[发明专利]复杂应力状态下岩土材料渗透变形测试方法及测试装置

说明书

本发明公开一种复杂应力状态下岩土材料渗透变形测试方法及测试装置，该测试方法包括如下步骤：制作圆柱体试样，测量记录试样尺寸；将试样放置于压力室中并将压力室封闭，伺服控制加载围压至目标值，保持围压不变；然后伺服控制多级加载渗压，随时间变化记录渗透通过试样的水流量、试样的轴向变形及环向变形，确定试样的渗透系数、轴向应变和环向应变变化情况，其反映了试样的渗透变形情况；重复伺服控制加载围压和渗压，获得复杂应力状态下岩土材料的渗透变形情况。测试装置包括压力室、围压伺服加载系统和渗压伺服加载系统，压力室内固定有试样，并设有轴向应变计，试样上部、中部和下部分别安装有环向应变计。

技术领域

本发明涉及一种复杂应力状态下的岩土材料渗透变形测试方法及测试装置，属于岩土工程领域。

背景技术

岩土材料的渗透变形特性是土木工程、水利水电工程、能源工程等领域关注的重点问题之一。同时渗透变形工程事故的发生，如边坡在地下水的作用下发生变形，甚至滑坡，土石坝和堆石坝在库水高水头作用下发生渗透变形，岩体结构面在长期库水位和地下水的作用下形成高渗透压力导致坝基岩体或库岸边坡发生失稳破坏等。

岩土材料渗透变形特性受围压、渗透压力、岩土材料内部孔隙结构等因素影响。弄清岩土材料在复杂应力状态下的渗透变形特性及相关渗透参数，对于指导工程设计和施工均具有重要指导意义。目前现有岩土体渗透变形仪器一般尺度较小，试样无法准确描述岩土材料的内部结构；应力状态单一，无法测试复杂应力状态下的岩土体渗透特性；存在变形测量不够精确或无法获得变形等不足。

发明内容

发明目的：本发明的目的针对现有技术存在的问题，提供一种复杂应力状态下岩土材料渗透变形测试方法及相应的测试装置可广泛用于土体、岩石材料以及土石混合物等岩土材料渗透变形参数的测定。

技术方案：本发明所述的一种复杂应力状态下岩土材料渗透变形测试方法，包括如下步骤：

(1)制作岩土材料的圆柱体试样，测量记录试样尺寸；

(2)将试样放置于压力室中，封闭压力室；

(3)通过伺服控制油泵对压力室加载围压至目标值；

(4)保持围压不变，通过伺服控制水泵多级加载渗压，每级渗压加载稳定后，随时间变化记录渗透通过试样的水流量、试样的轴向变形及环向变形，确定每级渗压下试样的渗透系数、轴向应变、环向应变随时间变化情况，获得同一围压不同渗压下试样的渗透变形变化规律；其中，渗透系数的变化侧面反映试样的渗透变形情况，轴向应变与环形应变的变化直接反映了试样的渗透变形变化规律；

(5)重复步骤(3)和(4)，伺服控制加载不同的围压和渗压，获得复杂应力状态下岩土材料的渗透变形变化规律。

上述步骤(4)中，某一渗压P下，岩土材料试样在t时段内的渗透系数k根据下式确定：

式中，Q为该级渗压加载稳定后t时段内渗透通过试样的水流量，A为试样的横截面积，h为试样的高度。

某一渗压下，岩土材料试样在某一时刻的轴向应变ε1和环向应变ε3分别为：

其中，X1为试样在该时刻的轴向变形量，L1、L2、L3分别为该时刻试样上部、中部及下部的环向变形量。

本发明所述的一种复杂应力状态下岩土材料渗透变形测试装置，包括压力室以及分别与压力室连通的围压伺服加载系统和渗压伺服加载系统，压力室包括压力室顶盖、顶部压头和压力室底板，且压力室内设置试样，该试样固定在顶部压头与压力室底板之间；顶部压头上固设有轴向应变计、且轴向应变计下端与压力室底板固定，试样上部、中部和下部分别安装有环向应变计。