导线和第二电源 ‑工作片导线的长度相等。 6.根据权利要求2所述的竖向变形 ‑水平应力 ‑温度联合测试的蠕变试验装置， 其特征 在于， 所述第一电源 ‑补偿片导线和第二电源 ‑补偿片导线的长度相等。 7.根据权利要求2所述的竖向变形 ‑水平应力 ‑温度联合测试的蠕变试验装置， 其特征 在于， 所述第一工作片 ‑补偿片导线和第二工作片 ‑补偿片导线的长度相等。 8.根据权利要求2所述的竖向变形 ‑水平应力 ‑温度联合测试的蠕变试验装置， 其特征 在于， 所述第一数采仪 ‑温度补偿片导线和第二数采仪 ‑温度补偿片导线的长度相等。 9.根据权利要求1至8任一项所述的竖向变形 ‑水平应力 ‑温度联合测试的蠕变试验装 置， 其特征在于， 所述电源 ‑工作片导线、 所述电源 ‑温度补偿片导线、 所述工作片 ‑补偿片导 线、 所述数采仪 ‑温度补偿片导线、 所述环 境热电偶线、 所述试样热电偶线、 所述位移计数采 线以及所述 位移计电源线互相不交叉。 10.一种根据权利要求1至9任一项所述的竖向变形 ‑水平应力 ‑温度联合测试的蠕变试 验装置的测试 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 第一步、 为应变片电源、 数采仪和位移计电源接入220V交流电； 打开应变片电源、 数采 仪和位移计电源的开关； 应变片电源设置为5V直流电； 位移计电源设置为24V直流电； 数采 仪设置好对应的电压模式与热电偶模式； 第二步、 采用分层级击实法， 在试样空间中制备预定孔隙率的土体试样； 将顶部透水石 放置于试样的顶部； 将加载盖 板放置于顶部透水石的顶部； 使位移计接触加载盖 板； 第三步、 等待30min以上， 让应变片电源、 数采仪、 位移计电源接、 第一工作片、 第一温度 补偿片、 第二工作片、 第二温度补偿片、 位移计和环境热电偶充分预 热； 第四步、 在加载盖板上分级加载砝码； 每级砝码的加载条件是数采仪监测的水平应力 变化率与竖向变形变化 率稳定； 第五步、 在加载盖板上分级卸砝码； 每级砝码的卸载条件是数采仪监测的水平应力变 化率与竖向变形变化率稳定， 从而实现竖向变形 ‑水平应力 ‑温度联合测试的蠕变加载 ‑卸 载试验； 第六步、 测试结束后， 断开应变片电源、 数采仪与位移计电源 的220V交流电； 关闭应变 片电源、 数采仪与位移计电源的开关； 拆卸位移计； 第七步、 移除试样； 第八步、 清洗试样空间。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115308038 A 3