一種飽和土滲流與蠕變耦合三軸試驗裝置的製作方法
2023-11-04 07:00:37 1
本實用新型涉及土工試驗領域，尤其涉及到一種飽和土滲流與蠕變耦合三軸試驗裝置。
背景技術：
水庫在蓄水和運營過程中，庫水長期反覆大幅度漲落加劇了庫岸滑坡災害的發生。有監測數據表明隨庫水位周期性漲落，滑坡體地下水隨之呈周期性升降，滑坡位移變形速率隨庫水位下降而增大，隨庫水位上升而減小；在庫水位和地下水位穩定不變期間，滑坡變形仍持續緩慢增加。說明滑坡變形發展過程不僅與庫水位變動產生的滲流場有關，還與蠕變效應有關。然而滲流與蠕變又相互影響，滲流場產生應力場，應力場使土體產生蠕變，土體的變形反過來又影響滲流場。所以水庫滑坡變形機制十分複雜，但從國內外研究資料來看，水庫滑坡動力演化過程中的滲流和蠕變耦合效應迄今尚未被引起關注。
當前，國內外許多學者單獨針對土體滲流和土體蠕變試驗及理論做了大量的研究，但幾乎很少有學者注意到土體滲流與蠕變耦合效應。為揭示土體滲流與蠕變耦合效應，首先應開展滲流與蠕變耦合試驗研究，通過試驗揭示滲流與蠕變相互作用機理，建立滲流與蠕變耦合數學模型，進而開展滲流與蠕變耦合作用下的土體滲流場、應力場及位移場計算分析。然而，目前市面上還未發現土體滲流與蠕變耦合的試驗設備，為此，本實用新型研發了一種飽和土滲流與蠕變耦合三軸試驗裝置及其試驗方法。
技術實現要素：
本實用新型所需解決的技術問題是提供一種飽和土滲流蠕變耦合試驗裝置，可以同時進行飽和土滲流和蠕變試驗，提供一種飽和土滲流蠕變耦合試驗方法。
為了解決上述技術問題，本實用新型提出以下技術方案：一種飽和土滲流與蠕變耦合三軸試驗裝置，其特徵在於：它包括圍壓和體變測量單元、軸壓施加單元、軸向位移傳感器、滲透壓施加單元、滲流量測量單元、雙壓力室、孔隙水壓力傳感器、數據採集單元、供水單元和供氣單元。
所述圍壓和體變測量單元、軸壓施加單元和滲透壓施加單元分別與雙壓力室相連，對土樣施加設定的圍壓、軸力和滲透壓。
所述圍壓和體變測量單元、軸向位移傳感器、滲流量測量單元和孔隙水壓力傳感器分別於雙壓力室相連，對土樣試驗過程中的體積變化、軸向位移、滲流量和孔隙水壓力實時測量。
所述圍壓和體變測量單元、軸向位移測量單元、滲流量測量單元和孔隙水壓力傳感器分別於數據採集單元連接，對試驗過程中試樣體積變化、軸向位移、滲流量和孔隙水壓力值進行實時採集。
所述供水單元分別與雙壓力室和滲透壓施加單元相連，對其提供水源。
所述供氣單元分別與圍壓和體變測量單、滲透壓施加單元和供水單元相連，對其提供氣壓。
所述每聯圍壓和體變測量單元包括注水管，所述注水管的底部連接有第二三通管，所述第二三通管的另兩個出口分別連接有第一三通閥和第二三通閥，所述第一三通管的另兩個出口分別連接有大量程圍壓管和第二三通閥，所述第二三通閥的另兩個出口分別與第二三通閥和小量程圍壓管相連，所述第二三通閥的另一個出口與第一壓差傳感器相連，所述大量程圍壓管的底端同時與第一三通管相連，所述第一三通管的另兩個出口分別與第一壓差傳感器和第一調壓閥相連。
所述的每聯滲透壓施加單元包括小水箱、第二調壓閥、第四三通閥、第五三通閥；所述第四三通閥分別與小水箱、第二調壓閥和大氣相連調節滲透壓力。
所述每聯滲流量測量單元包括第二壓差傳感器、參照管和第六三通閥；所述第二壓差傳感器同時與參照管和第六三通閥相連，所述第六三通閥與孔隙水壓力傳感器相連。
所述雙壓力室包括雙壓力室外室、雙壓力室內室、試樣帽、底座、圍壓氣輸入管、排氣孔、透水石、排水管、滲透壓管和圍壓輸入管；所述底座位於雙壓力室內室中心，並和排水管相連，試樣帽位於試樣頂部與滲透壓管相連，圍壓輸入管與雙壓力室內室底部連通，排氣孔與雙壓力室內室頂部連通，圍壓氣輸入管與雙壓力室外室頂部連通。
所述數據採集單元包括數據採集儀和計算機；所述數據採集儀包括一號輸入通道、二號輸入通道、三號輸入通道、四號輸入通道和輸出通道；所述輸入通道分別與軸向位移傳感器、第一壓差傳感器、第二壓差傳感器和孔隙水壓力傳感器相連，輸出通道與計算機相連。
本實用新型有如下有益效果：
本實用新型提供的一種飽和土三軸蠕變試驗儀，試樣帽通過滲透壓管與一套能控制滲透壓的管路相連，從而能達到滲流的目的。底座接排水管與孔隙水壓力傳感器和滲流量測量單元相連，從而測得試樣在滲流蠕變耦合過程中的滲流量和試樣底部的孔隙水壓力。試樣壓力室採用雙壓力室內室，為雙層有機玻璃圓筒，雙壓力室內室注滿無氣水，圍壓和體變測量單元通過圍壓輸入管向試樣施加圍壓，圍壓和體變測量單元通過圍壓氣輸入管向雙圍壓室外室施加等圍壓值的氣體，以消除內室的變形對體變值測量產生的誤差。試樣帽凹槽與傳力杆接觸，傳力杆與荷載架上的壓力螺釘接觸，通過放置砝碼來給試樣施加軸向壓力，傳力杆與壓力室間用「O」型圈密封。
與現有的技術相比，本實用新型的優點：1.能夠通過施加滲透壓來實現滲流，從而可以開展飽和土滲流蠕變耦合試驗；2.結構簡單，便於操作。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
圖1是本實用新型整體結構示意圖。
圖2是本實用新型中壓力室結構示意圖。
圖中：圍壓和體變測量單元1、軸壓施加單元2、軸向位移傳感器3、滲透壓施加單元4、滲流量測量單元5、雙壓力室6、孔隙水壓力傳感器7、數據採集單元8、供水單元9、供氣單元10；
注水管1.1、大量程圍壓管1.2、小量程圍壓管1.3、第一壓差傳感器1.4、第一調壓閥1.5、第一三通管1.6、第二三通管1.7、第一三通閥1.8、第二三通閥1.9、第三三通閥1.10；
小水箱4.1、第二調壓閥4.2、三通閥4.3、第五三通閥4.4；
第二壓差傳感器5.1、參照管5.2、第六三通閥5.3；
雙壓力室外室6.1、雙壓力室內室6.2、試樣帽6.3、底座6.4、圍壓氣輸入管6.5、排氣孔6.6、透水石6.7、排水管6.8、滲透壓管6.9、圍壓輸入管6.10；
數據採集儀8.1、計算機8.2、一號輸入通道8.11、二號輸入通道8.12、三號輸入通道8.13、四號輸入通道8.14、輸出通道8.15。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型的實施方式做進一步的說明。
如圖1-2所示，一種飽和土滲流與蠕變耦合三軸試驗裝置，其特徵在於：它包括圍壓和體變測量單元1、軸壓施加單元2、軸向位移傳感器3、滲透壓施加單元4、滲流量測量單元5、雙壓力室6、孔隙水壓力傳感器7、數據採集單元8、供水單元9和供氣單元10。
進一步的，所述圍壓和體變測量單元1、軸壓施加單元2和滲透壓施加單元4分別與雙壓力室6相連，對土樣0施加設定的圍壓、軸力和滲透壓。
進一步的，所述圍壓和體變測量單元1、軸向位移傳感器3、滲流量測量單元5和孔隙水壓力傳感器7分別於雙壓力室6相連，對土樣0試驗過程中的體積變化、軸向位移、滲流量和孔隙水壓力實時測量。
進一步的，所述圍壓和體變測量單元1、軸向位移測量單元3、滲流量測量單元5和孔隙水壓力傳感器7分別於數據採集單元8連接，對試驗過程中試樣體積變化、軸向位移、滲流量和孔隙水壓力值進行實時採集。
進一步的，所述供水單元9分別與雙壓力室6和滲透壓施加單元4相連，對其提供水源。
進一步的，所述供氣單元10分別與圍壓和體變測量單1、滲透壓施加單元4和供水單元9相連，對其提供氣壓。
進一步的，所述每聯圍壓和體變測量單元1包括注水管1.1，所述注水管1.1的底部連接有第二三通管1.7，所述第二三通管1.7的另兩個出口分別連接有第一三通閥1.8和第二三通閥1.10，所述第一三通管1.8的另兩個出口分別連接有大量程圍壓管1.2和第二三通閥1.9，所述第二三通閥1.10的另兩個出口分別與第二三通閥1.9和小量程圍壓管1.3相連，所述第二三通閥1.9的另一個出口與第一壓差傳感器1.4相連，所述大量程圍壓管1.2的底端同時與第一三通管1.6相連，所述第一三通管1.6的另兩個出口分別與第一壓差傳感器1.4和第一調壓閥1.5相連。
進一步的，所述的每聯滲透壓施加單元4包括小水箱4.1、第二調壓閥4.2、第四三通閥4.3、第五三通閥4.4；所述第四三通閥4.3分別與小水箱4.1、第二調壓閥4.2和大氣相連調節滲透壓力。
進一步的，所述每聯滲流量測量單元5包括第二壓差傳感器5.1、參照管5.2和第六三通閥5.3；所述第二壓差傳感器5.1同時與參照管5.2和第六三通閥5.3相連，所述第六三通閥5.3與孔隙水壓力傳感器7相連。
進一步的，所述雙壓力室6包括雙壓力室外室6.1、雙壓力室內室6.2、試樣帽6.3、底座6.4、圍壓氣輸入管6.5、排氣孔6.6、透水石6.7、排水管6.8、滲透壓管6.9和圍壓輸入管6.10；所述底座6.4位於雙壓力室內室6.2中心，並和排水管6.8相連，試樣帽6.3位於試樣0頂部與滲透壓管6.9相連，圍壓輸入管6.10與雙壓力室內室6.2底部連通，排氣孔6.6與雙壓力室內室6.2頂部連通，圍壓氣輸入管6.5與雙壓力室外室6.1頂部連通。
進一步的，所述數據採集單元8包括數據採集儀8.1和計算機8.2；所述數據採集儀8.1包括一號輸入通道8.11、二號輸入通道8.12、三號輸入通道8.13、四號輸入通道8.14和輸出通道8.15；所述輸入通道分別與軸向位移傳感器3、第一壓差傳感器1.4、第二壓差傳感器5.1和孔隙水壓力傳感器7相連，輸出通道8.15與計算機8.2相連。
本實用新型的裝置具體工作原理為：
試樣步驟如下：
1、製備試樣：按照土工試驗標準製備試樣0；
2、裝試樣：
1）準備好試樣0；
2）將試放在透水石6.11上，並在試樣頂部放透水石6.7；
3）對試樣套橡皮膜，並用橡皮筋紮好下端；
4）安放試樣帽6.3，用橡皮筋紮好上端；
5）安裝壓力室罩；
3、利用計算機進行試驗：
1）關閉第五三通閥4.4，通過第二三通閥1.9選擇圍壓管量程，調節第一調壓閥1.5分別向雙壓力室外室6.1和雙壓力室內室6.2施加5kPa的氣壓和圍壓，待試樣變形和排水穩定後記錄相應的數值，並以他們為變形和排水的零點；
2）施加第一級圍壓，直到變形和排水穩定；
3）打開第五三通閥4.4，第二調壓閥4.2施加第一級滲透壓，滲透壓值應小於此時圍壓值，直至試樣變形速率小於預定值；
4）施加下一級圍壓和滲透壓，重複2和3操作；
5）結束試驗後，儲存數據，拆除試樣；
通過上述的說明內容，本領域技術人員完全可以在不偏離本項實用新型技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改都在本實用新型的保護範圍之內。本實用新型的未盡事宜，屬於本領域技術人員的公知常識。