[发明专利]一种模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验装置及试验方法，包括压力室壳体、围压施压机构、轴压施加机构、试样裂缝破坏机构和监测机构；压力室壳体包括底座、压力室顶盖、钢板和高强钢化玻璃。心墙试样放置在压力室中部，心墙试样两侧布设砂层，砂层与钢板间形成围压腔；心墙试样具有初始裂缝；初始裂缝内填充具有彩色示踪剂的砂层；围压施压机构包括围压进孔、围压出孔和围压溢出管；轴压施加机构用于向心墙试样施加轴向压力；试样裂缝破坏机构包括水压进孔和水压出孔；监测机构包括围压传感器、水压传感器、轴压传感器和电磁流量计。本发明能实现水力劈裂试验过程的可视化，从而能有效地应用于心墙坝水力劈裂试验研究。

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，特别是一种模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验装置及试验方法。

背景技术

心墙是土石坝中重要的结构组成部分,其心墙特性是研究的重点,而其中心墙水力劈裂问题更是工程界普遍关注又亟待解决的关键问题之一。目前，粘土心墙坝的水力劈裂试验可分为室内试验、现场试验和模型试验。室内试验便于准确控制试验条件，可重复性强，因此被广泛应用。

但是，现有的土石坝心墙水力劈裂室内试验仍存在以下缺陷：

1、不能有效监测试样破坏过程中的孔压变化规律。

2、心墙试样未考虑上下游反滤层的影响，不能模拟粘土和反滤料的联合作用。

3、试样所处环境为黑箱密闭环境，不能实时观察试样的破坏过程。

因此，现有试验不能有效监测心墙坝水力劈裂过程，试验成果难以应用于实际工程。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验装置及试验方法，该模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验装置及试验方法实现了水力劈裂试验过程的可视化，从而能有效地应用于心墙坝水力劈裂试验研究。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种模拟心墙坝水力劈裂的可视化试验装置，包括压力室壳体、围压施压机构、轴压施加机构、试样裂缝破坏机构和监测机构。

压力室壳体包括底座、压力室顶盖和连接底座和压力室顶盖的四块侧板，其中两块相对设置的侧板为钢板，另外两块相对设置的侧板为透明板。

心墙试样放置在压力室的中部，心墙试样朝向透明板的两侧面与透明板内壁面相接触，心墙试样朝向钢板的两侧面均设置有砂层，且砂层与对应的钢板之间均具有间隙，并形成两个围压腔。其中一个围压腔为进水围压腔，另一个围压腔为出水围压腔。与进水围压腔相接触的砂层称为进水砂层，与出水围压腔相接触的砂层称为出水砂层。

心墙试样具有垂直于透明板且水平贯穿的初始裂缝。初始裂缝邻近进水砂层设置，且内部填充有示踪砂层，示踪砂层为预埋有彩色示踪剂的砂层。

围压施压机构包括水体、围压进孔、围压出孔和围压溢出管。水体通过围压进孔向进水围压腔施加围压，围压出孔和围压溢出管均与出水围压腔相连通。

轴压施加机构位于心墙试样顶部，用于向心墙试样施加轴向压力。

试样裂缝破坏机构包括水体、水压进孔和水压出孔。水体通过水压进孔向进水砂层施加初始裂缝破坏水压。水压出孔设置在位于出水砂层底部的底座中。

监测机构包括围压传感器、水压传感器、轴压传感器和电磁流量计。围压传感器设置在围压进孔中，水压传感器设置在水压进孔中，轴压传感器设置在轴压施加机构中，电磁流量计设置在水压出孔中。

监测机构还包括孔压传感器，孔压传感器设置在孔压引水管上，孔压引水管按设定间距埋置在心墙试样中。