一种大孔隙混凝土荷载与渗流耦合的试验装置及试验方法制造方法及图纸

一种大孔隙混凝土荷载与渗流耦合的试验装置及试验方法，装置：通过在压力机上部压头与下部工作台之间设置试块缸筒，缸筒底部与出水底座进行连接，在大孔隙混凝土试块上端和下端分别设有上透水板和下透水板，同时在上透水板的上方设注水活塞，注水活塞一方面用于传递压头施加的轴向荷载，另一方面用于接收压力水，并将该压力水下送至大孔隙混凝土试块，实现了对大孔隙混凝土试块轴向荷载和渗流压力耦合下的渗流性研究；方法：调试设备；进行保持轴向荷载不变、改变渗流压力和保持渗流压力不变、改变轴向荷载的渗透率测试，实现了对大孔隙混凝土试块轴向荷载和渗流压力耦合下的渗流性研究，便于定量分析大孔隙混凝土试块渗透性的影响因素。性的影响因素。性的影响因素。

【技术实现步骤摘要】
一种大孔隙混凝土荷载与渗流耦合的试验装置及试验方法


[0001]本专利技术涉及一种大孔隙混凝土荷载与渗流耦合的试验装置及试验方法，属于大孔隙混凝土实验


技术介绍

[0002]混凝土在荷载作用下发生变形，固体骨架结构发生变化引起孔隙率减小，进而影响其渗流性；混凝土在渗流过程中由于溶蚀作用会带走部分可溶性的物质，使固体骨架结构发生变化引起孔隙率增大，进而影响其荷载分布。对于大孔隙混凝土而言，荷载和渗流共同作用对其力学性能的影响更为突出。
[0003]目前，大孔隙混凝土的应用领域主要为人行道、观光旅游道和非机动车道等轻交通路面，所承受的荷载作用相对其他机动车道交通路面要小很多，也因此现有技术对大孔隙混凝土的研究仅限于渗流作用对其的单一影响。但随着对大孔隙混凝土研究的深入进行，其应用领域不断扩大，逐渐应用于较大荷载的工况，为确保大孔隙混凝土的耐久性符合工程需要，亟需对其进行荷载与渗流耦合作用下的渗透性进行研究。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种大孔隙混凝土荷载与渗流耦合的试验装置及试验方法，该装置和方法能对大孔隙混凝土在不同轴向荷载和水压下的渗透性进行测试，得到荷载和渗流耦合作用下大孔隙混凝土的渗流性，为其更为广泛的应用提供理论基础和数据支撑。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供一种大孔隙混凝土荷载与渗流耦合的试验装置，包括压力机，在压力机上部压头与下部工作台之间设有用于放置大孔隙混凝土试块的缸筒，所述缸筒为上下端面贯通的空心套筒，其底部通过外圆周设置的连接耳板固定于出水底座上，所述出水底座固定于工作台上；
[0006]缸筒内壁敷设周向分布的密封材料，在密封材料所形成的筒状空间内放置大孔隙混凝土试块，所述大孔隙混凝土试块与筒状空间相适配，其外圆周与筒状空间内圆周紧密贴合；
[0007]缸筒上部设有上透水板，所述上透水板与大孔隙混凝土试块同轴滑动安装于大孔隙混凝土试块上方的缸筒内壁上，其圆形端面上开设多个透水通孔一；
[0008]缸筒底端设有下透水板，所述下透水板固定于大孔隙混凝土试块下方的缸筒筒壁上，其圆形端面上开设多个透水通孔二；
[0009]在下透水板下方的出水底座内开设储水空腔和出水通道，储水空腔的下部出水口与出水通道一端连通，出水通道的另一端与出水管路一端连接，出水管路上在远离出水通道的方向上依次设有球形阀、下流量计和下压力表，出水管路另一端连通储水池；
[0010]上透水板的上方为同轴设置的注水活塞，所述注水活塞通过进水管路与双向液压缸的下部无杆腔一端连通，注水活塞底部设有与上透水板连通的水流通道；所述进水管路
上在远离注水活塞的方向上依次设有上流量计和上压力表；双向液压缸的上部有杆腔通过换向阀与液压控制系统连接；
[0011]双向液压缸的无杆腔另一端通过水回路与储水池连通，在水回路上设有抽水泵；
[0012]注水活塞上端设有压力传感器，压力传感器上端为压力机上部压头；
[0013]所述下压力表、上压力表和压力传感器均与无纸记录仪连接。
[0014]进一步地，所述球形阀旋转范围为0至90度。
[0015]进一步地，所述注水活塞下部位于上透水板上方的缸筒内部，其外圆周与缸筒内壁滑动配合。
[0016]进一步地，所述注水活塞与上透水板之间同轴设置有钢垫圈。
[0017]与现有技术相比，该试验装置通过在压力机上部压头与下部工作台之间设置用于放置大孔隙混凝土试块的缸筒，缸筒底部与出水底座进行固定连接，在大孔隙混凝土试块上端和下端分别设有上透水板和下透水板，同时在上透水板的上方设注水活塞，注水活塞一方面用于传递其上方压力机压头施加的轴向荷载，另一方面用于接收来自双向液压缸输送的压力水，并将该压力水下送至大孔隙混凝土试块，水流经大孔隙混凝土试块间隙向下流至出水底座，实现了对大孔隙混凝土试块轴向荷载和渗流压力耦合下的渗流性研究，且水流、水压及荷载可分别通过球形阀、液压控制系统及压力机进行调节，数据均输送至无纸记录仪进行记录，为满足多种情形下的耦合试验提供了可能性，装置整体易于操作，可靠性高，为大孔隙混凝土试块更为广泛的应用提供了研究基础和数据支撑。
[0018]本专利技术还提供了一种大孔隙混凝土荷载与渗流耦合的试验方法，包括如下步骤：
[0019]S1：将大孔隙混凝土试块置于缸筒内，在大孔隙混凝土试块与缸筒内壁之间的间隙内填充密封材料，直至大孔隙混凝土试块内壁与密封材料、密封材料与缸筒内壁之间完全密封，将上透水板同轴置于大孔隙混凝土试块上端，将注水活塞同轴放置于上透水板上；将缸筒底部通过螺栓固定在出水底座上，将出水底座固定于压力机下部工作台上；将进水管路、出水管路和水回路以及下流量计、下压力表、上流量计、上压力表、压力传感器和液压控制系统连接到位；
[0020]S2：将换向阀调节至油液回流至液压控制系统的方向，打开抽水泵向双向液压缸的下部无杆腔内进行注水，待注水完成后，关闭抽水泵并将换向阀调节至供油方向；调节球形阀至开启状态，打开无纸记录仪；
[0021]S3：启动压力机对注水活塞加压，注水活塞在压力机压头的轴向荷载作用下向下位移至压紧上透水板，上透水板向下位移至压紧并将轴向荷载传递至大孔隙混凝土试块上端，当压力升至设定值后保持压力不变；同时，启动液压控制系统，双向液压缸上部活塞杆体下移，下部无杆腔在油压作用下水压增加，增压后的水进入注水活塞内，经注水活塞底部开设的水流通道进入大孔隙混凝土试块，再经大孔隙混凝土试块内部的间隙从上至下经下透水板排入出水底座内开设的储水空腔，最后通过出水通道排入储水池；与此同时，上流量计和下流量计分别对进水口的水流量数据和出水口的水流量数据进行测量和显示,上压力表、下压力表和压力传感器分别将采集到的进水口的水压力数据信号、出水口的水压力数据信号和大孔隙混凝土试块所承受的轴向压力数据信号发送至无纸记录仪进行数据保存；
[0022]S4：经步骤S1至S3完成装置调试后，进行渗透率测试：
[0023]A.保持轴向荷载不变，通过改变渗流压力得到不同渗流压力下大孔隙混凝土试块
的渗透率：
[0024]1)压力机对注水活塞施加荷载至F1后，保持荷载不变，通过调节球形阀的开启角度，直至上流量计和下流量计在相同时间内所显示的增量相等，记录Δt1时间内通过大孔隙混凝土试块的水的流量为Q1，此时上压力表的读数为P
1上
，下压力表的读数为P
1下
，得到在荷载为F1时，大孔隙混凝土试块两端的压力梯度为：
[0025]ΔP1＝(P
1上
—P
1下
)/H；
[0026]渗流速度为：
[0027]V1＝4
×
Q1/(Δt1×
π
×
D2)；
[0028]渗透率为：
[0029]K1＝μ
×4×
Q1×
H/[(Δt1×
π
×<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大孔隙混凝土荷载与渗流耦合的试验装置，其特征在于，包括压力机(1)，在压力机上部压头(2)与下部工作台(3)之间设有用于放置大孔隙混凝土试块(4)的缸筒(5)，所述缸筒(5)为上下端面贯通的空心套筒，其底部通过外圆周设置的连接耳板固定于出水底座(6)上，所述出水底座(6)固定于工作台(3)上；缸筒(5)内壁敷设周向分布的密封材料，在密封材料所形成的筒状空间内放置大孔隙混凝土试块(4)，所述大孔隙混凝土试块(4)与筒状空间相适配，其外圆周与筒状空间内圆周紧密贴合；缸筒(5)上部设有上透水板(7)，所述上透水板(7)与大孔隙混凝土试块(4)同轴滑动安装于大孔隙混凝土试块(4)上方的缸筒(5)内壁上，其圆形端面上开设多个透水通孔一(8)；缸筒(5)底端设有下透水板(9)，所述下透水板(9)固定于大孔隙混凝土试块(4)下方的缸筒(5)筒壁上，其圆形端面上开设多个透水通孔二(10)；在下透水板(9)下方的出水底座(6)内开设储水空腔(11)和出水通道(12)，储水空腔(11)的下部出水口与出水通道(12)一端连通，出水通道(12)的另一端与出水管路(13)一端连接，出水管路(13)上在远离出水通道(12)的方向上依次设有球形阀(14)、下流量计(15)和下压力表(16)，出水管路(13)另一端连通储水池(17)；上透水板(7)的上方为同轴设置的注水活塞(18)，所述注水活塞(18)通过进水管路(19)与双向液压缸(20)的下部无杆腔一端连通，注水活塞(18)底部设有与上透水板(7)连通的水流通道；所述进水管路(19)上在远离注水活塞(18)的方向上依次设有上流量计(21)和上压力表(22)；双向液压缸(20)的上部有杆腔通过换向阀(23)与液压控制系统(24)连接；双向液压缸(20)的无杆腔另一端通过水回路(25)与储水池(17)连通，在水回路(25)上设有抽水泵(26)；注水活塞(18)上端设有压力传感器(27)，压力传感器(27)上端为压力机上部压头(2)；所述下压力表(16)、上压力表(22)和压力传感器(27)均与无纸记录仪(28)连接。2.根据权利要求1所述的一种大孔隙混凝土荷载与渗流耦合的试验装置，其特征在于，所述球形阀(14)旋转范围为0至90度。3.根据权利要求1或2所述的一种大孔隙混凝土荷载与渗流耦合的试验装置，其特征在于，所述注水活塞(18)下部位于上透水板(7)上方的缸筒(5)内部，其外圆周与缸筒(5)内壁滑动配合。4.根据权利要求3所述的一种大孔隙混凝土荷载与渗流耦合的试验装置，其特征在于，所述注水活塞(18)与上透水板(7)之间同轴设置有钢垫圈(29)。5.一种大孔隙混凝土荷载与渗流耦合的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将大孔隙混凝土试块(4)置于缸筒(5)内，在大孔隙混凝土试块(4)与缸筒(5)内壁之间的间隙内填充密封材料，直至大孔隙混凝土试块(4)内壁与密封材料、密封材料与缸筒(5)内壁之间完全密封，将上透水板(7)同轴置于大孔隙混凝土试块(4)上端，将注水活塞(18)同轴放置于上透水板(7)上；将缸筒(5)底部通过螺栓固定在出水底座(6)上，将出水底座(6)固定于压力机(1)下部工作台(3)上；将进水管路(19)、出水管路(13)和水回路(25)以及下流量计(15)、下压力表(16)、上流量计(21)、上压力表(22)、压力传感器(27)和液压控制系统(24)连接到位；
S2：将换向阀(23)调节至油液回流至液压控制系统(24)的方向，打开抽水泵(26)向双向液压缸(20)的下部无杆腔内注水，待注水完成后，关闭抽水泵(26)并将换向阀(23)调节至供油方向；调节球形阀(14)至开启状态，打开无纸记录仪(28)；S3：启动压力机(1)对注水活塞(18)加压，注水活塞(18)在压力机(1)压头的轴向荷载作用下向下位移至压紧上透水板(7)，上透水板(7)向下位移至压紧并将轴向荷载传递至大孔隙混凝土试块(4)上端，当压力升至设定值后保持压力不变；同时，启动液压控制系统(24)，双向液压缸(20)上部活塞杆体下移，下部无杆腔在油压作用下水压增加，增压后的水进入注水活塞(18)内，经注水活塞(18)底部开设的水流通道进入大孔隙混凝土试块(4)，再经过大孔隙混凝土试块(4)内部的间隙从上至下经下透水板(9)排入出水底座(6)内开设的储水空腔(11)，最后通过出水通道(12)排入储水池(17)；与此同时，上流量计(21)和下流量计(15)分别对进水口的水流量数据和出水口的水流量数据进行测量和显示，上压力表(22)、下压力表(16)和压力传感器(27)分别将采集到的进水口的水压力数据信号、出水口的水压力数据信号和大孔隙混凝土试块(4)所承受的轴向压力数据信号发送至无纸记录仪(28)进行数据保存；S4：经步骤S1至S3完成装置调试后，进行渗透率测试：A.保持轴向荷载不变，通过改变渗流压力得到不同渗流压力下大孔隙混凝土试块(4)的渗透率：1)压力机(1)对注水活塞(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇培涛，张连英，浦海，吴疆宇，李雁，李兵，马超，朱炯，毕晓茜，于洋，
申请(专利权)人：徐州工程学院，
类型：发明
国别省市：