[发明专利]在水土化学作用下土的三轴试验装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及特殊环境下土的试验技术，尤其涉及在水土化学作用下土的三轴试验装置及其方法。

具体地说，本发明涉及到不同浓度酸、碱、盐等化学溶液化学作用下土的变形特征和强度的测试，涉及到海底水合物开采过程中水合物分解造成海水盐分浓度变化引起土体的变形、以及土体污染各离子浓度增大、极端气候下土体干旱/洪涝循环导致离子浓度循环等特殊情况下土体的变形特性和强度衰减规律的研究。

背景技术

现代社会面临能源短缺和环境污染等重重问题，天然气水合物的发现为解决能源危机提供了一条新的途径，垃圾填埋也为环境污染防治提供了一个新的思路，但是这些也都涉及一个同样重要的科学问题——孔隙水与土体的化学作用下土体的力学特性变化规律。海底天然气水合物的分解释放的产生的水使附近海水淡化、垃圾分解产生的相关化学盐分向防渗层的渗透扩散，这些过程都会使原本水-土平衡状态发生改变，引起相关土层的力学特性的变化，以致发生一些工程事故和灾害；另外，在含矿物成为较为丰富土体中，极端气候下土体干旱和洪涝灾害循环的变化孔隙水矿物浓度，致使土体发生循环变形和疲劳破坏，以致发生开裂、滑坡等自然灾害。因此，研究水-土化学作用影响下土体的变形和强度特性的演变规律具有非常重要的理论意义和工程实践意义。

目前关于水-土物理化学作用影响下土体的变形和强度特性研究尚处于起步阶段，很多试验都是在原有仪器上采用不同浓度的化学溶液饱和试样进行土工试验，这种方法很难模拟研究化学溶液渗流和扩散过程中土体的变形特征以及强度演化规律。经过检索，目前尚没有较为成熟的能有效模拟水-土化学作用影响下土体力学特性的试验装置和方法被公开或使用。

    

发明内容

本发明的目的在于提供一种在水土化学作用下土的三轴试验装置及其方法。

本发明的目的是这样实现的：

本试验装置能测试两类试验，一类是测定研究含不同化学物质和不同浓度孔隙水土体的三轴力学特性；二类是研究恒定受力条件下孔隙水溶液置换过程中土体的变形规律。第一类试验：通过试样和混合液液容器中的孔隙水溶液的缓慢循环置换作用，在一定时间（大概24h）内使试样孔隙水和混合液容器溶液的化学成分和浓度达到平衡，此时通过测定混合液容器中溶液的化学成分和浓度就可以对孔隙水的化学成分和浓度进行确定，从而可以在进行应变式剪切试验后分析孔隙水化学成分和浓度对土体试样力学强度特性影响规律；第二类试验：对于施加一定应力的土样通过缓慢循环改变孔隙水的化学成分和浓度，研究孔隙水化学成分和浓度改变情况下土体试样力学特性的变化规律。对于第一类试验，该装置能有效准确的测定孔隙水溶液的化学成分和浓度，保证了孔隙水化学成分和浓度对土体力学特性影响规律的准确分析；对于第二类试验，该试验装置和方法能有效模拟研究水溶液渗流对土体的变形、强度等力学特性的影响，并且结构相对简单，造价低廉，可以为大多数科研、勘察和环评单位装备。

本发明提供的试验装置和方法，有效解决了孔隙水化学成分和浓度的准确测定问题，并且能够分析水溶液于土体渗流对土体力学特性造成的影响，为深入研究水-土化学作用对土体力学特性的影响提供的技术保证和支持，有力的推进了该项研究的深入发展。

在本试验装置的基础上，形成了一套测试水-土化学作用影响下土体三轴力学参数的方法，该方法测的力学参数较为准确，能反映现实客观情况。

具体地说：

一、在水土化学作用下土的三轴试验装置（简称试验装置）

本试验装置的结构是：

顶架位于底架之上，用螺栓拧紧连接；