專利名稱：一種防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及巖土力學(xué)土與結(jié)構(gòu)相互作用模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗裝置。
背景技術(shù)：
進入21世紀后，我國水利水電建設(shè)迎來前所未有的建設(shè)高峰，雅礱江、大渡河、瀾滄江、金沙江，乃至怒江、雅江上將興建數(shù)十座高土石壩及高土石圍堰。目前在建和已建的 200m以上高土石壩中，絕大部分是采用土質(zhì)心墻下接混凝土防滲墻的心墻堆石壩；高土石圍堰采用防滲墻上接土工膜的防滲形式。因此，必然存在防滲墻與周圍介質(zhì)相互作用問題， 采用物理模型試驗研究相互作用機理，建立本構(gòu)關(guān)系及參數(shù)是巖土力學(xué)試驗的重要內(nèi)容。 對于剛度較大的防滲墻與粘土或粗粒土相互作用，要準確揭示其強度及變形特性，特別是墻頂與填料的接觸面的特性，應(yīng)進行物理模型試驗。目前采用界面元模擬墻頂與填料的接觸面，還是作為連續(xù)介質(zhì)模擬，都導(dǎo)致計算的防滲墻豎向位移與應(yīng)力大大偏高，因為防滲墻頂刺入堰體填料將導(dǎo)致墻頂接觸壓力釋放和墻頂豎向變形大大減小，其根本原因是沒有弄清墻頂與填料相互作用變形機理和建立能合理描述墻頂刺入土體變形的本構(gòu)關(guān)系。由于高土石壩和高土石圍堰施工過程的復(fù)雜性，要得到防滲墻墻頂應(yīng)力隨刺入位移的變化過程十分困難，因此，墻頂刺入土體變形本構(gòu)關(guān)系試驗研究也成為了巖土力學(xué)試驗中的難點問題。若要按傳統(tǒng)思維方法進行試驗，采用施加土體壓力來量測模型墻端壓力和刺入變形，不能保證刺入變形的準確定性，另外直接在土體上加壓力會使土體固結(jié)排水產(chǎn)生變形， 使試驗穩(wěn)定的周期加長，也會影響刺入變形的量測，無論是從試驗儀設(shè)備性能還是試驗時間上都是難以接受的。因此迫切需要新的試驗方法和思路，本發(fā)明人創(chuàng)造的新型試驗方法是采用逆向思維來模擬此試驗，即采用三軸試驗加載系統(tǒng)給防滲墻模型施加刺入位移，采用氣囊加壓模擬大壩的分層填筑，采用微型壓力盒量測墻端壓力，這樣可以較為準確得到不同上覆初始壓力(模擬大壩的分層填筑)下墻端壓力隨刺入變形發(fā)展變化規(guī)律，但現(xiàn)有技術(shù)中尚無現(xiàn)成的防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗裝置，能準確反映高土石壩和高土石圍堰施工過程中防滲墻墻端應(yīng)力隨刺入變形的發(fā)展規(guī)律。一種防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗裝置，包括有機玻璃桶、模型防滲墻，所述有機玻璃桶用于裝入土試樣，所述機玻璃桶的上部預(yù)留一定空間作為上覆壓力腔，上覆壓力腔中設(shè)置氣囊，所述模型防滲墻的底端插入土試樣，頂部與連接有百分表的加壓桿連接，模型防滲墻的底部埋入壓力傳感器，壓力傳感器通過導(dǎo)線與讀數(shù)儀連接。進一步的，所述有機玻璃桶的直徑為24. 4cm,高度為40cm，壁厚2. 5cm。[0008]進一步的，所述有機玻璃桶的上部設(shè)有頂盤，下部設(shè)有底盤，頂盤和底盤采用帶有螺紋的拉桿旋緊密封。進一步的，頂盤上設(shè)有供氣囊進氣口穿出的上覆壓力進出連接口。進一步的，所述壓力傳感器為微型土壓力盒，從微型土壓力盒引出的導(dǎo)線經(jīng)過變換器護套后，沿有機玻璃桶的邊壁走線從底部引出后接讀數(shù)儀。進一步的，所述的讀數(shù)儀為靜態(tài)應(yīng)變儀。進一步的，所述模型防滲墻采用圓柱形有機鋼化玻璃或長方體形木板制成。本實用新型采用三軸試驗加載系統(tǒng)給模型防滲墻施加刺入位移，采用氣囊加壓模擬大壩的分層填筑，采用壓力傳感器量測墻端壓力，這樣可以較為準確得到不同上覆初始壓力下墻端壓力隨刺入變形發(fā)展變化規(guī)律。本實用新型設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡潔、操作方便、完全滿足防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗要求。

圖I是本實用新型防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗裝置其中一個實施例的首丨J視圖;圖2是某工程墻端壓力與刺入變形關(guān)系的試驗曲線與采用本實用新型得到的擬合曲線。圖中1_加壓桿；2_百分表；3_拉桿；4_上覆壓力腔；5_變換器護套；6_導(dǎo)線； 7-壓力傳感器；8_讀數(shù)儀；9_上覆壓力進出口 ；10_螺絲；11-過渡層；12-土試樣；13_有機玻璃桶；14-砂墊層；15-底盤；16-模型防滲墻；17-頂盤。
具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。圖I所示為本實用新型防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗裝置其中一個實施例的剖視圖，所述防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗裝置包括有機玻璃桶13、模型防滲墻16、加載系統(tǒng)及荷載量測系統(tǒng)。本實施例中有機玻璃桶13的直徑為24. 4cm,高度為40cm，壁厚2. 5cm,桶體自上而下每隔6cm采用膠帶箍加固，可確保試驗過程中安全性及密封性，有機玻璃桶13的上部預(yù)留一定空間作為上覆壓力腔4。所述模型防滲墻16可采用圓柱形有機鋼化玻璃或長方體形木板制成，模型防滲墻16的頂部與所述加載系統(tǒng)連接，本實施例中所述加載系統(tǒng)為典型三軸試驗加載系統(tǒng)。具體的，模型防滲墻16的頂部與加壓桿I連接，百分表2與加壓桿I連接，用于量測加壓桿I 的位移，從而得到模型防滲墻16刺入土試樣12的變形量。模型防滲墻16的底部埋入壓力傳感器7，本實施例中所述壓力傳感器7為微型土壓力盒，從微型土壓力盒弓I出的導(dǎo)線6先通過變換器護套5以防被拉斷，然后導(dǎo)線6沿有機玻璃桶13的邊壁走線從底部引出后接讀數(shù)儀8,本實施例中所述讀數(shù)儀8為靜態(tài)應(yīng)變儀。所述有機玻璃桶13上部的上覆壓力腔4內(nèi)采用氣囊充入高壓氣體，其頂部設(shè)有上覆壓力進出口 9。[0022]采用本實用新型試驗裝置進行試驗的步驟具體如下I)首先將有機玻璃桶13放在底盤15上，周邊填上細砂墊層14，使模型底部平整。2)將土試樣分層裝入有機玻璃桶13中,控制土試樣在一定密度下進行擊實,擊實后采用細砂在土試樣12中間設(shè)置標志層，試驗每隔2cm設(shè)置一層標志層，土試樣12 —直裝到預(yù)定的高度。3)在土試樣12中心開一定深度的深槽，孔徑能將裝有微型土壓力盒的模型防滲墻16放入其中，并確保模型防滲墻16不偏位正好在土試樣12中心位置。然后在土樣上表面加上3cm的黃油過渡層11密封土樣，在其上留有氣囊。4)將有機玻璃桶13加上帶有反力桿的頂盤17，氣囊進氣口從頂盤17預(yù)留的上覆壓力進出口 9穿出。采用帶有螺紋的拉桿3連接頂盤17和底盤15，然后用螺絲10擰緊拉桿3以密封有機玻璃桶13，然后采用氣囊在土試樣12上加預(yù)定的上覆壓力，最后將整個模型靜置12小時后進行試驗。5)重復(fù)上述步驟，至不同上覆壓力下的試驗完成。附圖2為某工程墻端壓力與刺入變形的試驗曲線與采用本實用新型得到的擬合曲線，從圖中可以看出采用本試驗成果得到的擬合曲線與試驗曲線基本重合在一起，由此證明本新型試驗裝置是合理的。以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
權(quán)利要求1.一種防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗裝置，其特征在于包括有機玻璃桶(13)、模型防滲墻(16)，所述有機玻璃桶(13)用于裝入土試樣(12)，所述機玻璃桶(13)的上部預(yù)留一定空間作為上覆壓力腔(4)，上覆壓力腔(4)中設(shè)置氣囊，所述模型防滲墻(16) 的底端插入土試樣(12)，頂部與連接有百分表(2)的加壓桿(I)連接，模型防滲墻(16)的底部埋入壓力傳感器(7)，壓力傳感器(7)通過導(dǎo)線(6)與讀數(shù)儀(8)連接。
2.如權(quán)利要求I所述的防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗裝置，其特征在于所述有機玻璃桶(13)的直徑為24. 4cm,高度為40cm，壁厚2. 5cm。
3.如權(quán)利要求I或2所述的防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗裝置，其特征在于 所述有機玻璃桶(13)的上部設(shè)有頂盤(17)，下部設(shè)有底盤(15)，頂盤(17)和底盤(15)采用帶有螺紋的拉桿(3)旋緊密封。
4.如權(quán)利要求3所述的防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗裝置，其特征在于頂盤(17)上設(shè)有供氣囊進氣口穿出的上覆壓力進出連接口(9)。
5.如權(quán)利要求I所述的防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗裝置，其特征在于所述壓力傳感器(7)為微型土壓力盒，從微型土壓力盒引出的導(dǎo)線(6)經(jīng)過變換器護套(5)后， 沿有機玻璃桶(13)的邊壁走線從底部引出后接讀數(shù)儀(8)。
6.如權(quán)利要求I或5所述的防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗裝置，其特征在于 所述的讀數(shù)儀(8)為靜態(tài)應(yīng)變儀。
7.如權(quán)利要求I所述的防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗裝置，其特征在于所述模型防滲墻(16)采用圓柱形有機鋼化玻璃或長方體形木板制成。
專利摘要本實用新型提供一種防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗裝置，包括有機玻璃桶、模型防滲墻，所述有機玻璃桶用于裝入土試樣，所述機玻璃桶的上部預(yù)留一定空間作為上覆壓力腔，上覆壓力腔中設(shè)置氣囊，所述模型防滲墻的底端插入土試樣，頂部與連接有百分表的加壓桿連接，模型防滲墻的底部埋入壓力傳感器，壓力傳感器通過導(dǎo)線與讀數(shù)儀連接。本實用新型采用三軸試驗加載系統(tǒng)給模型防滲墻施加刺入位移，采用氣囊加壓模擬大壩的分層填筑，采用壓力傳感器量測墻端壓力，這樣可以較為準確得到不同上覆初始壓力下墻端壓力隨刺入變形發(fā)展變化規(guī)律。本實用新型設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡潔、操作方便、完全滿足防滲墻刺入土體變形的物理模型試驗要求。
文檔編號G01N3/00GK202351119SQ20112046965
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者徐晗, 徐言勇, 潘家軍, 程展林, 饒錫保, 黃斌 申請人:長江水利委員會長江科學(xué)院