[发明专利]一种可控排水速率式堆石料侧限压缩试验装置及方法

说明书

本发明公开一种可控排水速率式堆石料侧限压缩试验装置及方法，颗粒材料力学研究技术领域，用于大坝的水位升降存在一定的时间规律，难以很好地对此进行模拟的技术问题。其中装置，包括容器、排水阀门、用于测量瞬时排水量的流量计装置以及控制系统；容器上设置有出水口，排水阀门安装在出水口处，流量计装置安装在排水阀门上，控制系统与流量计装置以及排水阀门连通，控制系统根据确定的排水阀门开启量与流量计装置瞬时排水量的系数关系，在流量计装置的瞬时排水量发生变化时，调节排水阀门的实际开启量。上述试验装置及方法结构简单、易于操作，有利于该领域室内试验的开展，有利于促进堆石料湿化变形理论方面的研究，具有很高的实用性。

技术领域

本发明涉及颗粒材料力学研究技术领域，尤其涉及一种可控排水速率式堆石料侧限压缩试验装置及方法。

背景技术

堆石料具有易于压实,压实后强度高、变形小等特点,被广泛应用于土石坝工程建设。

对堆石填筑体而言，过大的变形可能会使心墙和堆石体之间产生显著差异，影响坝体不同分区间变形的协调发展；也容易使面板产生脱空，对坝体防渗体系产生不利影响，进而危及整体工程的安全运行。因此，变形控制将是高土石坝建设的关键问题，开展堆石料的长期变形研究十分必要。堆石料的长期变形可以简单概括为以下几个方面，即:坝体建成后恒定应力条件下的流变变形；蓄水引起的湿化变形；运行期库水位升降变化引起的应力循环变化产生的变形，以及其他如坝料干湿循环、温度循环等可能导致堆石材料性质劣化的因素引起的变形。

土石坝尤其是高土石坝坝体竣工后均存在显著的长期变形。变形控制是土石坝建设的关键问题。其中流变变形作为坝体长期变形重要的组成部分，流变变形特性愈来愈受到工程研究者的重视。沈珠江等根据试验提出了3参数流变计算模型，并对4座已建堆石坝的观测资料进行反馈分析，得出了软岩堆石料、砂砾料和普通堆石料的流变参数范围。梁军等通过在大型压缩仪进行堆石料的流变试验，研究了面板坝堆石料的流变变形机理和变形规律，并对试验数据进行了拟合和分析，发现堆石料的流变变形随时间呈指数衰减变化。

堆石体流变的影响因素很多，如堆石颗粒强度、颗粒级配特征、填筑密度、所受荷载的变化。岩土材料由于矿物成分和成因的不同，其工程特性往往差异明显，因此针对某一类堆石料，确定其流变模型参数较为困难，而其他工程堆石料的流变资料参数对于新建工程的设计计算并不一定适用。因此，确定堆石料的流变模型参数应通过室内流变试验确定。

而所谓堆石料的湿化变形是指堆石料由干态遇水变成湿态时所产生的变形，是产生堆石坝后期变形的主要因素之一。在堆石坝建设或运行过程中，由于水库蓄水、水位上下波动、雨水浸入坝体等原因，堆石材料将由干变湿，发生不同程度的软化，颗粒接触棱角处可能发生破碎，从而使填筑体内部组构发生调整，导致堆石体产生明显的湿化变形，可能使坝体产生局部湿陷，进而造成局部裂缝危及大坝安全。堆石料是堆石坝的主要填筑材料，研究其在干湿循环条件下的变形特性，有利于我们更好地理解堆石坝在长期运行过程中的变形规律，防止不均匀沉降和渗流破坏。针对堆石材料的湿化变形，1972年，Nobari和Duncan结合一些坝体的监测资料，研究了蓄水情况下土石坝应力应变的发展规律，着重研究了水对材料性质的影响。自此以来，针对不同工程填筑堆石材料，已有许多学者开展了丰富的湿化试验研究，并建立了多种堆石坝湿化变形模型。目前国内外许多学者对堆石料初次浸水湿化变形进行了细致的研究，例如通过单线法与双线法来研究湿化变形量及其影响因素。

尽管现有的对堆石料流变变形和湿化变形的试验方法及其研究取得了一定的成果，但是还存在一些不足。比如，“双线法”不能反映等压应力状态下的湿化变形，且有关资料显示其计算的湿化变形量偏小，偏小值对于工程而言是不安全的；“单线法”由于试验中误差难以避免，离散型较大，采用不同的研究手段，所得结论不一致，统一的规律性较差；在进行堆石料流变变形试验时，并未对堆石料排水速率加以控制，而现实中，大坝的水位升降存在一定的时间规律，难以很好地对此进行模拟；流变变形与湿化变形试验大多为三轴试验，缺少单轴压缩变形试验研究。

发明内容