[发明专利]测定土-结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置及方法

说明书

本发明涉及一种测定土‑结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置，包括三轴系统、压力加载系统、土颗粒收集系统和数据采集系统；所述三轴系统包括压力室；所述压力加载系统包括输入水头面板、输出水头面板和围压控制面板；所述土颗粒收集系统包括锥形排水管、土颗粒收集器、精密天平和浊度计；所述数据采集系统与输入水头面板、输出水头面板、围压控制面板、浊度计以及精密天平分别相连；所述压力室与围压控制面板相连；所述顶帽与输入水头面板相连；所述土颗粒收集器与输出水头面板相连；所述锥形排水管与土颗粒收集器相连。本发明可实现不同围压，不同界面粗糙度下对界面渗透侵蚀特性的试验研究，监测界面渗流的开始、发展到最终破坏的全过程。

技术领域

本发明涉及岩土工程土工试验技术领域，具体涉及一种测定土-结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置及方法。

背景技术

土-结构物界面广泛的存在于水利、土木、建筑以及交通等工程中，与常规均质土体或结构物不同，其不连续性显著改变了土体内部颗粒的排列方式。因而，土-结构物界面的力学特性存在明显的弱化现象，在外部应力作用下，土-结构物界面常率先发生破坏。可见，土-结构物界面极大的增加了土-结构物复合体的复杂性，使得复合体与土体表现出极大的差异性，一方面改变了复合体的破坏界面，另一方面使得其较早的进入破坏阶段。当土体长期受渗流作用，土-结构物界面的存在又诱导了优先渗流通道的形成，可能导致界面处土颗粒的冲刷，甚至渗透破坏，进一步加速土-结构物的失稳，危及结构物的安全。因此探明土-结构物界面的渗透特性，揭示其力学性质的复杂性，对合理评价结构物的安全性具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种测定土-结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置及方法，实现含界面试样渗透侵蚀过程，有利于数据化土-结构物界面渗透过程动态变化，再现渗透侵蚀路径，直观地揭示界面渗透性能的动态演化规律。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种测定土-结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置，包括三轴系统、压力加载系统、土颗粒收集系统和数据采集系统；所述三轴系统包括压力室；所述压力加载系统包括输入水头面板、输出水头面板和围压控制面板；所述土颗粒收集系统包括锥形排水管、土颗粒收集器、精密天平和浊度计；所述数据采集系统与输入水头面板、输出水头面板、围压控制面板、浊度计以及精密天平分别相连；所述压力室与围压控制面板相连；所述顶帽与输入水头面板相连；所述土颗粒收集器与输出水头面板相连；所述锥形排水管与土颗粒收集器相连。

进一步的，所述压力室设有顶帽、多孔透水板、高渗透性土工织物、土体、结构物、多孔板和中空底座；所述结构物中空底座内部；所述土体包裹于结构物外侧；所述多孔板安放于中空底座上部用于填放试样；所述高渗透性土工织物铺设于试样上层；所述多孔透水板以及顶帽依次设于高渗透性土工织物上方。

进一步的，所述压力室内还设有乳胶膜用于密封圆柱形样品的侧面。

进一步的，所述多孔板设置有均匀分布的圆孔，开孔大小由待测土样颗粒级配决定，多孔板安放于中空底座上部，用于承载试样。

进一步的，所述土颗粒收集器通过软管与输出水头面板相连；所述土颗粒收集器出水软管处设置滤网分离被侵蚀土颗粒，当试样土体为砂质土时，采用精密天平，监测渗流过程侵蚀量变化；当试样土体为黏性土时，在土颗粒收集器进水软管出水口加设浊度计，实时测量渗流侵蚀量。

一种测定土-结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤S1:制备试样，包括土样制备和结构物制备；

步骤S2:将承膜筒放置在干净的试验台上，承膜筒内置乳胶膜，且确保橡皮膜附着在模具的内壁上，将结构物安置于承膜筒中心，在余下空间中分层填筑土样，均匀的分五层进行，每次填筑相同质量土样；