[实用新型]一种多功能岩土三维模型试验装置

说明书

本实用新型涉及一种多功能岩土三维模型试验装置，包括：试验箱，其内部具有用于压制试验土样的制样空间；第一加载气囊，设置在试验箱内顶部，并通过顶面加载板与试验土样的顶面接触，用于向试验土样施加轴向加载力；第二加载气囊，设置在试验箱内一侧，并通过侧面加载板与试验土样的侧面接触，用于向试验土样施加径向加载力；充气加压装置，分别与第一和第二加载气囊连接。本实用新型既可以用于制样，也可以用于加载，不仅能够模拟平面双轴应力状态或三维状态，可以对较大尺寸的试样进行试验，还可以进行尾矿竖向沉积试验；同时，可以进行物态场、温度场、渗流场、应力变形场的耦合试验，测定在多物理场作用下的土体的物理状态、力学行为、渗流特性和温度分布。

技术领域

本实用新型涉及一种岩土工程领域研究土工结构物中关键区域工程性质的模型试验装置，特别是关于一种测定含有薄弱带的土体在渗流场、温度场、应力变形场耦合作用下的物理、力学、渗流和热学特性的多功能岩土三维模型试验装置。

背景技术

在岩土工程领域，土工结构物中常存在薄弱带。对防渗结构物而言，薄弱带是指夹杂在其中的渗透性显著较大的土层或条带状土体(如防渗黏土层中夹杂的砂土层或土石坝心墙中夹杂的碎石料条带等)，这种存在薄弱带的防渗结构物在一定的条件下可能会产生各种各样的渗透破坏。而对有承载力要求的土工结构物而言，薄弱带是指软弱夹层、剪切带等强度较低的土体，在一定条件下会导致土工结构物失稳或变形过大。上述一定条件是指在渗流和外力的作用下所形成的复杂的物态场、渗流场、应力变形场，有时还存在热力条件的变化，还要考虑温度场。因此，岩土工程的安全问题常涉及复杂的多场耦合作用，需要测定薄弱带附近关键区域的物理、力学、渗流和热力特性，并进一步揭示耦合作用机理是进行工程行为分析和安全评价的基础。

目前，对上述复杂的多场耦合作用，在机理层面的研究还不深入，所建的数学模型也难以得到有效的验证，其根本原因在于缺乏有效的综合模型试验装置和方法。

研究这类问题常用的方法有离心模型试验、基于三轴仪的多场耦合试验和模型箱试验：离心模型试验是先进的土工试验设备，但体积庞大，试验过程复杂，成本较高。基于三轴仪的多场耦合试验，如申请号为201510409634.7的中国发明专利公开了一种非饱和土多场耦合的三轴试验系统及其方法，其优点是在传统三轴试验仪的基础上进行改进，能方便地进行多场耦合试验，但缺点是受到三轴仪规模的限制，试样的尺寸较小，无法进行存在三维薄弱带的试验，也难以模拟复杂边界条件下的渗流问题。在传统三轴试验的基础上改进形成的试验装置，在试验时，制样和试验的装置是不同的，也因此难以用于不易成形的土的试验，如尾矿砂等。模型箱试验，如已有文献《土中剪切带扩展机理研究和扩展过程模拟》的模型试验箱，可以进行平面应变条件下的预设裂缝扩展试验，其缺点是不能进行渗流和温度变化及其与应力耦合相关的三维试验。

由此可见，在已有的技术中，尚未有装置能够进行存在薄弱带的岩土体物态场、温度场、渗流场、应力变形场耦合三维试验。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够测定含有薄弱带的土体在渗流场、温度场、应力变形场耦合作用下的物理、力学、渗流和热学特性的多功能岩土三维模型试验装置。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种多功能岩土三维模型试验装置，包括：试验箱，所述试验箱内部具有用于压制试验土样的制样空间；第一加载气囊，设置在所述试验箱内顶部，并通过顶面加载板与所述试验土样的顶面接触，用于向所述试验土样施加轴向加载力；第二加载气囊，设置在所述试验箱内一侧，并通过侧面加载板与所述试验土样的侧面接触，用于向所述试验土样施加径向加载力；充气加压装置，分别与所述第一加载气囊和第二加载气囊连接。