[发明专利]一种测定土体与结构物接触面渗流冲刷特性的试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种土的力学特性测试装置，特别是关于一种测定土体与结构物接触面渗流冲刷特性的试验装置。

背景技术

在土体与结构物接触面处，由于土体与结构物的物理力学性质的差别，在各种荷载作用下常产生较大的剪切错位变形现象。若土体处于水位以下及复杂的渗流场中，则大剪切变形后可能引发接触面部位土体的冲刷及渗透破坏，危及土工结构物的安全。例如，高土石坝心墙与岸坡的接触面处是可能发生大剪切变形的危险部位之一，该部位的渗流冲刷是造成土石坝渗透破坏事故的一个主要原因。因此，大剪切变形条件下接触面部位土体的抗渗流冲刷特性的研究具有重要的工程实用价值，关系到能否正确合理地评价土工建筑物的安全可行性。

进行土体与结构物接触面在大剪切变形条件下的渗流冲刷试验是研究和解决上述问题的一个基本手段。传统的接触面剪切试验装置只能单方面测定土体与结构物接触面的应力变形特性，而传统的渗流冲刷试验装置只能测定土体不发生剪切变形条件下的抗渗流冲刷特性，测定接触面部位土体在大剪切变形条件下的渗流冲刷特性的能力还不足。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种测定土体接触面渗流冲刷特性的试验装置，该装置能够在平行于和垂直于接触面剪切方向上对土体进行渗流冲刷试验，为分析土体在不同应力变形条件下的抗渗流冲刷能力提供数据基础。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种测定土体与结构物接触面渗流冲刷特性的试验装置，包括底座、顶帽和置于所述底座、顶帽之间的试样，所述底座、顶帽、试样置于三轴剪切仪中，所述试样由一接触面板以及与接触面板紧密接触的两块土样组成，其特征在于：所述顶帽上设置有平行于接触面剪切方向渗流进水管路和垂直于接触面剪切方向渗流进水管路，所述底座上设置有平行于接触面剪切方向渗流出水管路和垂直于接触面剪切方向渗流出水管路，所述平行于接触面剪切方向渗流进水管路和渗流出水管路相对于所述接触面板上、下相对应，所述垂直于接触面剪切方向渗流进水管路和渗流出水管路相对于所述接触面板两侧相对应；各所述渗流进水管路的进水端和各所述渗流出水管路的出水端均设置有阀门，各所述渗流出水管路与测量系统连接。

所述底座、顶帽、试样外围包裹有密封膜，所述密封膜外围施加有周围压力水。

所述接触面板的上、下两端均长于所述土样。

所述底座底部为一圆台，中间部分为一椭圆形凸台，椭圆形凸台顶部为一长方形平台，长方形平台与椭圆形凸台之间具有渐近的过渡斜面，从所述长方形平台中部向下开设有矩形深槽，所述矩形深槽的横截面尺寸和所述接触面板的横截面尺寸相匹配，所述矩形深槽内侧底部置有弹簧，所述平行于接触面剪切方向渗流出水管路自所述矩形深槽底部向外引出，所述垂直于接触面剪切方向渗流出水管路自所述底座上的过渡斜面向外引出。

所述顶帽的上部为轴向压力传动杆，中间部分为椭圆形凸台，椭圆形凸台底部为长方形平台，所述长方形平台与椭圆形凸台之间具有渐近的过渡斜面，所述平行于接触面剪切方向渗流进水管路自所述椭圆形凸台引入，从所述长方形平台底部引出，所述垂直于接触面剪切方向渗流进水管路自所述椭圆形凸台引入，从所述顶帽上的过渡斜面引出。

所述顶帽上的长方形平台和所述接触面板的横截面尺寸相匹配。

本发明由于采取以上技术方案，与现有技术相比具有以下优点：本发明试验装置建立在现有技术三轴剪切仪基础上，简单改变三轴剪切仪底座的形状，并在底座内设置平行及垂直于接触面剪切方向的渗流出水管路，底座上设置试样放置平台及接触面板剪切移动的凹槽；在底座上方配套设置顶帽，顶帽上设置平行及垂直于接触面剪切方向的渗流进水管路。顶帽与底座之间放置土样及接触面板，土样放置在底座平台上，接触面板置于底座深槽中并在下部用弹簧支撑。从顶帽上施加压力使接触面板向下移动与土样发生剪切错动，并通过进水管路加水渗流，土样与接触面板之间的接触面发生剪切变形的同时实现渗流冲刷。在进、出水管路上均设置有阀门，可以独立进行平行于剪切方向的渗流试验，也可以独立进行垂直于剪切方向的渗流试验。本发明实现了土体与结构物接触面剪切变形的同时，又进行渗流冲刷特性测量的目的。

附图说明

图1是本发明提供的一种接触面渗流冲刷试验装置的结构示意图。

图2是本发明提供的底座结构剖面图。

图3是本发明提供的顶帽结构剖面图。

图4是图3的仰视示意图。