[发明专利]一种具备振动排水测试功能的固结试验装置及方法

说明书

一种具备振动排水测试功能的固结试验装置及方法，装置包括底座、支架、卷扬机、施力砝码、传力杆、储料筒及支座；施力砝码通过卷扬机的牵引钢丝绳悬吊于支架顶部，传力杆位于施力砝码与储料筒之间；储料筒内部设有振动排水机构；储料筒内填充砂土试样后，砂土试样顶部、中部和底部各自设有排水量测量部件。方法步骤为：制备砂土试样；向储料筒中填装砂土试样；安装传力杆并压在砂土试样表面；释放施力砝码，使砝码全部自重施加到传力杆上，完成砂土试样静载荷加载；启动振动排水机构内激振器，按照设定值输出激振频率和激振力，砂土试样在静载荷保持不变的前提下完成动载荷加载；测量排水量；调整施力砝码质量、激振频率和激振力，进行对比试验。

技术领域

本发明属于室内固结试验技术领域，特别是涉及一种具备振动排水测试功能的固结试验装置及方法。

背景技术

所谓固结，即砂土体在外加载荷作用下，由于超静孔隙水压力的消散而导致有效应力增加的过程，并且渗流与变形将贯穿固结过程的始终。

在较长时间内，传统的固结试验确实很好的满足了工程和科研的需要，但随着技术的不断发展，对固结问题的研究要求也越来越高，需要测量的内容也越来越丰富，传统的固结试验中需要测量的内容包括压缩系数、压缩指数、回弹指数、先期固结压力和固结系数等，而新增加的测量内容包括外加载荷作用下超静孔隙水压力消散情况、卸荷作用下孔隙水回流问题等，因此需要将固结试验中试样排出的孔隙水进行收集，但传统的固结试验装置并不具备该功能，为了满足研究需要，后来的固结试验装置逐渐增加了孔隙水收集功能。

固结问题发展至今，提升排水速度已然成为一个重要的研究课题，许多实际工程问题都涉及到固结排水的提速，例如软土地基加固以及尾矿坝加速固结等，为此，相关学者便提出了一种全新的设想，即通过振动排水方式来加速固结，具体就是通过人工震源来建立波动场，并将一定频率的机械波传至某一深度范围的砂土体内部，使砂土体在波动的作用下快速高效的完成固结。

但是，现阶段已有的固结试验装置，还不具备在固结试验中对振动排水效果进行测试的能力，因此，若想测试振动排水效果，则需要用到动三轴试验仪，并通过动三轴试验仪测试试样在动载荷作用下的反应特性，在初始固结阶段，先轴向施加可促进试样固结的静载荷，以使试样达到静载荷作用下所需的状态，但当轴向施加动载荷后，原本的轴向静载荷作用将消失，因此也就无法测试静载荷保持不变的前提下施加动载荷时试样的反应状况，进而也无法考察动载荷与初始静载荷联合作用下试样的反应状况。

而在实际工程中，往往需要在静载荷保持不变的前提下施加动载荷进行排水，例如在尾矿坝内安装排水管，并设想通过排水管输出振动进行振动排水，由于尾矿坝的固结属于自重固结，在进行振动排水时，固结压力是依然存在的，但振动排水所施加的动载荷作用于尾矿坝时，很有可能导致垮坝等严重的安全隐患。

因此，想要将振动排水技术实际应用于尾矿坝中进行加速固结，必须要进行严谨的室内实验，并且在室内试验中真实模拟尾矿坝的实际工况，此时获得的试验数据才更加真实可靠，而已有的固结试验装置与动三轴试验仪的组合是无法满足要求的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种具备振动排水测试功能的固结试验装置及方法，能够测试静载荷保持不变的前提下施加动载荷时试样的反应状况，实现考察动载荷与初始静载荷联合作用下试样的反应状况，能够真实模拟尾矿坝的实际工况，保证试验数据更加真实可靠。