[发明专利]考虑温度作用的接触面大变形旋转剪切渗流试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种考虑温度作用的接触面大变形旋转剪切渗流试验装置及方法，包括围压加载系统、渗透水压系统、旋转加载系统和温度控制系统。黏土‑混凝土试样包括圆棒状的混凝土结构和圆环柱状的黏性土体。围压加载系统对黏土‑混凝土试样外周施加围压；渗透水压系统向黏土‑混凝土接触面施加轴向渗透压；旋转加载系统用于驱动混凝土结构沿自身轴线旋转；温度控制系统用于控制混凝土结构的内部温度。本发明能够对土‑结构物接触面施加大剪切变形，且保证剪切方向和渗流方向相正交，同时控制混凝土结构在不同温度下实现与土体接触面进行剪切渗流特性试验，从而真实模拟实际工程中土与混凝土接触面状态。

技术领域

本发明涉及土-结构接触面的剪切渗流测试技术领域，特别是一种考虑温度作用的接触面大变形旋转剪切渗流试验装置及方法。

背景技术

土-结构物接触面渗流问题广泛存在于实际工程问题中，如堤坝与岸坡接触面、地下工程的桩土界面、土石坝防渗墙与基岩接触面、黏土心墙堆石坝中接触黏土与混凝土基座接触面等等。这些接触部位往往成为防渗结构的薄弱部位，在受到水荷载或其他载荷作用下，可能发生大剪切变形，接触面同时受到剪切作用和渗流作用，且剪切变形方向与渗流方向接近于正交关系，若形成渗透通道，可能会出现接触冲刷、管涌等渗透破坏，严重威胁工程安全。此外，由于我国西部存在大量水电资源，修建了多座两、三百米级的高土石坝，地处严寒地区，昼夜温差大，防渗心墙底部接触黏土与混凝土或岸坡结构接触面常常处于不同的温度作用下，材料的物理力学性质随温度变化差异大，对接触面防渗具有一定影响。因此，开展不同温度作用下、大剪切变形条件下，土与混凝土接触面渗流特性试验研究很有必要，具有一定的科学价值和应用价值。

现有的土-混凝土接触面试验装置大多只能单独测定接触面力学特性，少量学者成功设计了可测定土体与结构物接触面渗流冲刷特性的实验装置，例如：专利“一种测定土体与结构物接触面渗流冲刷特性的试验装置”（CN101561378）、专利“一种接触面大变形剪切渗流试验装置及其使用方法”（CN106932284A）和专利“渗流条件下桩土接触面三轴模型试验设备”（CN104165797A），通过对三轴仪进行改进，可用来测定接触面的渗流特性，但试验的剪切方向与渗流方向是平行的，不能研究剪切方向与渗流方向成正交的情况。

因此，在已有技术的基础上，有必要研制一种考虑温度作用的土与混凝土接触面大变形剪切渗流试验装置并提出相应的试验方法。

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，而提供一种考虑温度作用的接触面大变形旋转剪切渗流试验装置及方法，该考虑温度作用的接触面大变形旋转剪切渗流试验装置及方法能够对土-结构物接触面施加大剪切变形，且保证剪切方向和渗流方向相正交，同时控制混凝土结构在不同温度下实现与土体接触面进行剪切渗流特性试验，从而真实模拟实际工程中土与混凝土接触面状态。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种考虑温度作用的接触面大变形旋转剪切渗流试验装置，包括围压加载系统、渗透水压系统、旋转加载系统和温度控制系统。

围压加载系统包括围压室和围压压力体积控制器，围压室的中心放置有黏土-混凝土试样。

黏土-混凝土试样包括圆棒状的混凝土结构和同轴套设在混凝土结构外周且呈圆环柱状的黏性土体。混凝土结构的顶端从围压室的顶板密封伸出，形成混凝土伸出端。

混凝土结构和黏性土体之间形成顶端开口筒状的黏土-混凝土接触面。

围压压力体积控制器用于向围压室充填围压流体，从而对黏土-混凝土试样外周施加围压。

渗透水压系统用于向黏土-混凝土接触面施加轴向的渗透压。

旋转加载系统与混凝土伸出端相连接，用于驱动混凝土结构沿自身轴线旋转。

温度控制系统用于控制混凝土结构的内部温度。