[发明专利]一种模拟接触面渗流耦合特性的试验装置及试验方法

说明书

本发明提供了一种模拟接触面渗流耦合特性的试验装置及试验方法，土石坝施工技术领域，其包括缸体、顶盖和底板合围成的试验腔，试验腔包括原级配土样腔和密封设置于原级配土样腔外围的压力腔，原级配土样腔与压力腔通过弹性密封层隔开，原级配土样腔的中部设置有转动的混凝土轴，混凝土轴通过卧式皮带传动装置连接于二级减速机后再连接至可调节转速的电机上，原级配土样腔的上、下端分别设置有精确模拟渗流特性的上透水板和下透水板。解决了模拟土石坝原级配砾石土心墙料与岸坡接触面之间应力‑变形‑渗流耦合特性试验装置面临的加载扭矩高、耦合加载难、止水困难等难题，避免了现有设备几何尺寸小、得出的试验数据准确性差的问题。

技术领域

本发明涉及土石坝筑坝材料力学特性测试技术领域，特别是涉及一种模拟土石坝心墙与岸坡接触面的变形-渗流耦合特性试验装置及试验方法。

背景技术

心墙土石坝事故的主要原因之一是心墙防渗体的渗透破坏。心墙防渗体与岸坡的接触面存在强烈的相互作用，已有的土石坝突然渗漏或溃坝案例中，渗透破坏基本都发生在心墙防渗体与岸坡的接触面处。心墙防渗体与岸坡的接触面存在相互正交的高渗水压力-大变形-一定正应力的联合作用，这种作用是否会因渗水压力、变形而产生薄弱面，甚至发生渗透破坏，是工程界十分关注的问题。

目前，由于试验手段限制，心墙防渗体与岸坡接触面的抗渗特性相关研究较少，一类试验装置不能考虑心墙防渗体与岸坡的相对变形，另一类试验装置的变形-渗流条件不能反映坝体实际工作状态，而且不能进行最大粒径接近60mm的原级配砾石土试验，绝大部分现有试验装置存在尺寸小、压力低、变形有限等不足，导致试验数据准确性较低，参考意义不大，亟需一种能够准确模拟土石坝心墙与岸坡接触面之间实际的变形-渗流耦合特性的试验装置，为实际工程提供准确的力学参考数据，使得可以通过改进工程结构和施工工艺来提高心墙土石坝的使用寿命，降低心墙土石坝的事故率。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种模拟接触面渗流耦合特性的试验装置及试验方法，解决了现有技术中模拟土石坝原级配砾石土心墙料与岸坡接触面之间应力-变形-渗流耦合特性试验装置得出的试验数据准确性差的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种模拟接触面渗流耦合特性的试验装置，其包括底板和可拆卸连接于底板上的缸体，缸体的顶端可调节密封连接有顶盖，缸体、顶盖和底板合围成试验腔，试验腔包括原级配土样腔和密封设置于原级配土样腔外围的压力腔，压力腔通过压力腔加压通道与第一水压力源连接；

原级配土样腔与压力腔通过弹性密封层隔开，原级配土样腔的中部设置有混凝土轴，混凝土轴的两端分别转动连接于顶盖和底板上，混凝土轴通过卧式皮带传动装置连接于电机上，电机与转速调节器连接；

底板邻近原级配土样腔的一侧连接有下透水板，顶盖邻近原级配土样腔的一侧连接有上透水板，下透水板通过渗水压力通道与第二水压力源连接，上透水板上连接有出水管。

上述模拟接触面渗流耦合特性的试验装置的试验方法包括：

步骤1，组装底板、下透水板和混凝土轴，通过第二水压力源向下透水板中充满水；

步骤2，在底板上安装制样筒，沿制样筒内壁放置橡皮膜，将橡皮膜的下端密封绑扎于下透水板上，橡皮膜的上端预留不小于10cm的长度并外翻于制样筒的顶端，抽走橡皮膜与制样筒内壁之间的空气使橡皮膜紧贴于制样筒内壁上；

步骤3，在制样筒与混凝土轴之间按照心墙土的设计级配、干密度及含水率将心墙土夯实形成土样；

步骤4，在底板上安装可调节支撑机构，并通过可调节支撑机构将上透水板和顶盖支撑在底板的竖直上方，调节定位螺母的位置使上透水板的底面与土样的顶面接触，然后拧紧密封螺母和锁紧螺母固定顶盖的位置；