[发明专利]一种模拟水库消落带岩石湿干循环的三轴试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟水库消落带岩石湿干循环的三轴试验装置及试验方法，属于岩土工程技术领域。

背景技术

水库水位周期性变化引起岸坡消落带内岩石地下水渗入和渗出，并带走岩石孔隙中的部分矿物，使岩石发生损伤，当损伤累积到一定程度，其强度将发生大幅度降低，甚至导致岩石的开裂破坏，严重者将引起岸坡的失稳。因此，为了合理评价库水位周期性变化条件下岩质岸坡的稳定性，需要通过试验确定库水位周期变化条件下岸坡消落带内的岩石强度。

目前对库水位周期变化条件下岸坡消落带内岩石强度的传统测试方法，是依据《水利水电工程岩石试验规程》(SL264-2001)将岩样全部浸入在水中自由吸水48小时后取出，将该岩样放入干燥箱，进行40±5℃下干燥24小时后取出，至此，完成水库水位一个周期变化条件下消落带内岩石的“湿干循环”过程。对于年调节和多年调节的水库岸坡消落带内岩石，在一年当中至少经历六个月的库水浸泡和六个月暴露在大气环境中，传统方法显然不能严格模拟试件的长期浸泡过程和自然干燥过程，原因在于该方法的浸泡时间仅为48小时、干燥时间仅为24小时；一般而言，消落带内岩石需经历几个库水位变化周期后，其强度才发生明显变化，如果严格按照年调节或多年调节水库水位变化周期，进行消落带内岩石强度的室内测试，则需要耗时几年的时间，这无疑使室内试验的效率极其低下。

发明内容

本发明的目的在于针对传统试验方法将库水位周期性变化条件下消落带内岩石试件置于无围压条件下进行浸泡和干燥，而不能模拟水库消落带岸坡岩石有围压状态的不足；针对库水位周期性变化条件下消落带内岩石强度测试试验效率低下的不足；提供一种可模拟水库水位周期性变化条件下消落带岩石原始应力状态、提高岩石强度测试试验效率的三轴试验装置及试验方法。

为解决上技术问题，本发明的目的是这样实现的：

一种模拟水库消落带岩石湿干循环的三轴试验装置，包括手动油泵，加压泵，渗流泵，底座，反力架，底座固定安装在反力架上，反力架上设轴向变形测量表；

底座上方设有三轴压力室，三轴压力室内设有围压室，三轴压力室外侧设有加热装置；

底座设有输油管、输水管，输油管一端连接手动油泵，另一端通向围压室，输水管连接渗流泵，渗流泵连接手动油泵；

反力架上方设有千斤顶，千斤顶上固定有活塞，活塞内设有出水管。

所述输油管通过蓄能皿连接手动油泵。

所述渗流泵通过加压泵连接手动油泵。

所述底座设有锁紧圈，锁紧圈用于锁紧底座与三轴压力室。

一种模拟水库消落带岩石湿干循环的三轴试验方法，由以下步骤构成：

步骤一：用橡胶套把岩石试件包好，放置在三轴压力室中央，待岩石试件放置合适后，用锁紧锁紧底座与三轴压力室，打开围压系统，由手动油泵将油液经输油管输送到岩石试件外围的围压室内；

步骤二：手动油泵提供压力，推动渗流泵内的水体经输水管连续不断地向三轴压力室输送，当达到模拟库水浸泡的时间时，停止向岩石试件输水；

步骤三：保持岩石试件的围压不变，将加热装置的开关打开，以试验设定的加热温度给围压室内的油加热，通过热量传递，对完成浸泡过程的岩石试件进行加热，当出水管中的空气含水量与岸坡空气中的含水量相等时，关闭加热装置，停止向岩石试件加热；

步骤四：手动油泵按应力或应变加载方式向千斤顶施加压力，千斤顶推动下部活塞向岩石试件施加轴向荷载，由轴向变形测量表测出岩石试件在压缩过程中应变值的大小，在保持消落带内岩石原有应力状态不变的条件下，压缩岩石试件至最终破坏；

通过上述步骤完成模拟水库消落带岩石湿干循环的三轴试验方法。

所述步骤一中试验围压根据岸坡岩石的实际围压大小确定后，由手动油泵将油液经输油管输送到岩石试件外围的围压室内，通过蓄能皿进行稳压。

所述步骤二中手动油泵向加压泵内提供压力，推动渗流泵内的水体经输水管连续不断地向三轴压力室输送，经岩石试件底部向上入渗，渗出的水经出水管排出。

本发明一种模拟水库消落带岩石湿干循环的三轴试验装置及试验方法的有益效果如下：

1.将岩石试件放置在有围压的压力室内进行浸泡和干燥，从而在不改变岸坡岩石环境应力状态情况下，实现经历多次湿干循环后岩石的强度测试；

2.在保持岩石试件围压不变的条件下，以通过岩石试件的渗水量相等为依据，采用增加试件轴向水压力的方式，缩短库水的长期浸泡引起库水渗入或渗出岩石的时间；