專(zhuān)利名稱(chēng)：高應(yīng)力高水力梯度大剪切變形下土與結(jié)構(gòu)物接觸滲透儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高應(yīng)力、高水力梯度、大剪切變形下土與結(jié)構(gòu)物接觸面滲透破壞試驗(yàn)儀，特別是一種能夠研究300m級(jí)以上高土石壩心墻土或高塑性粘土與混凝土防滲墻接觸面滲透破壞機(jī)理的試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
在高土石壩工程中，心墻防滲粘土或高塑性粘土與混凝土防滲墻的接觸部位，由于土體與混凝土防滲墻的物理力學(xué)性質(zhì)的差別，在高應(yīng)力、高水力梯度的聯(lián)合作用下常產(chǎn)生大剪切變形，同時(shí)誘發(fā)接觸面部位土體的滲透破壞，危及大壩的安全。因此，真實(shí)模擬高土石壩中心墻土或高塑性粘土與混凝土防滲墻的實(shí)際工作狀態(tài)，開(kāi)展高應(yīng)力、高水力梯度、 大剪切變形條件下土與防滲墻接觸面接觸沖刷研究具有重要的工程實(shí)用價(jià)值，尤其對(duì)于指導(dǎo)我國(guó)西南地區(qū)正在設(shè)計(jì)中的幾座300m級(jí)的高土石壩的設(shè)計(jì)具有十分重要的意義?，F(xiàn)有試驗(yàn)裝置有的無(wú)法考慮土體所處的應(yīng)力狀態(tài)；有的不能模擬土體的大剪切變形；有的則只能模擬土體與防滲墻接觸面之間平行錯(cuò)動(dòng)的剪切變形。而實(shí)際工程中，土體與防滲墻之間發(fā)生的大剪切變形應(yīng)該是防滲墻頂部土體發(fā)生45度剪切面破壞，與防滲墻接觸的土體發(fā)生沿接觸面的破壞。由此可見(jiàn)，現(xiàn)有試驗(yàn)裝置根本不能真實(shí)模擬土體與混凝土防滲墻接觸面所經(jīng)歷的高應(yīng)力、高水力梯度、大剪切變形的工作狀態(tài)，研究成果不能用于指導(dǎo)高土石壩工程的設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述研究的不足，提供一種能夠研究高應(yīng)力、高水力梯度、 大剪切變形條件下高土石壩心墻粘土或高塑性粘土與混凝土防滲墻接觸面滲流沖刷破壞的試驗(yàn)裝置。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明所述的高應(yīng)力高水力梯度大剪切變形下土與結(jié)構(gòu)物接觸滲透儀，包括底座，圍壓室，軸向加壓器，試樣，熱縮管，軸向加壓桿，試樣帽，透水石，圍壓加壓器，滲透壓力加壓器，第一出水管，第二出水管，量杯；所述的底座上布置圍壓室；軸向加壓器與軸向加壓桿的一端連接，軸向加壓桿的另一端從圍壓室的頂端延伸入圍壓室、與試樣帽接觸，試樣帽的下部布置透水石、透水石下方布置試樣，試樣被熱縮管緊密包裹；圍壓加壓器通過(guò)管道從圍壓室的底端接入，滲透壓力加壓器通過(guò)管道從圍壓室內(nèi)試樣的底端接入；第一出水管一端連接試樣帽、另一端延伸出圍壓室；第二出水管一端從底座的下部接入試樣的底部，另一端接入底座下的量杯處。本發(fā)明所述的高應(yīng)力高水力梯度大剪切變形下土與結(jié)構(gòu)物接觸滲透儀，還包括位移傳感器，環(huán)向應(yīng)變片，卸氣閥，孔隙水壓力傳感器；所述的位移傳感器與卸氣閥布置在圍壓室的頂部，若干個(gè)環(huán)向應(yīng)變片貼合在熱縮管的表面，孔隙水壓力傳感器布置在滲透壓力加壓器的管道上。
本發(fā)明所述的高應(yīng)力高水力梯度大剪切變形下土與結(jié)構(gòu)物接觸滲透儀，所述位移傳感器與環(huán)向應(yīng)變片與孔隙水壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連。本發(fā)明所述的高應(yīng)力高水力梯度大剪切變形下土與結(jié)構(gòu)物接觸滲透儀，所述的環(huán)向應(yīng)變片為四個(gè)、且每?jī)蓚€(gè)環(huán)向應(yīng)變片之間的角度差為90°。本發(fā)明所述的高應(yīng)力高水力梯度大剪切變形下土與結(jié)構(gòu)物接觸滲透儀的測(cè)試方法，測(cè)試步驟如下
1)制作試樣，將試樣放入圍壓室內(nèi)；
2)向圍壓室內(nèi)加滿水，利用圍壓加壓器向圍壓室內(nèi)的試樣施加圍壓力；
3)施加圍壓后試樣通過(guò)第一出水管、第二出水管同時(shí)向外排水，利用孔隙水壓力傳感器監(jiān)測(cè)試樣孔隙水壓力的消散情況；
4)軸向加壓桿向試樣分級(jí)施加軸壓，分別利用位移傳感器、環(huán)向應(yīng)變片監(jiān)測(cè)試樣的沉降量及環(huán)向應(yīng)變，當(dāng)試樣出現(xiàn)大剪切變形時(shí)停止加壓；
5)滲透壓力加壓器向試樣底部施加滲透壓力，試樣內(nèi)部產(chǎn)生接觸滲流，逐級(jí)施加滲透壓力，并記錄不同滲透壓力下的滲流量，直到試樣發(fā)生接觸滲透破壞，試驗(yàn)結(jié)束。有益效果
本發(fā)明提供的新型接觸滲透儀可以真實(shí)模擬高土石壩工程中心墻防滲粘土或高塑性粘土與混凝土防滲墻接觸部位所處的實(shí)際工作狀態(tài)，即高應(yīng)力、高水力梯度，大剪切變形。 該新型接觸滲透儀可模擬的最大圍壓達(dá)2. OMPa，最大軸壓4. OMpa，最大水力梯度500，這些技術(shù)指標(biāo)均遠(yuǎn)高于已有試驗(yàn)裝置。同時(shí)，該滲透儀采用應(yīng)變片跟蹤測(cè)量試樣的環(huán)向應(yīng)變，能夠獲得較準(zhǔn)確的滲流應(yīng)力耦合作用下的試樣應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，為開(kāi)展土體與結(jié)構(gòu)物接觸面的滲流應(yīng)力耦合本構(gòu)模型的研究提供了理論依據(jù)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖中1是底座，2是圍壓室，3是軸向加壓器，4是試樣，5是軸向加壓桿，6是試樣帽，7 是圍壓加壓器，8是滲透壓力加壓器，9是第一出水管，10是第二出水管，11是量杯，12是位移傳感器，13是環(huán)向應(yīng)變片，14是卸氣閥，15是孔隙水壓力傳感器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合

對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
如圖1所示高應(yīng)力高水力梯度大剪切變形下土與結(jié)構(gòu)物接觸滲透儀，其特征在于包括底座1，圍壓室2，軸向加壓器3，試樣4，熱縮管，軸向加壓桿5，試樣帽6，透水石，圍壓加壓器7，滲透壓力加壓器8，第一出水管9，第二出水管10，量杯11，位移傳感器12，環(huán)向應(yīng)變片13，卸氣閥14，孔隙水壓力傳感器15。所述的底座1上布置圍壓室2 ；軸向加壓器3與軸向加壓桿5的一端連接，軸向加壓桿5的另一端從圍壓室2的頂端延伸入圍壓室2、與試樣帽6接觸，試樣帽6的下部布置透水石、透水石下方布置試樣4，試樣4被熱縮管緊密包裹；圍壓加壓器7通過(guò)管道從圍壓室2的底端接入，滲透壓力加壓器8通過(guò)管道從圍壓室2內(nèi)試樣4的底端接入；第一出水管 9 一端連接試樣帽6、另一端延伸出圍壓室2 ；第二出水管10 —端從底座1的下部接入試樣 4的底部，另一端接入底座1下的量杯11處。位移傳感器12與卸氣閥14布置在圍壓室2的頂部，若干個(gè)環(huán)向應(yīng)變片13貼合在熱縮管的表面，孔隙水壓力傳感器15布置在滲透壓力加壓器8的管道上，位移傳感器12與環(huán)向應(yīng)變片13與孔隙水壓力傳感器15與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連。4環(huán)向應(yīng)變片13為四個(gè)、且每?jī)蓚€(gè)環(huán)向應(yīng)變片13之間的角度差為90°。高應(yīng)力高水力梯度大剪切變形下土與結(jié)構(gòu)物接觸滲透儀的測(cè)試方法，其特征在于測(cè)試步驟如下
(1)制備、安裝試樣。首先，將模擬混凝土防滲墻的橡膠板固定在模型底座上，在橡膠板兩側(cè)的模型底座上放置好起反濾作用的土工布。根據(jù)干密度及含水量要求，利用特制對(duì)開(kāi)模制備試樣，試樣由粘土及橡膠板組成，試樣被熱縮管緊密包裹。然后，將制備好的試樣連同底座固定在儀器底座上，擰緊螺絲。在試樣的頂部自下而上分別蓋上透水石及試樣帽， 注意要始終保持試樣處于豎直狀態(tài)，以保證后期承受軸向壓力時(shí)不致產(chǎn)生偏心受壓，影響試驗(yàn)成果。(2)粘貼應(yīng)變片。為了監(jiān)測(cè)試樣的環(huán)向應(yīng)變，進(jìn)而確定試驗(yàn)過(guò)程中試樣的體積應(yīng)變，在靠近試樣中間位置的熱縮管外表面的同一圓周上，均勻粘貼4個(gè)應(yīng)變片，各應(yīng)變片角度相差90度，試驗(yàn)過(guò)程中，收集4個(gè)應(yīng)變片的應(yīng)變值，取代數(shù)平均值作為試樣的環(huán)向應(yīng)變值。(3)施加圍壓。安裝圍壓室，注意密封性。打開(kāi)圍壓室頂部的卸氣閥，開(kāi)始給圍壓室緩慢加水，待水完全充滿圍壓室并從卸氣閥溢出時(shí)，擰緊卸氣閥，關(guān)閉進(jìn)水閥，打開(kāi)圍壓控制閥開(kāi)始施加圍壓，同時(shí)打開(kāi)第一、第二出水管的排水閥，試樣開(kāi)始固結(jié)過(guò)程，水流分別通過(guò)第一、第二出水管進(jìn)入量杯，并打開(kāi)孔隙水壓力傳感器控制閥，監(jiān)測(cè)孔隙水壓力的消散過(guò)程。(4)施加軸向壓力。根據(jù)試樣的孔隙水壓力消散情況，啟動(dòng)軸向加壓器，對(duì)試樣施加軸向壓力。加載過(guò)程中，采用分級(jí)施加，通過(guò)位移傳感器密切監(jiān)測(cè)試樣在固結(jié)過(guò)程中的沉降量變化，施加一級(jí)軸向荷載后，當(dāng)試樣沉降量不再變化時(shí)，開(kāi)始施加下一級(jí)軸向荷載，直至加載到試樣開(kāi)始產(chǎn)生明顯的剪切變形時(shí)停止加載，并保持圍壓及軸向壓力不變，用以模擬實(shí)際高土石壩工程中心墻粘土或高塑性粘土與混凝土防滲墻接觸部位經(jīng)常經(jīng)歷的高應(yīng)力、大剪切變形工作狀態(tài)。(5)施加滲透壓力。關(guān)閉第一出水管排水閥，打開(kāi)滲透壓力控制閥，啟動(dòng)滲透壓力加壓器，開(kāi)始分級(jí)施加滲透壓力，滲透水流通過(guò)進(jìn)水管進(jìn)入試樣，繞過(guò)橡膠板，通過(guò)第二出水管，進(jìn)入量杯。在此過(guò)程中，密切監(jiān)測(cè)如下數(shù)據(jù)(a)試樣流量與滲透坡降的關(guān)系；(b) 試樣沉降與時(shí)間的關(guān)系，環(huán)向應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系，沉降與滲透坡降的關(guān)系，環(huán)向應(yīng)變與滲透坡降的關(guān)系。待試樣發(fā)生接觸滲透破壞時(shí)，結(jié)束試驗(yàn)。
權(quán)利要求
1.高應(yīng)力高水力梯度大剪切變形下土與結(jié)構(gòu)物接觸滲透儀，其特征在于包括底座 (1)，圍壓室(2)，軸向加壓器(3)，試樣(4)，熱縮管，軸向加壓桿(5)，試樣帽(6)，透水石，圍壓加壓器(7)，滲透壓力加壓器(8)，第一出水管(9)，第二出水管(10)，量杯(11);所述的底座(1)上布置圍壓室(2);軸向加壓器(3)與軸向加壓桿(5)的一端連接，軸向加壓桿(5)的另一端從圍壓室(2)的頂端延伸入圍壓室(2)、與試樣帽(6)接觸，試樣帽(6)的下部布置透水石、透水石下方布置試樣(4)，試樣(4)被熱縮管緊密包裹；圍壓加壓器(7)通過(guò)管道從圍壓室(2)的底端接入，滲透壓力加壓器(8)通過(guò)管道從圍壓室(2)內(nèi)試樣(4)的底端接入； 第一出水管(9) 一端連接試樣帽(6)、另一端延伸出圍壓室(2)；第二出水管(10) —端從底座(1)的下部接入試樣(4)的底部，另一端接入底座(1)下的量杯(11)處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高應(yīng)力高水力梯度大剪切變形下土與結(jié)構(gòu)物接觸滲透儀， 其特征在于還包括位移傳感器(12)，環(huán)向應(yīng)變片(13)，卸氣閥(14)，孔隙水壓力傳感器 (15)；所述的位移傳感器(12)與卸氣閥(14)布置在圍壓室(2)的頂部，若干個(gè)環(huán)向應(yīng)變片 (13)貼合在熱縮管的表面，孔隙水壓力傳感器(15)布置在滲透壓力加壓器(8)的管道上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高應(yīng)力高水力梯度大剪切變形下土與結(jié)構(gòu)物接觸滲透儀，其特征在于所述位移傳感器(12)與環(huán)向應(yīng)變片(13)與孔隙水壓力傳感器(15)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高應(yīng)力高水力梯度大剪切變形下土與結(jié)構(gòu)物接觸滲透儀， 其特征在于所述的環(huán)向應(yīng)變片(13)為四個(gè)、且每?jī)蓚€(gè)環(huán)向應(yīng)變片(13)之間的角度差為 90°。
5.利用權(quán)利要求1或2或3或4所述的高應(yīng)力高水力梯度大剪切變形下土與結(jié)構(gòu)物接觸滲透儀的測(cè)試方法，其特征在于測(cè)試步驟如下1)制作試樣(4)，將試樣放入圍壓室(2)內(nèi)；2)向圍壓室(2)內(nèi)加滿水，利用圍壓加壓器(7)向圍壓室(2)內(nèi)的試樣(4)施加圍壓力；3)施加圍壓后試樣(4)通過(guò)第一出水管(9)、第二出水管(10)同時(shí)向外排水，利用孔隙水壓力傳感器(15)監(jiān)測(cè)試樣(4)孔隙水壓力的消散情況；4)軸向加壓桿(5)向試樣(4)分級(jí)施加軸壓，分別利用位移傳感器(12)、環(huán)向應(yīng)變片 (13)監(jiān)測(cè)試樣(4)的沉降量及環(huán)向應(yīng)變，當(dāng)試樣(4)出現(xiàn)大剪切變形時(shí)停止加壓；5)滲透壓力加壓器(8)向試樣(4)底部施加滲透壓力，試樣(4)內(nèi)部產(chǎn)生接觸滲流，逐級(jí)施加滲透壓力，并記錄不同滲透壓力下的滲流量，直到試樣(4)發(fā)生接觸滲透破壞，試驗(yàn)結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高應(yīng)力、高水力梯度、大剪切變形下土與結(jié)構(gòu)物接觸面滲透破壞試驗(yàn)儀。底座上布置圍壓室；軸向加壓器與軸向加壓桿的一端連接，軸向加壓桿的另一端從圍壓室的頂端延伸入圍壓室、與試樣帽接觸，試樣帽的下部布置透水石、透水石下方布置試樣，試樣被熱縮管緊密包裹；圍壓加壓器通過(guò)管道從圍壓室的底端接入，滲透壓力加壓器通過(guò)管道從圍壓室內(nèi)試樣的底端接入；第一出水管一端連接試樣帽、另一端延伸出圍壓室；第二出水管一端從底座的下部接入試樣的底部，另一端接入底座下的量杯處。本試驗(yàn)儀能夠獲得較準(zhǔn)確的滲流應(yīng)力耦合作用下的試樣應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，為開(kāi)展土體與結(jié)構(gòu)物接觸面的滲流應(yīng)力耦合本構(gòu)模型的研究提供了理論依據(jù)。
文檔編號(hào)G01N3/12GK102323159SQ20111023117
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者何淑媛, 盛金昌, 羅玉龍, 詹美禮, 速寶玉, 郝紅科 申請(qǐng)人:河海大學(xué)