一种柱剪渗透测试装置及其测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种新型柱剪渗透测试装置及其测试方法，属于土石坝渗流试验装置技术领域，包括驱动底座、管路底座、试样组件、轴力系统和压力室，所述试样组件包括试样底座、心墙黏土试样及上游材料试样和下游材料试样，以及十字剪切柱，所述轴力系统包括轴力杆、轴力传感器、作动器、反力支架，所述试样顶帽同轴设置于试样组件上端，所述驱动底座、管路底座、轴力杆、压力室组成封闭空间将试样组件密封在内。本发明专利技术的制样效率高，使用成本低；可研究不同三轴应力条件、黏土试样内部柱剪产生剪切面并与上、下游材料试样组合对试样渗透特性的影响。依托该装置及其测试方法，研究人员可进行更宽泛的研究，为深入研究土石坝的防渗理论提供帮助。

A New Type of Penetration Testing Device for Column Shear and Its Testing Method

The present invention relates to a new type of column shear penetration testing device and its testing method, belonging to the technical field of seepage testing device for earth-rock dam, including driving base, pipeline base, sample assembly, axial force system and pressure chamber. The sample assembly includes sample base, core wall clay sample, upstream material sample and downstream material sample, and cross shear column. The axial force system comprises a driving base, a pipeline base, a sample assembly, an axial force system and a pressure chamber. The sample cap is coaxially arranged at the upper end of the sample assembly. The driving base, the pipeline base, the axial force sensor, the actuator and the reaction bracket form a closed space to seal the sample assembly. The invention has high sample preparation efficiency and low use cost, and can study the influence of different triaxial stress conditions, shear surface generated by inner column shear of clay sample and combination of upper and lower material samples on permeability characteristics of sample. Relying on this device and its test method, researchers can conduct more extensive research, which will provide help for the in-depth study of the seepage prevention theory of earth-rock dams.

【技术实现步骤摘要】
一种新型柱剪渗透测试装置及其测试方法
本专利技术涉及大坝心墙黏土渗流试验装置
，具体涉及一种新型柱剪渗透测试装置及其测试方法。
技术介绍
高土石坝心墙黏土在与岸坡接触的部位易于发生大剪切变形，从而形成剪切面，剪切面及其周围的土体在大水力梯度的作用下发生的渗流破坏是造成土石坝渗透事故的主要原因。传统的渗流试验装置将土样置于侧限或三轴应力状态下，不能测定土体在发生大剪切变形下的渗透特性和渗透破坏比降。中国专利(CN104142277B)公开了一种扭转剪切条件下测定土的渗透系数变化的设备及测试方法；中国专利(CN105606508A)公开了一种土的剪切面及土与结构界面的环剪渗透实验装置，研究了大剪切变形条件下土体剪切面或土与结构界面的渗流特性。然而，这些方法都只能研究单一土体或单一土体剪切面渗透特性的变化且能实现的应力状态单一。在实际工程中，由于大坝岸坡的坡度复杂多变且大坝心墙存在沉降现象，故岸坡处心墙黏土所处的应力状态复杂多变，容易发生大剪切变形而形成剪切面，为了提高大坝的抗渗透破坏能力，在大坝心墙的上、下游分别填筑了上游材料和下游材料。上游材料的存在可以起到填充剪切面的作用。下游材料的存在可以起到限制流速、保护土体流失、促进剪切面愈合的作用。因此，研究在复杂应力状态和大剪切变形条件下心墙黏土在上、下游材料保护作用下的渗流特性、尤其是渗透破坏比降的变化特性具有重要的工程实用价值。圆柱体试样内部旋转剪切出一个较小直径的圆柱体，从而形成贯通圆柱体上下顶面的圆柱面，即剪切面，该圆柱面会导致试样竖向的渗透特性发生变化，而柱剪渗透试验装置就是用于研究剪切面导致试样渗透特性变化的仪器。仪器的黏土圆柱体试样用于模拟土石坝的黏土心墙防渗体。通过在试样上下两端设置击实的砂石，可以模拟心墙防渗体的上游材料和下游材料，进而研究在上、下游材料的作用下试样渗透特性的变化规律和上、下游材料对剪切面的愈合作用效果。为实现上述的研究，本专利技术人提出了解决方案，并已申请了名称为一种土体圆柱剪切渗透试验装置及测试方法、申请号为201710891349.2的专利技术专利。该方案可以很好的进行在反滤料(下游材料)的作用下试样渗透特性变化规律的研究，但在实践过程中，还存在以下不足：1、试验的土样要经过制样、真空饱和两个步骤才能装到仪器上进行试验，其中间筒状部件既是制样器也是测试仪的组成部分，故每次只能制作一个试样，且要经过长时间真空饱和后才能试验，极大地降低了试验效率；2、中间筒状部件是钢加工成的，试样制作好后被钢筒约束住，故不能在试样的周围施加不同的压力(围压)，不能实现复杂的应力状态，影响其测试范围；3、制样器也是测试仪的组成部分，无法采用符合土工试验规范标准的制样器和规定重量的击样落锤，影响其通用性；其零件均为非标零件，需重新设计，使加工复杂、增加成本。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种新型柱剪渗透测试装置及其测试方法，解决了现有技术制样过程与试验过程不能分开、不能施加围压、设计不满足土工试验规范及零件加工复杂的问题。本专利技术的目的之一通过以下技术方案实现：一种新型柱剪渗透测试装置，其特征在于：包括试样组件、驱动底座、管路底座、轴力系统和压力室，所述试样组件由与其相互分离的制样组件制成，所述驱动底座上设置有减速齿轮和与所述减速齿轮啮合传动的旋转驱动机构，所述减速齿轮中心上设置有用于与所述传力杆实现插入驱动的传力杆安装孔，所述管路底座置放于驱动底座上，其上设置有用于为试验提供不同环境条件的功能管路组，所述试样组件包括心墙黏土试样及同轴设置在所述心墙黏土试样上、下两端的上游材料试样和下游材料试样，以及设置在所述心墙黏土试样中心且其两端分别延伸至上游材料试样和下游材料试样的十字剪切柱，所述十字剪切柱包括十字剪切段和设置在十字剪切段两端中心的长方体延伸段，十字剪切段固定在心墙黏土试样中心，十字剪切段高度与心墙黏土试样高度相同，两个长方体延伸段分别延伸到上游材料试样和下游材料试样的中心部位上，所述轴力系统包括反力支架、作动器和轴力杆，所述作动器设置在反力支架上，可带动所述轴力杆做伸缩运动，所述轴力杆与驱动底座、管路底座及压力室一起形成一个将试样组件密闭在内的试验空间，故可在所述试验空间内施加不同的围压，并通过轴力杆对试样顶部施加不同的轴向压力，所述轴力杆的下端端部安装有轴力传感器，所述轴力传感器与作动器电性连接。进一步，所述试样组件还包括用于盛放所述下游材料试样的试样底座、用于盛放上游材料试样的侧限筒和用于固定试样组件上端的试样顶帽，所述试样底座置放于所述管路底座上，其中心贯通设置有传力杆，所述传力杆下端与减速齿轮上的传力杆安装孔插入连接，上端与长方体延伸段相连。进一步，所述试样顶帽与上游材料试样之间还设置有带孔透水石。进一步，所述试样顶帽上设置有与进水管路和真空管路相连的接口，所述试样顶帽下表面中心设置有不贯通顶帽上表面的圆柱形盲孔，所述圆柱形盲孔与十字剪切柱同轴线设置。进一步，所述十字剪切柱上端连接有可在试样顶帽盲孔内上下滑动的对中固定杆，所述固定杆通过自身的长方形盲孔与十字剪切柱上端的长方体延长段插入连接。进一步，所述试样组件还包括固定于黏土试样内部下端的防滑圈，所述防滑圈上设置有多个向外凸起的卡齿，所述试样底座上边缘有与卡齿相配合的卡槽。进一步，所述功能管路组包括进水管路、出水管路、真空管路和围压管路，所述进水管路通过外接管路连接压力体积控制器，出水管路通过外接管路连接大气，真空管路通过外接管路连接真空泵，围压管路通过外接管路连接三轴压力控制柜。进一步，所述压力室包括上盖、下盖和设置在上盖与下盖之间的罩体，所述上盖设置有轴力杆过孔，所述轴力杆在轴力杆过孔内可密封的轴向移动，所述下盖设置有试样组件过孔，所述试样组件通过试样组件过孔可自由地套入压力室内，所述罩体为透明体。进一步，所述旋转驱动机构包括旋转手柄与旋转手柄旋转驱动的齿轮组。本专利技术的目的之二通过以下技术方案实现：一种柱剪渗透测试方法，使用上述一种新型柱剪渗透测试装置进行测试，具体过程：1)制备试样：Ⅰ.通过土工试验标准三瓣模将心墙材料围裹固定在十字剪切柱外围，并用击实垫和土工标准击实器将心墙材料夯实，形成标准的圆柱体试样，即黏土试样，在黏土试样两端放置带孔透水石，用饱和器进行饱和处理，所述黏土试样的高度与十字剪切柱的剪切作用段的长度相同；Ⅱ.在试样底座内填入下游材料并击实，形成下游材料试样；Ⅲ.将上述饱和处理后的黏土试样从三瓣模中取出，叠放于下游材料试样上；Ⅳ.在两段试样外用标准承膜筒套上三轴乳胶膜，并在上端作一定长度的预留，然后在乳胶膜外套上土工试验标准对开模，并在对开模外用钢喉箍箍紧；Ⅴ.在预留乳胶膜内放入侧限筒，填入上游材料并击实，击实后的上游材料上表面应与侧限筒上边缘平齐，形成上游材料试样。Ⅵ.在上游材料上、乳胶膜内放置试样顶帽；Ⅶ.松开钢喉箍，拆卸对开模，在乳胶膜两端用乳胶带扎紧，使乳胶膜下端与试样底座外壁紧密贴合、乳胶膜上端与试样顶帽外壁紧密贴合，从而形成密封完整的试样组件，2)测试：Ⅰ.通过压力室施加指定围压及通过作动器对试样施加指定轴向压力或者施加指定轴向压缩位移；Ⅱ.通过真空泵将黏土试样顶面以上的空间抽真空，关闭真空管路阀门；Ⅲ.打开进水管路阀门进水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型柱剪渗透测试装置，其特征在于：包括试样组件、驱动底座、管路底座、轴力系统和压力室，所述试样组件由与其相互分离的制样组件制成，所述驱动底座上设置有减速齿轮和与所述减速齿轮啮合传动的旋转驱动机构，所述减速齿轮中心上设置有用于与所述传力杆实现插入驱动的传力杆安装孔，所述管路底座置放于驱动底座上，其上设置有用于为试验提供不同环境条件的功能管路组，所述试样组件包括心墙黏土试样及同轴设置在所述心墙黏土试样上、下两端的上游材料试样和下游材料试样，以及设置在所述心墙黏土试样中心且其两端分别延伸至上游材料试样和下游材料试样的十字剪切柱，所述十字剪切柱包括十字剪切段和设置在十字剪切段两端中心的长方体延伸段，十字剪切段固定在心墙黏土试样中心，十字剪切段高度与心墙黏土试样高度相同，两个长方体延伸段分别延伸到上游材料试样和下游材料试样的中心部位上，所述轴力系统包括反力支架、作动器和轴力杆，所述作动器设置在反力支架上，可带动所述轴力杆做伸缩运动，所述轴力杆与驱动底座、管路底座及压力室一起形成一个将试样组件密闭在内的试验空间，故可在所述试验空间内施加不同的围压，并通过轴力杆对试样顶部施加不同的轴向压力，所述轴力杆的下端端部安装有轴力传感器，所述轴力传感器与作动器电性连接。...

【技术特征摘要】
1.一种新型柱剪渗透测试装置，其特征在于：包括试样组件、驱动底座、管路底座、轴力系统和压力室，所述试样组件由与其相互分离的制样组件制成，所述驱动底座上设置有减速齿轮和与所述减速齿轮啮合传动的旋转驱动机构，所述减速齿轮中心上设置有用于与所述传力杆实现插入驱动的传力杆安装孔，所述管路底座置放于驱动底座上，其上设置有用于为试验提供不同环境条件的功能管路组，所述试样组件包括心墙黏土试样及同轴设置在所述心墙黏土试样上、下两端的上游材料试样和下游材料试样，以及设置在所述心墙黏土试样中心且其两端分别延伸至上游材料试样和下游材料试样的十字剪切柱，所述十字剪切柱包括十字剪切段和设置在十字剪切段两端中心的长方体延伸段，十字剪切段固定在心墙黏土试样中心，十字剪切段高度与心墙黏土试样高度相同，两个长方体延伸段分别延伸到上游材料试样和下游材料试样的中心部位上，所述轴力系统包括反力支架、作动器和轴力杆，所述作动器设置在反力支架上，可带动所述轴力杆做伸缩运动，所述轴力杆与驱动底座、管路底座及压力室一起形成一个将试样组件密闭在内的试验空间，故可在所述试验空间内施加不同的围压，并通过轴力杆对试样顶部施加不同的轴向压力，所述轴力杆的下端端部安装有轴力传感器，所述轴力传感器与作动器电性连接。2.根据权利要求1所述的一种新型柱剪渗透测试装置，其特征在于：所述试样组件还包括用于盛放所述下游材料试样的试样底座、用于盛放上游材料试样的侧限筒和用于固定试样组件上端的试样顶帽，所述试样底座置放于所述管路底座上，其中心贯通设置有传力杆，所述传力杆下端与减速齿轮上的传力杆安装孔插入连接，上端与长方体延伸段相连。3.根据权利要求2所述的一种新型柱剪渗透测试装置，其特征在于：所述试样顶帽与上游材料试样之间还设置有带孔透水石。4.根据权利要求2所述的一种新型柱剪渗透测试装置，其特征在于：所述试样顶帽上设置有与进水管路和真空管路相连的接口，所述试样顶帽下表面中心设置有不贯通顶帽上表面的圆柱形盲孔，所述圆柱形盲孔与十字剪切柱同轴线设置。5.根据权利要求4所述的一种新型柱剪渗透测试装置，其特征在于：所述十字剪切柱上端连接有可在试样顶帽盲孔内上下滑动的对中固定杆，所述固定杆通过自身的长方形盲孔与十字剪切柱上端的长方体延长段插入连接。6.根据权利要求4所述的一种新型柱剪渗透测试装置，其特征在于：所述试样组件还包括固定于黏土试样内部下端的防滑圈，所述防滑圈上设置有多个向外凸起的卡齿，所述试样底座上边缘有与卡齿相配合的卡槽。7.根据权利要求1所述的一种新型柱剪渗透测试装...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，韦林邑，魏星，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50