一種土體扭轉(zhuǎn)剪切滲透試驗裝置及測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種土體扭轉(zhuǎn)剪切滲透試驗裝置，包括底座、內(nèi)疊環(huán)、外疊環(huán)、頂蓋、應力施加裝置和滲流加壓及測試系統(tǒng)。所述內(nèi)、外疊環(huán)分層疊放于底座上，所述內(nèi)疊環(huán)與外疊環(huán)之間形成一個用于制備空心圓柱土試樣的空心圓柱腔，所述內(nèi)、外疊環(huán)高度相同，所述頂蓋蓋在內(nèi)、外疊環(huán)的頂面，所述頂蓋上設置有用于傳遞豎向壓力和扭矩的傳力桿，所述底座還設置有與內(nèi)疊環(huán)圍成的內(nèi)腔相通的進水孔。本發(fā)明的圓柱形試樣與底座和頂蓋形成一個封閉的內(nèi)腔，內(nèi)腔進水施加滲透壓力，即使在產(chǎn)生大剪切變形時，也能避免在剪切的過程中出現(xiàn)邊界漏水的問題；可以在試驗容器中通過分層擊實制備達到原位壓實度的試樣，避免對試樣的擾動。
【專利說明】一種土體扭轉(zhuǎn)剪切滲透試驗裝置及測試方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于土體滲流試驗裝置領域，具體涉及一種土體扭轉(zhuǎn)剪切滲透試驗裝置及 測試方法。

【背景技術】
[0002] 傳統(tǒng)的滲流試驗裝置只能測定土體在不發(fā)生剪切變形條件下的滲透特性和滲透 破壞比降。而處于實際土工構筑物中的土體由于施工過程和工作應力狀態(tài)的不同，往往發(fā) 生了大的剪切變形。例如，高土石壩心墻與岸坡接觸部位往往發(fā)生大的剪切變形，該部位的 土體在大水力梯度作用下滲透破壞是造成土石壩滲透破壞事故的主要原因。因此，研究大 剪切變形條件下土體的滲流特性、尤其是滲透破壞比降的變化特性具有重要的工程實用價 值。
[0003] 在本發(fā)明之前，中國專利（CN101398355A)公開了一種在三軸剪切儀的基礎上改 造底座及頂帽的形狀及進排水管路的三軸滲透試驗裝置。該技術的缺點是水流容易繞過試 樣從試樣和橡皮膜的間隙滲出，同時需要將試樣置于三軸壓力室，試樣制備及試驗過程較 為復雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種簡單的土體扭轉(zhuǎn)剪切滲透試驗裝置及測試方 法，以實現(xiàn)測試土體在不同堅向固結壓力下和水平剪切應變下沿剪切面的滲透系數(shù)和抗?jié)B 透強度滲透破壞比降的試驗。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0006] 一種土體扭轉(zhuǎn)剪切滲透試驗裝置，包括底座、內(nèi)疊環(huán)、外疊環(huán)、頂蓋、應力施加裝置 和滲流加壓及測試系統(tǒng)，所述內(nèi)、外疊環(huán)分層疊放于底座上，所述內(nèi)疊環(huán)與外疊環(huán)之間形成 一個用于制備空心圓柱土試樣的空心圓柱腔，所述內(nèi)、外疊環(huán)高度相同，所述頂蓋蓋在內(nèi)、 外疊環(huán)的頂面，所述頂蓋上設置有用于傳遞堅向壓力和扭矩的傳力桿，所述底座還設置有 與內(nèi)疊環(huán)圍成的內(nèi)腔相通的進水孔，所述應力施加裝置通過傳力桿向土體試樣施加壓力和 扭矩，所述滲流加壓及測試系統(tǒng)利用進水孔對內(nèi)疊環(huán)圍成的內(nèi)腔進行滲流加壓。
[0007] 進一步，所述內(nèi)、外疊環(huán)的上表面設置有環(huán)形鍵槽，所述內(nèi)、外疊環(huán)的下表面設置 有可在環(huán)形鍵槽滑動的滑動鍵，所述滑動鍵與環(huán)形鍵槽的配合必須保證疊環(huán)上下重疊后不 發(fā)生脫離和水平錯位，所述滑動鍵還需高于環(huán)形鍵槽以使各層疊環(huán)的間隙可以透水，所述 內(nèi)、外疊環(huán)各自相鄰的上部疊環(huán)和下部疊環(huán)之間用銷釘連接以形成上部和下部的剪切盒從 而便于進行環(huán)向直接剪切試驗。
[0008] 進一步，所述底座的中心位置還設置有頂蓋定位柱，所述頂蓋上設置有中心定位 孔，所述頂蓋定位柱插入中心定位孔中。
[0009] 進一步，所述頂蓋和底座上均設置有用于封住空心圓柱腔上下端面和對空心圓柱 土試樣施加堅向固結力的空心圓柱凸臺結構。
[0010] 利用上述土體扭轉(zhuǎn)剪切滲透試驗裝置進行測試的方法，包括以下步驟：
[0011] (1)把內(nèi)、外疊環(huán)分層安裝于底座上，在試樣內(nèi)外側鋪設土工織物或濾紙作為反 濾；
[0012] (2)把土樣分層鋪筑在內(nèi)疊環(huán)和外疊環(huán)所形成的試樣容器內(nèi)，并按預定的壓實度 擊實，重復分層填筑至疊環(huán)頂；
[0013] ⑶安裝頂蓋，施加軸向壓力，并測定試樣的堅向變形；
[0014] (4)通過頂蓋對試樣施加扭轉(zhuǎn)剪切作用，測定試樣發(fā)生的剪切變形；
[0015] (5)通過底座上的進水孔在內(nèi)腔施加滲流壓力，測定試樣承受的水壓力和滲透流 量。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：圓柱形試樣與底座和頂蓋形成一個封閉的內(nèi)腔，內(nèi)腔進水 施加滲透壓力，即使在產(chǎn)生大剪切變形時，也能避免在剪切的過程中出現(xiàn)邊界漏水的問題； 可以在試驗容器中通過分層擊實制備達到原位壓實度的試樣，避免對試樣的擾動。
[0017] 本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并 且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可 以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和 獲得。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明作進 一步的詳細描述，其中：
[0019] 圖1是本發(fā)明提供的滲透試驗裝置的結構剖面圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明提供的底座結構圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明提供的頂蓋結構圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明提供的內(nèi)、外疊環(huán)結構圖。
[0023] 圖中：1·底座,2.頂蓋，3.外疊環(huán)，4.內(nèi)疊環(huán)，5. 土樣，6.進水孔，7.傳力桿，8.試 樣承臺，9.中柱，10.凸臺，11.中心定位孔，12.環(huán)形鍵槽，13.滑動鍵，14.銷釘孔。

【具體實施方式】
[0024] 以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。應當理解，優(yōu)選實施例 僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。
[0025] 如圖所示，一種土體扭轉(zhuǎn)剪切滲透試驗裝置，包括底座1、內(nèi)疊環(huán)4、外疊環(huán)3、頂蓋 2、應力施加裝置和滲流加壓及測試系統(tǒng)，所述內(nèi)、外疊環(huán)分層疊放于底座1上，所述內(nèi)疊環(huán) 與外疊環(huán)之間形成一個用于制備空心圓柱土試樣5的空心圓柱腔，所述內(nèi)、外疊環(huán)高度相 同，所述頂蓋蓋在內(nèi)、外疊環(huán)的頂面，所述頂蓋上設置有用于傳遞堅向壓力和扭矩的傳力桿 7,所述底座還設置有與內(nèi)疊環(huán)圍成的內(nèi)腔相通的進水孔6,所述應力施加裝置通過傳力桿 向土體試樣施加壓力和扭矩，所述滲流加壓及測試系統(tǒng)利用進水孔對內(nèi)疊環(huán)圍成的內(nèi)腔進 行滲流加壓。
[0026] 本實施例中，圓柱形試樣與底座和頂蓋形成一個封閉的內(nèi)腔，內(nèi)腔進水施加滲透 壓力，即使在產(chǎn)生大剪切變形時，也能避免在剪切的過程中出現(xiàn)邊界漏水的問題；可以在試 驗容器中通過分層擊實制備達到原位壓實度的試樣，避免對試樣的擾動。
[0027] 本實施例中，所述內(nèi)、外疊環(huán)的上表面設置有環(huán)形鍵槽12,所述內(nèi)、外疊環(huán)的下表 面設置有可在環(huán)形鍵槽滑動的滑動鍵13,所述滑動鍵與環(huán)形鍵槽的配合必須保證疊環(huán)上下 重疊后不發(fā)生脫離和水平錯位，所述滑動鍵還需高于環(huán)形鍵槽以使各層疊環(huán)的間隙可以透 水，所述內(nèi)、外疊環(huán)各自相鄰的上部疊環(huán)和下部疊環(huán)之間用銷釘連接以形成上部和下部的 剪切盒從而便于進行環(huán)向直接剪切試驗，本實施例中，滑動鍵與環(huán)形鍵槽的配合不但能使 疊環(huán)上下重疊不發(fā)生脫離和水平錯位，同時又能產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的位移，且疊環(huán)上設置有銷釘孔 14,任意層數(shù)的疊環(huán)均可用銷釘連接形成整體剪切盒，以實現(xiàn)環(huán)向直接剪切試驗。
[0028] 本實施例中，所述底座的中心位置還設置有頂蓋定位柱9,所述頂蓋上設置有中心 定位孔11，所述頂蓋定位柱插入中心定位孔中。本實施例的結構不但便于頂蓋的定位還有 助于頂蓋的旋轉(zhuǎn)。
[0029] 本實施例中，所述頂蓋和底座上均設置有用于封住空心圓柱腔上下端面和對空心 圓柱土試樣施加堅向固結力的空心圓柱凸臺結構。本實施例的空心圓柱凸臺結構包括設置 在底座上表面的空心圓柱形的試樣承臺8,以及在頂蓋下表面與試樣承臺8所對應的位置 的空心圓柱凸臺10。
[0030] 利用上述土體扭轉(zhuǎn)剪切滲透試驗裝置進行測試的方法，包括以下步驟：
[0031] (1)把內(nèi)、外疊環(huán)分層安裝于底座上，在試樣內(nèi)外側鋪設土工織物或濾紙作為反 濾；
[0032] (2)把土樣分層鋪筑在內(nèi)疊環(huán)和外疊環(huán)所形成的試樣容器內(nèi)，并按預定的壓實度 擊實，重復分層填筑至疊環(huán)頂；
[0033] (3)安裝頂蓋，施加軸向壓力，并測定試樣的堅向變形；
[0034] (4)通過頂蓋對試樣施加扭轉(zhuǎn)剪切作用，測定試樣發(fā)生的剪切變形；
[0035] (5)通過底座上的進水孔在內(nèi)腔施加滲流壓力，測定試樣承受的水壓力和滲透流 量。
[0036] 對于低壓力的滲透系數(shù)測試，進水孔可以和指定水頭的量管相連，可做常水頭或 變水頭的試驗。對于高壓力的滲透試驗或滲透破壞試驗，進水孔可以與人工壓力源相連，并 通過流量計測定滲透量，或通過壓力體積控制器施加壓力，并測定流量。步驟（4)和（5)可 以根據(jù)試驗要求顛倒次序，或同時進行。
[0037] 最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較 佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技 術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明 的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1. 一種土體扭轉(zhuǎn)剪切滲透試驗裝置，其特征在于：包括底座、內(nèi)疊環(huán)、外疊環(huán)、頂蓋、應 力施加裝置和滲流加壓及測試系統(tǒng)，所述內(nèi)、外疊環(huán)分層疊放于底座上，所述內(nèi)疊環(huán)與外疊 環(huán)之間形成一個用于制備空心圓柱土試樣的空心圓柱腔，所述內(nèi)、外疊環(huán)高度相同，所述頂 蓋蓋在內(nèi)、外疊環(huán)的頂面，所述頂蓋上設置有用于傳遞堅向壓力和扭矩的傳力桿，所述底座 還設置有與內(nèi)疊環(huán)圍成的內(nèi)腔相通的進水孔，所述應力施加裝置通過傳力桿向土體試樣施 加壓力和扭矩，所述滲流加壓及測試系統(tǒng)利用進水孔對內(nèi)疊環(huán)圍成的內(nèi)腔進行滲流加壓。
2. 根據(jù)權利要求1所述的土體扭轉(zhuǎn)剪切滲透試驗裝置，其特征在于：所述內(nèi)、外疊環(huán)的 上表面設置有環(huán)形鍵槽，所述內(nèi)、外疊環(huán)的下表面設置有可在環(huán)形鍵槽滑動的滑動鍵，所述 滑動鍵與環(huán)形鍵槽的配合必須保證疊環(huán)上下重疊后不發(fā)生脫離和水平錯位，所述滑動鍵還 需高于環(huán)形鍵槽以使各層疊環(huán)的間隙可以透水，所述內(nèi)、外疊環(huán)各自相鄰的上部疊環(huán)和下 部疊環(huán)之間用銷釘連接以形成上部和下部的剪切盒從而便于進行環(huán)向直接剪切試驗。
3. 根據(jù)權利要求1所述的土體扭轉(zhuǎn)剪切滲透試驗裝置，其特征在于：所述底座的中心 位置還設置有頂蓋定位柱，所述頂蓋上設置有中心定位孔，所述頂蓋定位柱插入中心定位 孔中。
4. 根據(jù)權利要求1所述的土體扭轉(zhuǎn)剪切滲透試驗裝置，其特征在于：所述頂蓋和底座 上均設置有用于封住空心圓柱腔上下端面和對空心圓柱土試樣施加堅向固結力的空心圓 柱凸臺結構。
5. 利用權利要求1到4任一所述的土體扭轉(zhuǎn)剪切滲透試驗裝置進行測試的方法，其特 征在于：包括以下步驟： (1) 把內(nèi)、外疊環(huán)分層安裝于底座上，在試樣內(nèi)外側鋪設土工織物或濾紙作為反濾； (2) 把土樣分層鋪筑在內(nèi)疊環(huán)和外疊環(huán)所形成的試樣容器內(nèi)，并按預定的壓實度擊實， 重復分層填筑至疊環(huán)頂； (3) 安裝頂蓋，施加軸向壓力，并測定試樣的堅向變形； (4) 通過頂蓋對試樣施加扭轉(zhuǎn)剪切作用，測定試樣發(fā)生的剪切變形； (5) 通過底座上的進水孔在內(nèi)腔施加滲流壓力，測定試樣承受的水壓力和滲透流量。
【文檔編號】G01N15/08GK104142277SQ201410389259
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權日:2014年8月8日
【發(fā)明者】王剛, 魏星 申請人:重慶大學