適用于土體水平接觸面剪切變形的水平滲透儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種研宄土體內(nèi)部或土體與結(jié)構(gòu)物接觸面發(fā)生剪切變形情況下的滲流特性和接觸面沖刷破壞的滲透儀器，屬于巖土工程試驗(yàn)研宄領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在巖土工程中，土體是構(gòu)筑物的組成物質(zhì)或者作為結(jié)構(gòu)物的地基。土體具有滲透性，遇水時(shí)可能發(fā)生各種類型的滲透破壞。不同土層之間或者土體與結(jié)構(gòu)物之間的接觸面是最易發(fā)生滲透破壞的部位。單層土的滲透性和滲透破壞可以通過現(xiàn)有普遍采用的常規(guī)滲透儀測(cè)量，但接觸面的滲流特性必須通過專門的滲透儀測(cè)定。特別是當(dāng)土體受到剪切應(yīng)力作用、剪切面上發(fā)生剪切變形時(shí)接觸面的滲流特性測(cè)量以及接觸沖刷破壞的研宄更需要設(shè)計(jì)專門的儀器設(shè)備開展。同時(shí)，對(duì)于工程中常用的粗粒土，常規(guī)尺寸的儀器很難滿足顆粒粒徑對(duì)儀器尺寸的要求。因此，對(duì)粗顆粒土，需要采用大尺寸儀器設(shè)備開展試驗(yàn)。本發(fā)明涉及的滲透儀就是為了開展粗粒土以及粗粒土與結(jié)構(gòu)物接觸面發(fā)生剪切變形情況下的滲流特性以及接觸沖刷破壞的研宄，以滿足實(shí)際工程設(shè)計(jì)及接觸面滲透和滲透破壞特性研宄的需要。
[0003]目前用于能夠?qū)崿F(xiàn)在剪切變形的同時(shí)進(jìn)行滲透試驗(yàn)的儀器，絕大多數(shù)是在傳統(tǒng)的三軸滲透儀的基礎(chǔ)上改進(jìn)成的豎向滲透儀，這些滲透儀的水流方向都是垂直于土層的層面方向。雷紅軍等于《巖土力學(xué)》2011，32 (4)發(fā)表的黏土-結(jié)構(gòu)接觸面大剪切變形后滲流特性試驗(yàn)研宄，所用三軸豎向滲透儀就是由傳統(tǒng)的三軸滲透儀改造成的滲透儀。試驗(yàn)中的試樣為圓柱形，水流方向?yàn)樨Q向，通過給底端裝有彈簧的混凝土板加載，使之與周圍土體發(fā)生剪切變形后實(shí)現(xiàn)滲透試驗(yàn)。中國(guó)發(fā)明專利(專利號(hào):201110231174.6)公開的用于高應(yīng)力高水力梯度大剪切變形下土體與結(jié)構(gòu)物接觸滲透儀，與雷紅軍等試驗(yàn)使用的滲透儀類似，也是由傳統(tǒng)的三軸滲透儀改造而成，利用三軸壓力室對(duì)試樣施加圍壓和軸向壓力，使土體和防滲墻之間發(fā)生一定的剪切變形，并在試樣的上下兩端實(shí)現(xiàn)了高水頭差的施加。此儀器主要用于研宄高土石壩心墻粘性土或高塑性粘土與混凝土防滲墻接觸面的滲透破壞機(jī)理。上述兩個(gè)儀器比較類似，都只適用于覆蓋層中豎向防滲墻在受力后與地基土體之間發(fā)生相對(duì)位移情況下接觸面豎向滲流的情況，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)水平成層的多層地基或者地基與基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)物水平接觸面發(fā)生剪切變形時(shí)的滲流模擬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有研宄土體接觸面剪切變形滲流特性的滲透儀的技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的是提供一種適用于研宄土體水平接觸面剪切變形下水平滲透的儀器，以解決現(xiàn)有技術(shù)的滲透儀不能實(shí)現(xiàn)對(duì)土體內(nèi)不同水平接觸面或土體與結(jié)構(gòu)物水平接觸面在剪切變形情況下的水平滲流特性以及水平接觸面沖刷破壞進(jìn)行研宄的問題。
[0005]本發(fā)明提供的適用于土體水平接觸面剪切變形的水平滲透儀，其構(gòu)成包括支架、設(shè)置在支架上的試驗(yàn)箱、位于試驗(yàn)箱內(nèi)的試樣室、設(shè)置在試驗(yàn)箱頂板上的豎向加壓油缸、設(shè)置在試驗(yàn)箱一側(cè)板上的橫向加壓油缸、沿橫向加壓油缸活塞作用方向設(shè)置在試樣室外兩端的進(jìn)水室和出水室；所述試驗(yàn)箱由外底板、外頂板和外側(cè)板固定聯(lián)結(jié)構(gòu)成，其中外頂板與外側(cè)板為可拆卸固定聯(lián)結(jié)，出水口端外側(cè)板為多孔結(jié)構(gòu)板，所述出水室由該外側(cè)板和安置在該外側(cè)板外的室殼構(gòu)成；所述試樣室由內(nèi)頂板、內(nèi)側(cè)板和內(nèi)底板構(gòu)成，其中內(nèi)頂板可豎向移動(dòng)，其四周端面與構(gòu)成試驗(yàn)箱的外側(cè)板板面滑動(dòng)配合，豎向加壓油缸的活塞通過作用于該內(nèi)頂板對(duì)試樣施加豎向載荷，位于進(jìn)水口端一側(cè)的內(nèi)側(cè)板與同側(cè)的外側(cè)板間隔一距離設(shè)置，內(nèi)外兩側(cè)板之間的空間構(gòu)成進(jìn)水室，內(nèi)底板和其他內(nèi)側(cè)板設(shè)置在相同方位的構(gòu)成試驗(yàn)箱的外底板和其他外側(cè)板上，位于進(jìn)水口端和出水口端的內(nèi)側(cè)板為孔格結(jié)構(gòu)板，其中位于進(jìn)水口端一側(cè)的內(nèi)側(cè)板由可橫向移動(dòng)的上部?jī)?nèi)側(cè)板和固定的下部?jī)?nèi)側(cè)板構(gòu)成，上下兩部分內(nèi)側(cè)板的接觸面稍高于土體試樣水平接觸面，橫向加壓油缸的活塞通過作用于該可橫向移動(dòng)的上部?jī)?nèi)側(cè)板對(duì)試樣施加橫向剪切載荷；在外側(cè)板和內(nèi)側(cè)板對(duì)應(yīng)位置上設(shè)計(jì)若干用于測(cè)量土體試樣內(nèi)滲透水壓力的測(cè)壓孔。
[0006]在本發(fā)明上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，為了實(shí)現(xiàn)更好的技術(shù)效果，本發(fā)明還可進(jìn)一步采取以下技術(shù)措施。
[0007]在本發(fā)明中，最好在試樣室滲透水進(jìn)口端多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)板與土體試樣之間鋪設(shè)透水土工布，即在包括可橫向移動(dòng)的上部?jī)?nèi)側(cè)板和固定的下部?jī)?nèi)側(cè)板在內(nèi)的多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)板與土體試樣之間鋪設(shè)透水土工布。在內(nèi)側(cè)板與土體試樣之間鋪設(shè)透水土工布，一方面能使?jié)B透水壓力均勻地作用在土體試樣進(jìn)口端面，另一方面可防止土樣的細(xì)小顆粒進(jìn)入進(jìn)水室。
[0008]在本發(fā)明中，最好在試樣室滲透水出口端的多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)板與土體試樣之間設(shè)置多孔泡沫和土工布，但在土體試樣水平接觸面對(duì)應(yīng)不大的范圍內(nèi)不設(shè)置土工布，允許細(xì)顆粒通過該范圍流出，允許滲透破壞的發(fā)生。土體試樣與出口端的多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)板之間設(shè)置多孔泡沫，由于多孔泡沫具有很高的壓縮性，在起到反濾作用的同時(shí)，允許試樣產(chǎn)生較大的剪切變形。
[0009]在本發(fā)明中，為了控制進(jìn)水室內(nèi)的滲水壓力，進(jìn)水室上一般設(shè)計(jì)有測(cè)量水壓的水壓力表，水壓力表最好設(shè)置在進(jìn)水室的進(jìn)水管上。
[0010]在本發(fā)明中，豎向加壓油缸和橫向加壓油缸的活塞的端面最好固定有面積大于活塞端面積的擴(kuò)面降壓板，用于降低其作用于試樣室內(nèi)頂板上的壓強(qiáng)。
[0011]在本發(fā)明中，為了保證能夠?qū)ν馏w試樣水平接觸面實(shí)施剪切，橫向加壓油缸活塞端面固定的所述擴(kuò)面降壓板，其下邊緣需高于所述可橫向移動(dòng)的上部?jī)?nèi)側(cè)板和固定的下部?jī)?nèi)側(cè)板接觸面。
[0012]在本發(fā)明中，最好在土體試樣水平分層剪切面對(duì)應(yīng)方位的內(nèi)側(cè)板和外側(cè)板板面上設(shè)計(jì)若干用于安裝測(cè)量土體試樣內(nèi)滲透水壓力表的測(cè)壓孔。
[0013]在本發(fā)明中，豎向加壓油缸和橫向加壓油缸上分別設(shè)計(jì)有測(cè)量活塞位移量的位移計(jì)和測(cè)量油壓的油壓表。
[0014]在本發(fā)明中，構(gòu)成試樣室的內(nèi)頂板四周端面與構(gòu)成試驗(yàn)箱的外側(cè)板板面之間須嵌入密封條，以保證試樣室內(nèi)的滲透水壓力。
[0015]在本發(fā)明中，所述試驗(yàn)箱和所述試樣室可設(shè)計(jì)成橫向加壓油缸活塞作用方向尺寸大于其他方向尺寸的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，在試驗(yàn)箱頂板上安裝2個(gè)豎向加壓油缸。
[0016]在本發(fā)明中，將試樣室滲透水進(jìn)口端的所述內(nèi)側(cè)板設(shè)計(jì)為多孔結(jié)構(gòu)板，有利于滲透水均勻地進(jìn)入土體試樣，將試樣室滲透水出口端的所述內(nèi)側(cè)板和試驗(yàn)箱外側(cè)板設(shè)計(jì)為多孔結(jié)構(gòu)板，有利于滲透水順利地流出試樣。
[0017]本發(fā)明提供的適用于土體水平接觸面剪切變形的水平滲透儀，完全能夠模擬地基成層土或土體與結(jié)構(gòu)物接觸面的水平滲流，水流邊界條件明確，便于計(jì)算土樣內(nèi)的各種水力要素。同時(shí)，試樣的豎向和水平方向可以分別獨(dú)立地施加豎向壓力和水平推力，可方便地實(shí)現(xiàn)在各種應(yīng)力組合情況下試樣發(fā)生剪切變形后的滲透試驗(yàn)。在剪切面上設(shè)計(jì)有測(cè)量滲透水壓力的測(cè)壓管孔，在測(cè)壓管孔內(nèi)安裝壓力傳感器或其他壓力計(jì)，以測(cè)量試驗(yàn)過程中試樣剪切面的水壓力變化，從而計(jì)算各點(diǎn)的水頭、水力坡降等水力要素。利用本發(fā)明的水平滲透儀能夠測(cè)定成層土體的水平滲透系數(shù)，并能研宄土層之間或土層與結(jié)構(gòu)接觸面發(fā)生較大剪切變形時(shí)的滲流特性。試樣室出口側(cè)壁為多孔板，能夠允許細(xì)小顆粒流出，因此，此儀器還可用于測(cè)定土層之間或土層與結(jié)構(gòu)接觸面發(fā)生接觸沖刷的臨界坡降，研宄接觸面在發(fā)生較大剪切變形時(shí)的抗?jié)B性能及機(jī)理。
[0018]本發(fā)明提供的適用于土體水平接觸面剪切變形的水平滲透儀，試樣采用長(zhǎng)方體試樣，滲透水滲流方向是水平的，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)試樣施加豎向壓力、在試樣土層產(chǎn)生豎向應(yīng)力的同時(shí)，對(duì)土體試樣接觸面施加橫向剪切力，使之發(fā)生較大的剪切變形，進(jìn)行滲透試驗(yàn)，開展接觸面滲流和滲透破壞特性的研宄。本發(fā)明的水平滲透儀解決了目前用于剪切變形滲透試驗(yàn)的滲透儀器，都只能用于研宄豎向防滲墻受力后與地基土體之間發(fā)生相對(duì)位移情況下接觸面豎向滲流，無法模擬水平成層的多層地基或者地基與基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)物水平接觸面發(fā)生剪切變形時(shí)的滲流，無法對(duì)水平成層的多層地基或者地基與基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)物水平接觸面發(fā)生剪切變形的情況下進(jìn)行滲透特性和滲透破壞機(jī)理研宄的問題。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的水平滲透儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是圖1中A-A向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中各標(biāo)注符號(hào)標(biāo)識(shí)對(duì)象分別為:1_試樣室；2_進(jìn)水管；3_水壓力表；4_進(jìn)水口端外側(cè)板；5_進(jìn)水室；6_可橫向移動(dòng)的上部?jī)?nèi)側(cè)板；7_固定的下部?jī)?nèi)側(cè)板；8_出水口端內(nèi)側(cè)板；9_出水口端外側(cè)板；10_出水室；11_出水管口 ；12_外頂板；13_橡膠圈；14_密封條；
15-內(nèi)頂板；16-測(cè)壓孔；17-土體接觸面；18-外底板；19_支架；20_豎向加壓油缸；21_豎向加壓油缸進(jìn)油管；22_豎向加壓油缸回油管；23_豎向加壓油缸油壓表；24_豎向加壓油缸活塞豎向位移計(jì)；25_水平加壓油缸；26_水平加壓油缸進(jìn)油管；27_水平加壓油缸回油管；28_水平加壓油缸油壓表；29_水平加壓油缸油活塞位移計(jì)；30_放空出口。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合【附圖說明】給出本發(fā)明的實(shí)施例，并通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，以便于更加容易地理解本發(fā)明。但需要特別指出的是，本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】不限于下面實(shí)施例所描述的形式，所屬領(lǐng)域