一種測(cè)量尾礦材料力學(xué)性質(zhì)的三軸流變實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量尾礦材料力學(xué)性質(zhì)的三軸流變實(shí)驗(yàn)裝置，屬于礦山巖土工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代土木工程愈來(lái)愈多樣化、復(fù)雜化、大型化，對(duì)巖土工程學(xué)科提出了更高的要求。雖然土力學(xué)經(jīng)過(guò)近百年的發(fā)展，已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。許多理論還是沿用了連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論，沒(méi)能很好地解決實(shí)際工程問(wèn)題，因此考慮土體多孔介質(zhì)特性，開(kāi)展相關(guān)力學(xué)理論的研究很為必要。另外由于土體的復(fù)雜性，抗剪強(qiáng)度參數(shù)取值和一些土壓力計(jì)算方法出現(xiàn)多樣性，不能選取準(zhǔn)確的參數(shù)和計(jì)算方法會(huì)造成安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失，因此通過(guò)考慮土體本身的特性，研究這些抗剪強(qiáng)度指標(biāo)之間的關(guān)系以及土壓力計(jì)算方法差異的原因尤為迫切。本文研究了不固結(jié)不排水、固結(jié)不排水和固結(jié)排水三種不同的強(qiáng)度指標(biāo)，并通過(guò)考慮物理性質(zhì)指標(biāo)，探索了三種參數(shù)之間的大小和關(guān)系。為工程中選用參數(shù)時(shí)提供參考。基于土的物理指標(biāo)一一孔隙率，提出了新的有效應(yīng)力原理，并推導(dǎo)了考慮孔隙率的II 1t固結(jié)方程，使公式更符合土的實(shí)際情況。基于土的物理指標(biāo)一一滲透系數(shù)，提出了新的水-土計(jì)算方法。這使土壓力的計(jì)算公式更為合理?；谕恋奈锢硇再|(zhì)，開(kāi)展相關(guān)力學(xué)性質(zhì)和理論研究，不僅具有很高的理論意義，也有很大的工程應(yīng)用前景。
[0003]尾礦庫(kù)是礦山企業(yè)最大的環(huán)境保護(hù)工程項(xiàng)目?？梢苑乐刮驳V向江、河、湖、海沙漠及草原等處任意排放。一個(gè)礦山的選礦廠只要有尾礦產(chǎn)生，就必須建有尾礦庫(kù)。所以說(shuō)尾礦庫(kù)是礦山選礦廠生產(chǎn)必不可少的組成部分。尾礦壩作為整個(gè)礦山企業(yè)最大的人造危險(xiǎn)源，其安全性對(duì)礦區(qū)人民的生命、財(cái)產(chǎn)以及社會(huì)的安全穩(wěn)定造成了嚴(yán)重影響，引起了社會(huì)各界的高度重視。但由于外界環(huán)境的干擾性、傳感器的局限性、監(jiān)測(cè)手段的不完善性以及壩體結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化性等因素的影響，使得監(jiān)測(cè)信息和風(fēng)險(xiǎn)模態(tài)信息常常是不完備的，且具有隨機(jī)、模糊、不完整等不確定性，進(jìn)而造成了兩者間映射關(guān)系的復(fù)雜多變性，嚴(yán)重制約了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的評(píng)估功效。因此，如何對(duì)壩體的監(jiān)測(cè)信息和風(fēng)險(xiǎn)模態(tài)信息進(jìn)行不確定性分析，建立兩者間的復(fù)雜多變性映射關(guān)系是解決評(píng)估效果差、評(píng)估難問(wèn)題的關(guān)鍵。
[0004]所以本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種測(cè)量尾礦材料力學(xué)性質(zhì)的三軸流變實(shí)驗(yàn)裝置，本裝置可模擬在各種情況下，開(kāi)展恒定圍壓、軸壓和非恒定圍壓、非恒定軸壓下的流變實(shí)驗(yàn)；同時(shí)，可以開(kāi)展“排水”和“不排水”條件下尾礦材料的三軸流變實(shí)驗(yàn)。另外，本裝置通過(guò)豎直隔水板裝置，把充水容腔分為兩個(gè)部分，容腔一邊連接加壓活塞，另一遍連接土樣，靠加壓活塞給水體施加壓力，水壓和大氣壓力把水壓向土樣，以保持或增大圍壓。這樣獲得的壓力更加“安全”、“穩(wěn)定”、“持久”，且能節(jié)省大量水資源。因此，本實(shí)用新型裝置不僅節(jié)省水資源，還大大提高了所測(cè)尾礦材料流變參數(shù)的可靠性和準(zhǔn)確性。從而為礦山尾礦壩壩體的穩(wěn)定性研究提供更可靠的流變參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型提供一種測(cè)量尾礦材料力學(xué)性質(zhì)的三軸流變實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置可以針對(duì)礦山尾礦壩的尾礦材料及土樣開(kāi)展室內(nèi)的三軸流變實(shí)驗(yàn)研究，以獲取更接近于土體實(shí)際的力學(xué)特性，也可通過(guò)此裝置尋找到土樣中的相對(duì)弱面，測(cè)得相對(duì)弱面的強(qiáng)度值，以更準(zhǔn)確的獲取土體的流變力學(xué)參數(shù)。
[0006]本實(shí)用新型所述三軸流變實(shí)驗(yàn)裝置，包括壓力桿1、加壓板2、固定橡皮塞3、上部承壓鋼筒4、上隔水板5、豎直隔水板6、承壓板7、加壓活塞8、加壓桿9、橡皮膜10、加密鐵絲網(wǎng)11、下隔水板12、孔隙水排水連接管13、排水管釘14、測(cè)壓管釘15、孔隙水測(cè)壓連接管16、注水管釘17、圍壓測(cè)壓管18、排水管19、孔隙水排水管20、注水管21、孔隙水測(cè)壓管22、容器底板23，壓力桿1依次穿過(guò)加壓板2、上部承壓鋼筒4與承壓板7連接；加壓板2上對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)加壓桿9，兩個(gè)加壓桿9均穿過(guò)上部承壓鋼筒4與加壓活塞8連接；上部承壓鋼筒4的內(nèi)部設(shè)有豎直隔水板6，豎直隔水板6與上部承壓鋼筒4的頂部相連，與下部承壓鋼筒25的底部相離；加壓活塞8鑲嵌于上部承壓鋼筒4與豎直隔水板6之間，將上部承壓鋼筒4與豎直隔水板6之間的間隙分隔為加壓容腔29和充水容腔30 ;上部承壓鋼筒4和下部承壓鋼筒25可拆卸連接，下部承壓鋼筒25位于容器底板23上；橡皮膜10的上端固定有上隔水板5，下端固定有下隔水板12，承壓板7位于上隔水板5的上面，橡皮膜10的下面固定在下部承壓鋼筒25上，橡皮膜10位于豎直隔水板6內(nèi)部；下部承壓鋼筒25的底部與圍壓測(cè)壓管18、排水管19、注水管21連通，孔隙水排水管20、孔隙水測(cè)壓管22穿過(guò)下部承壓鋼筒25與橡皮膜10連通；圍壓測(cè)壓管18和孔隙水測(cè)壓管22上均設(shè)有壓力表28。
[0007]本實(shí)用新型所述三軸流變實(shí)驗(yàn)裝置還包括加壓裝置，加壓裝置包括氣壓輸入口I 33、氣壓輸入口 II 34、玻璃罩I 35、玻璃罩II 36、液壓隔水板I 37、液壓隔水板II 38，玻璃罩I 35位于玻璃罩II 36的內(nèi)部，玻璃罩I 35的上端設(shè)有氣壓輸入口 I 33，玻璃罩II 36的上端設(shè)有氣壓輸入口 II 34 ;玻璃罩I 35的內(nèi)部設(shè)有液壓隔水板I 37，在壓力作用下液壓隔水板I 37可沿玻璃罩I 35的內(nèi)壁上下滑動(dòng)，液壓隔水板I 37與壓力桿1的上端接觸；玻璃罩II 36的內(nèi)部設(shè)有液壓隔水板II 38，在壓力作用下液壓隔水板II 38可沿玻璃罩II 36的內(nèi)壁上下滑動(dòng)，玻璃罩II 36與加壓板2接觸。
[0008]本實(shí)用新型所述加壓桿9、壓力桿1與上部承壓鋼筒4通過(guò)固定橡皮塞3連接。
[0009]本實(shí)用新型所述上部承壓鋼筒4和下部承壓鋼筒25連接處設(shè)有隔水塞26 ;排水管19、注水管21、孔隙水排水管20上均設(shè)有閥門27。
[0010]本實(shí)用新型所述下部承壓鋼筒25的底部為加密鐵絲網(wǎng)11。
[0011]本實(shí)用新型所述孔隙水排水連接管13與孔隙水排水管20相連，排水管釘14與排水管19相連，測(cè)壓管釘15與圍壓測(cè)壓管18相連，孔隙水測(cè)壓連接管16與孔隙水測(cè)壓管22相連，注水管釘17與注水管21相連；排水管19穿過(guò)隔水板排水口 31與排水管釘14相連、孔隙水測(cè)壓連接管16穿過(guò)隔水板測(cè)壓口 32與孔隙水測(cè)壓管22相連；注水管釘17、排水管釘14和測(cè)壓管釘15，三個(gè)管釘?shù)南虏砍省凹鉅睢苯Y(jié)構(gòu)，管釘長(zhǎng)度超出下部承壓鋼筒25。
[0012]本實(shí)用新型所述上隔水板5、承壓板7、橡皮膜10、下隔水板12、排水管釘14、測(cè)壓管釘15、注水管釘17、下部承壓鋼筒25等組成試樣容器裝置。在試樣容器裝置的下部承壓鋼筒25設(shè)置了凹凸槽，以便在流變實(shí)驗(yàn)過(guò)程中固定橡皮膜10，防止橡皮膜10的滑動(dòng)；另夕卜，在下部承壓鋼筒25的底部設(shè)置了注水管釘17，排水管釘14，測(cè)壓管釘15，三個(gè)管釘固定于下部承壓鋼筒25上，三個(gè)管釘?shù)南虏砍省凹鉅睢苯Y(jié)構(gòu)且“長(zhǎng)出”下部承壓鋼筒25，同時(shí)注水管釘17，排水管釘14，測(cè)壓管釘15都是各自連通的，注水管釘17，排水管釘14，測(cè)壓管釘15的作用在于:第一，能測(cè)定充水容腔30中的水壓并進(jìn)行充、放水；第二，三個(gè)管釘?shù)南虏俊伴L(zhǎng)出”承壓鋼筒16的目的在于保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注水管釘17，排水管釘14，測(cè)壓管釘15不脫離容器底板23的連通孔，以防止充水容腔30的水滲出；第三，三個(gè)管釘?shù)南虏砍省凹鉅睢苯Y(jié)構(gòu)的目的是為了在安裝橡皮膜10時(shí)，便于戳破與注水管釘17，排水管釘14，測(cè)壓管釘15位置相對(duì)應(yīng)的橡皮膜10，以便于與下部容器底板23連通。
[0013]本實(shí)用新型所述加壓板2、上部承壓鋼筒4、豎直隔水板6、加壓活塞8、加壓容腔29、充水容腔30等組成水加壓裝置；加壓板2中間開(kāi)一個(gè)小孔，可讓壓力桿1和玻璃罩II 35無(wú)摩擦通過(guò)；實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先，從施壓裝置獲得壓力，從而推動(dòng)加壓板2，然后，由加壓板2帶動(dòng)加壓活塞8對(duì)上部承壓鋼筒4、下部承壓鋼筒25中的水進(jìn)行壓縮，使水體在壓力下繞過(guò)豎直隔水板6，并且充滿土樣周圍的空間，隨著加壓板2上壓力的增大，圍壓相應(yīng)增大從而對(duì)三軸流變實(shí)驗(yàn)施加不同壓力的穩(wěn)定圍壓。
[0014]本實(shí)用新型所述壓力桿1、上隔水板5、承壓板7等組成軸向加載裝置；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，先將上隔水板5放于實(shí)驗(yàn)的土樣上，之后將承壓板7放置于上隔水板9之上，最后將壓力桿1穿過(guò)上部承壓鋼筒4和加壓桿1的預(yù)留孔并與承壓板13連接起來(lái)，然后從施壓裝置獲得壓力，從而推動(dòng)壓力桿1。本裝置是通過(guò)對(duì)壓力桿對(duì)土樣施加不同的穩(wěn)定軸壓。
[0015]本實(shí)用新型所述隔水板測(cè)壓口 32、氣壓輸入口 I 33、氣壓輸入口 II 34、玻璃罩
I35、玻璃罩II 36等組成施壓裝置。首先，從氣壓輸入口 I 33玻璃罩I 35內(nèi)壓入氣體，使得其內(nèi)部油品內(nèi)壓增大從而使液壓隔水板II 38推動(dòng)壓力桿1 ;其中液壓隔水板II 38和液壓隔水板I 39兩端設(shè)計(jì)為“T”型，并且兩端與玻璃罩緊密接觸，可以用來(lái)穩(wěn)固壓力桿1和加壓板2，還可以在推動(dòng)液壓隔水板II 38和液壓隔水板I 39時(shí)防止油品滲出。
[0016]本實(shí)用新型所述固定橡皮塞3、加密鐵絲網(wǎng)11、下隔水板12、圍壓測(cè)壓管18、排水管19、孔隙水排水管20、注水管21、孔隙水測(cè)壓管2