具有渗流压力控制的粗粒土大型三轴试验仪制造技术

本发明专利技术提供了具有渗流压力控制的粗粒土大型三轴试验仪，包括依次连接的渗流调节模块、压力室和测量模块，渗流调节模块包括通过软管连接的高压气瓶和封闭水箱，封闭水箱连接水源，测量模块包括电子天平，电子天平上放置有盛水容器。本发明专利技术具有渗流压力控制的粗粒土大型三轴试验仪可以直接将渗流水压施加在试样上，可测得试样在不同围压、轴压、渗流水压等受力状态下的应力

【技术实现步骤摘要】
具有渗流压力控制的粗粒土大型三轴试验仪
[0001]本申请是名为《具有渗流压力控制的粗粒土大型三轴试验仪》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2021年01月08日，申请号为202110023873.4。


[0002]本专利技术涉及岩土工程、水利工程
，特别是涉及一种具有渗流压力控制的粗粒土大型三轴试验仪。

技术介绍

[0003]以砾石和沙粒为主的土称为粗粒土，这种材料广泛分布在自然界，具有压实密度大、透水性好、抗剪强度高、变形小、不易产生地震液化等优点，被大量应用于岩土、水利、桥梁等工程中。研究表明水利工程的粗粒土会出现破坏问题并造成结构失稳，如地基失稳、边坡滑移、渗透破坏。为了预防此类问题的发生，需要对粗粒土的抗剪强度、变形特性、应力
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应变关系等进行研究，进而提出改进措施。
[0004]粗粒土具有剪胀性、流变性，在不同受力条件下表现出不同的规律。粗粒土的研究多为三轴试验与本构模型。三轴试验研究内容包括单轴压缩、常规三轴、多级加载三轴压缩及三轴流变试验，主要研究试样在围压和轴压作用下试样的应力、应变、孔隙水压力等变化规律，以此观察土样在复杂应力条件下的抗剪强度特性。三轴试验仪包括常规三轴仪和真三轴仪，其中常规三轴仪有轴压σ1和围压σ2＝σ3两个压力，真三轴仪有σ1、σ2、σ3三个不同的压力，前者的试验结果偏安全，后者可以实现真正的三轴受力情况，用于研究复杂的加载过程。然而试验时试样易受扰动，并且存在缩尺效应，本构模型可以很好反映材料的应力
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应变关系，但模型参数的影响因素较多。粗粒土的多数本构模型是以三轴试验为基础，所以三轴试验的可靠性对粗粒土模型的研究至关重要。
[0005]目前，粗粒土的大型三轴试验仪包括三轴压力室，并配备有轴压系统、侧压系统和孔隙水压力测读系统等，可以完成粗粒土的固结排水、固结不排水、不固结不排水的常规三轴试验。通过对试样施加围压与轴压测得试样的应力
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变形关系和强度。三轴仪完整地反映试样受力变形直到破坏的全过程，且试样内应力和应变相对均匀，状态明确，量测简单可靠；可以控制排水条件，测得试样内的超静孔隙水压力，模拟不同的工况，进行不同应力路径的试验。
[0006]水利工程的工作环境离不开水，坝体内部、地基、岸坡均存在渗流现象，但是目前的三轴仪不能够给试样稳定地施加渗流水压，仪器制约着粗粒土的相关研究。因此，进一步研究粗粒土的大型三轴试验仪的渗流控制系统，对大坝的变形问题、渗流问题具有重要意义。

技术实现思路

[0007]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种具有渗流压力控制的粗粒土大型三轴试验仪。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]具有渗流压力控制的粗粒土大型三轴试验仪，包括依次连接的渗流调节模块、压力室(1)和测量模块，所述渗流调节模块包括通过软管连接的高压气瓶(2)和封闭水箱(3)，所述封闭水箱(3)连接水源(4)，所述测量模块包括电子天平(5)，所述电子天平(5)上放置有盛水容器(6)；所述封闭水箱(3)通过进水管(7)与压力室(1)底端连接，所述盛水容器(6)通过出水管(8)与压力室(1)顶端连接；所述高压气瓶(2)与封闭水箱(3)之间设有第一阀门(9)，所述封闭水箱(3)与水源(4)之间设有第二阀门(10)，所述出水管(8)与盛水容器(6)之间设有第三阀门(11)；所述封闭水箱(3)内设有压强传感器(12)；所述压力室(1)顶部内侧设有流速传感器(13)，底部内侧设有孔隙水压力计(14)；所述压力室(1)顶部还设有排气孔；所述压力室(1)底部还设有压力阀，所述高压气瓶(2)上还设有压力表(15)；
[0010]粗粒土大型三轴试验仪的在实验过程中控制渗流水压的具体步骤包括：
[0011]步骤1：按试样体积和试样质量控制试样密度，称出试验所需质量的粗粒土材料，均分成5份，每份按照不同粒径组分别称取，并拌合均匀；
[0012]步骤2：把乳胶膜用环形橡皮筋套在压力室(1)的底座上，然后把成膜筒通过螺栓固定到压力室(1)底座上，把乳胶膜外翻到成膜筒上沿，并使其顺直和紧贴成膜筒内壁，在压力室(1)的底座上放置透水板，打开第二阀门(10)，使试样底座透水板充水至无气泡逸出，关闭第二阀门(10)；
[0013]步骤3：在步骤2中的透水板上依次放入滤纸和滤网，防止试样中的细小颗粒进入仪器内部，在乳胶膜内装入第一层土料，人工夯实到预定高度后，在以同样方式填入第二层土料，在每层接触面需要凿毛，如此继续直至装完最后一层，整平表面，再加上滤网、滤纸、透水板与试样帽，扎紧乳胶膜；
[0014]步骤4：将压力室(1)顶盖处用于连接出水管(8)的预留孔接入真空泵的抽气管，打开真空泵从试样顶部抽气，使试样在负压30kPa下直立，去掉成膜筒，检查橡皮膜，如有破裂，立即进行粘补；
[0015]步骤5：安装压力室(1)，打开压力室(1)顶部的排气孔，向压力室(1)注满水后，关闭排气孔；
[0016]步骤6：试样采用抽气饱和法，从试样顶部抽气，使试样内部形成负压，打开第二阀门(10)和压力阀，从试样底部向压力室(1)进水，在负压作用下，水由下而上使得试样逐渐饱和，当试样顶部有水溢出时，再持续进水一段时间，至排水管内无气泡排出时，停止抽气，试样饱和过程完成；
[0017]步骤7：对饱和后的试样施加围压进行固结，达到指定的围压；
[0018]步骤8：待围压稳定后，给试样施加渗流水压，先给封闭水箱(3)内注满水，调整第一阀门(9)和第二阀门(10)，使气体压着封闭水箱(3)内的水从试样的底部向上流，从顶部溢出，可以通过封闭水箱(3)内的压强传感器(12)和试样进水口孔隙水压力来反调节气压与水压，同时，用测量系统测此时流出的水的流速，调整多个阀门使得封闭水箱(3)内的水位保持稳定，并且试样上部的排水管流出的水量稳定，建立气压
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孔隙水压
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流量的相关关系，联合调节渗流调节系统气压参数，使得试样内部形成自下而上稳定的渗流水压；
[0019]步骤9：对于常规三轴试验，让试样保持在固定的围压与渗流水压下，逐渐给试样增加轴向压力，测得试样的应力
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应变关系；
[0020]步骤10：对于流变试验，让试样保持在固定的围压与渗流水压下，分别维持每一级轴向压力稳定一段时间，加荷初期参照常规三轴剪切试验方法的要求读取试样的轴向变形和体积变形值，变形趋稳后每隔数小时记录试样的轴向变形和体积变形值。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的优越效果在于：
[0022]本专利技术为粗粒土三轴试验考虑渗流作用提供一种可行的手段，将渗流水压作为一种外力施加到室内三轴试验中。通过对试样的底部、顶部各接一个水管，底部进水管连接渗流调节系统，顶部出水管连接测量装置，即可在考虑围压、轴压等压力的同时加入渗流水压，利用水箱将高压气瓶中的气压转化为水压的形式施加在试样上。该装置可以直接将渗流水压施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有渗流压力控制的粗粒土大型三轴试验仪，其特征在于，包括依次连接的渗流调节模块、压力室(1)和测量模块，所述渗流调节模块包括通过软管连接的高压气瓶(2)和封闭水箱(3)，所述封闭水箱(3)连接水源(4)，所述测量模块包括电子天平(5)，所述电子天平(5)上放置有盛水容器(6)；所述封闭水箱(3)通过进水管(7)与压力室(1)底端连接，所述盛水容器(6)通过出水管(8)与压力室(1)顶端连接；所述高压气瓶(2)与封闭水箱(3)之间设有第一阀门(9)，所述封闭水箱(3)与水源(4)之间设有第二阀门(10)，所述出水管(8)与盛水容器(6)之间设有第三阀门(11)；所述封闭水箱(3)内设有压强传感器(12)；所述压力室(1)顶部内侧设有流速传感器(13)，底部内侧设有孔隙水压力计(14)；所述压力室(1)顶部还设有排气孔；所述压力室(1)底部还设有压力阀，所述高压气瓶(2)上还设有压力表(15)；粗粒土大型三轴试验仪的在实验过程中控制渗流水压的具体步骤包括：步骤1：按试样体积和试样质量控制试样密度，称出试验所需质量的粗粒土材料，均分成5份，每份按照不同粒径组分别称取，并拌合均匀；步骤2：把乳胶膜用环形橡皮筋套在压力室(1)的底座上，然后把成膜筒通过螺栓固定到压力室(1)底座上，把乳胶膜外翻到成膜筒上沿，并使其顺直和紧贴成膜筒内壁，在压力室(1)的底座上放置透水板，打开第二阀门(10)，使试样底座透水板充水至无气泡逸出，关闭第二阀门(10)；步骤3：在步骤2中的透水板上依次放入滤纸和滤网，防止试样中的细小颗粒进入仪器内部，在乳胶膜内装入第一层土料，人工夯实到预定高度后，在以同样方式填入第二层土料，在每层接触面需要凿毛，如此继续直至装完最后一层，整平表面，再加上滤网、滤纸、透水板与试样帽，扎紧乳胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：温立峰，杨莹，李炎隆，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：