本发明专利技术公开了一种高应力、大直径的坝基深部粗粒土渗透试验装置及方法，涉及土工试验领域，包括轴向加压系统、渗透压力加载系统、流失细颗粒收集系统及数据采集系统，所述渗透压力加载系统设置在轴向加压系统上，所述流失细颗粒收集系统设置在渗透压力加载系统的底部，所述数据采集系统设置在渗透压力加载系统和轴向加压系统上。本发明专利技术能够模拟高应力、大直径的坝基深部粗粒土渗透稳定试验，能够真实的反映现场土料的情况。映现场土料的情况。映现场土料的情况。
【技术实现步骤摘要】
高应力、大直径的坝基深部粗粒土渗透试验装置及方法
[0001]本专利技术属于土工试验领域，具体涉及一种高应力、大直径的坝基深部粗粒土渗透试验装置及方法。
技术介绍
[0002]潜蚀是指渗流携带内部不稳定土体中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中运移流失，逐渐在地基内形成局部被掏空、局部被充填的现象。所谓内部不稳定土是指土中的粗细料的特征粒径不满足自滤条件，部分或全部细料可在孔隙中自由移动的土体，缺乏中间级配土和级配曲线尾部较平缓的粗粒土均是典型的内部不稳定土，深厚覆盖层地基中就常包含这类土体。潜蚀发展到一定程度可能造成地基不均匀沉降或者破坏大坝防渗体系，威胁大坝安全。巴基斯坦的Tarbela大坝、加拿大的Bennett大坝、我国四川某大坝等多个建设在深厚覆盖层地基上的水电工程均因潜蚀导致严重事故，Tarbela大坝更是因此被迫放空水库。
[0003]目前深厚覆盖层地基中最常见的渗流控制措施就是混凝土防渗墙，水库建坝蓄水后，一般防渗墙端部附近渗透坡降较其他区域更大，更容易发生潜蚀。防渗墙端部附近大量细颗粒的运移流失容易诱发坝基局部不均匀沉降，进而可能导致防渗墙开裂，甚至折断防渗墙，严重威胁大坝安全。因此，探讨处于坝基深部的防渗墙端部附近粗粒土的渗透稳定性及其颗粒运移流失可能诱发的应力变形特性，对于评价大坝安全具有十分重要的理论和实际意义。
[0004]要探讨坝基防渗墙端部附近深部粗粒土的渗透稳定性及其颗粒运移流失可能诱发的应力变形特性，必须研制开发相应的土工试验设备，该设备一方面必须要能够较真实地模拟深部粗粒土所处的高应力状态，另一方面，也要能尽可能反映现场深部粗粒土的颗粒级配特征。当前，混凝土防渗墙的最大施工深度达到150m～180m，因此，防渗墙端部附近土体一般处于高应力状态，考虑大坝及上覆土层作用，粗略估计防渗墙端部附近粗粒土的上覆压力可达到2.0MPa～3.0MPa。要正确评价防渗墙端部附近土体的渗透稳定性，这种高应力状态必须进行有效模拟。此外，深厚覆盖层土体多为宽级配土体，粗细颗粒粒径差别显著，粗颗粒一般为卵砾石，最大粒径可达60cm～80cm，而填充细颗粒则为砾质砂、粉细砂及粉土等，粒径一般为0.075mm～2mm。要比较真实地模拟现场深部粗粒土的颗粒级配特征，必须要求试样直径足够大，然而，目前室内渗透试验常用的试样直径一般介于7.6cm～30cm。为了使试验成果不受土料粒径大小影响，根据现行土工试验规程(SL237
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1999)规定，土料最大粒径必须控制在试样直径的1/5～1/6，如果试样直径30cm，那么室内试验允许最大粒径仅为5cm～6cm，这样土料中大量的粒径超过6cm的颗粒将无法有效模拟，进而造成室内试验土料颗粒级配的严重失真，无法准确反映现场土料情况。
[0005]因此，如何提供一种适用于高应力、大直径的坝基深部粗粒土渗透稳定试验装置及方法，成为本领域技术人员需要解决的问题。
技术实现思路
[0006]有鉴于此，本专利技术提供了高应力、大直径的坝基深部粗粒土渗透试验装置及方法，本专利技术能够用于模拟高应力条件下深厚覆盖层地基深部潜蚀发生发展过程中细颗粒流失能否诱发土骨架的不均匀变形，试验成果可定量评价深厚覆盖层地基深部粗粒土中颗粒移动对大坝应力变形及安全的影响。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：高应力、大直径的坝基深部粗粒土渗透试验装置，用于坝基深处高应力、大直径的粗粒土渗透稳定试验，包括轴向加压系统、渗透压力加载系统、流失细颗粒收集系统及数据采集系统，所述渗透压力加载系统设置在轴向加压系统上，所述流失细颗粒收集系统设置在渗透压力加载系统的底部，所述数据采集系统设置在渗透压力加载系统和轴向加压系统上。
[0008]进一步的，所述轴向加压系统包括机架平台、门式反力架和液压千斤顶，所述门式反力架包括反力架支柱和反力架横梁，所述反力架支柱设置在机架平台两侧，所述反力架横梁设置在反力架支柱的顶端，所述液压千斤顶设置在反力架横梁上。
[0009]进一步的，还包括滚排子部件，所述滚排子部件包括滚排框和滚排，所述滚排框设置在机架平台上，所述滚排设置在滚排框中并与滚排框转动连接。
[0010]进一步的，所述渗透压力加载系统包括渗透压力加载设备、进水管、水压测量孔，压力室顶盖、上游侧多孔盖板和压力室，所述渗透压力加载设备为移动水箱或精密调节控制的加压泵，所述压力室设置在滚排子部件上，所述水压测量孔均匀设置在压力室上，所述压力室顶盖设置在压力室上方，所述进水管设置在压力室顶盖上，所述上游侧多孔盖板设置在压力室中，所述渗透压力加载设备设置在机架平台的一侧，所述渗透压力加载设备与进水管相连通。
[0011]进一步的，还包括压力室活塞和推动架，所述压力室活塞设置在压力室顶盖上，所述推动架设置在上游侧多孔盖板上，所述压力室活塞与压力室顶盖滑动连接，所述压力室活塞与推动架相抵触。
[0012]进一步的，所述压力室包括有第一有机玻璃筒、第二有机玻璃筒、连接法兰和拉杆，所述第一有机玻璃筒和第二有机玻璃筒的两端均设置有连接法兰，所述第一有机玻璃筒和第二有机玻璃筒通过连接法兰相连通，所述拉杆均匀设置在连接法兰之间，用于提高压力室的结构强度。
[0013]进一步的，所述流失细颗粒收集系统包括下游侧多孔盖板、漏斗形出水口和出水管，所述漏斗形出水口设置在压力室的底端并与压力室相连通，所述下游侧多孔盖板设置在压力室与漏斗形出水口之间，所述出水管设置在漏斗形出水口的底部。
[0014]进一步的，所述数据采集系统包括荷重传感器，位移传感器、水压传感器和工控一体机，所述荷重传感器设置在液压千斤顶上，所述位移传感器设置在反力架横梁上，用于检测液压千斤顶的位移量，所述水压传感器设置在水压测量孔处，所述工控一体机设置在门式反力架的一侧，所述荷重传感器、位移传感器和水压传感器均与工控一体机电连接。
[0015]高应力、大直径的坝基深部粗粒土渗透试验装置的试验方法，包含以下步骤：
[0016]S01.分层填筑击实，制备试样，按照试验土体的颗粒级配曲线进行筛分，根据填筑干密度和填筑体积计算准备土体，将配比好的土颗粒加入水充分搅拌，使细颗粒充分包裹在粗颗粒周围，避免粗细颗粒分离，最后将搅拌好的土体分层填筑击实，在填筑过程中，控
制每层土体质量相同，保证击实到同样厚度，确保每层相对密度一致；在填筑下层试样之前切记将前一层试样表面进行刮毛，使得层与层之间紧密结合，填筑结束后，拍照记录试样初始状态；
[0017]S02.缓慢施加轴向压力，将上游侧多孔盖板水平的放置在试样表面，用水平仪进行量测，若未处于水平状态，则需要对试样表面重新整平，保证施加轴向压力的压力室活塞垂直作用于上游侧多孔盖板中心，以免出现偏心受压情况，施加轴向压力时，逐级缓慢施加，同时记录试样沉降量的变化，当试样沉降量不再变化时，施加下一级轴向压力，在轴向压力达到预定值后，记录试样的沉降量，作为上覆压力加载所产生的初始沉降量，并在后续试验中始终保持轴向压力不变；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.高应力、大直径的坝基深部粗粒土渗透试验装置，用于坝基深处高应力、大直径的粗粒土渗透稳定试验，其特征在于：包括轴向加压系统、渗透压力加载系统、流失细颗粒收集系统及数据采集系统，所述渗透压力加载系统设置在轴向加压系统上，所述流失细颗粒收集系统设置在渗透压力加载系统的底部，所述数据采集系统设置在渗透压力加载系统和轴向加压系统上。2.根据权利要求1所述的高应力、大直径的坝基深部粗粒土渗透试验装置，其特征在于，所述轴向加压系统包括机架平台、门式反力架和液压千斤顶，所述门式反力架包括反力架支柱和反力架横梁，所述反力架支柱设置在机架平台两侧，所述反力架横梁设置在反力架支柱的顶端，所述液压千斤顶设置在反力架横梁上。3.根据权利要求2所述的高应力、大直径的坝基深部粗粒土渗透试验装置，其特征在于，还包括滚排子部件，所述滚排子部件包括滚排框和滚排，所述滚排框设置在机架平台上，所述滚排设置在滚排框中并与滚排框转动连接。4.根据权利要求3所述的高应力、大直径的坝基深部粗粒土渗透试验装置，其特征在于，所述渗透压力加载系统包括渗透压力加载设备、进水管、水压测量孔，压力室顶盖、上游侧多孔盖板和压力室，所述渗透压力加载设备为移动水箱或精密调节控制的加压泵，所述压力室设置在滚排子部件上，所述水压测量孔均匀设置在压力室上，所述压力室顶盖设置在压力室上方，所述进水管设置在压力室顶盖上，所述上游侧多孔盖板设置在压力室中，所述渗透压力加载设备设置在机架平台的一侧，所述渗透压力加载设备与进水管相连通。5.根据权利要求4所述的高应力、大直径的坝基深部粗粒土渗透试验装置，其特征在于，还包括压力室活塞和推动架，所述压力室活塞设置在压力室顶盖上，所述推动架设置在上游侧多孔盖板上，所述压力室活塞与压力室顶盖滑动连接，所述压力室活塞与推动架相抵触。6.根据权利要求4所述的高应力、大直径的坝基深部粗粒土渗透试验装置，其特征在于，所述压力室包括有第一有机玻璃筒、第二有机玻璃筒、连接法兰和拉杆，所述第一有机玻璃筒和第二有机玻璃筒的两端均设置有连接法兰，所述第一有机玻璃筒和第二有机玻璃筒通过连接法兰相连通，所述拉杆均匀设置在连接法兰之间，用于提高压力室的结构强度。7.根据权利要求4所述的高应力、大直径的坝基深部粗粒土渗透试验装置，其特征在于，所述流失细颗粒收集系统包括下游侧多孔盖板、漏斗形出水口和出水管，所述漏斗形出水口设置在压力室的底端并与压力室相连通，所述下游侧多孔盖板设置在压力室与漏斗形出水口之间，所述出水管设置在漏斗形出水口的底部。8.根据权利要求4所述的高应力、大直径的坝基深部粗粒土渗透试验装置，其特征在于，所述数据采集系统包括荷重传感器，位移传感器、水压传感器和工控一体机，所述荷重传感器设置在液压千斤顶上，所述位移传感器设置在反力架横梁上，用于检测液压千斤顶的...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗玉龙，赵乐萱，邱子源，张兴杰，杨纳，张会豪，李澳，马晓旭，张光宇，王惠民，盛金昌，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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