[发明专利]一种GDS三轴仪排水条件下的渗流侵蚀控制系统及试验方法

权利要求书

1.一种GDS三轴仪排水条件下的渗流侵蚀控制系统，其特征在于，包括顶部孔压传感器(1)、底部孔压传感器(2)、第一体积压缩控制器(3)、第二体积压缩控制器(4)、换流阀门(5)、顶部孔压阀门(6-1)和底部孔压阀门(6-2)；

所述换流阀门(5)外圈等间距设置四个接口，用于分别连接试样(10)顶部管道、试样(10)底部管道、第一体积压缩控制器(3)、第二体积压缩控制器(4)，其中两个连接试样(10)顶部、底部的试样端部管道接口对称分布，两个体积压缩控制器接口对称分布，试样端部管道接口与体积压缩控制器接口相邻分布；

所述换流阀门(5)内部为可转动圆盘，可绕着圆心处中轴转动，圆盘内设置两条相背的C形通道，能够连通换流阀门(5)外圈任意两个相邻的接口；其中一个试样端部管道接口通过管路连通试样(10)顶部，在管路上依次设有顶部孔压传感器(1)、顶部孔压阀门(6-1)，形成排水支路；另一个试样端部管道接口通过管路连通试样(10)底部，在管路上依次设有底部孔压传感器(2)、底部孔压阀门(6-2)，形成注水支路；所述第一体积压缩控制器(3)和第二体积压缩控制器(4)通过换流阀门(5)能够任意连通注水支路和排水支路，两个体积压缩控制器与所述注水支路、试样(10)、排水支路贯通形成一条完整的渗流通路；所述换流阀门(5)外圈与内部圆盘之间的缝隙处设有止水橡胶圈，保证换流阀门(5)外圈与内部圆盘发生相对转动的同时具有较好的密封性；

转动换流阀门(5)能够实现两个体积压缩控制器与注水支路、排水支路连接状态的任意切换，进而实现两个体积压缩控制器与试样(10)顶部、底部连接状态的切换，通过渗流水流的外部循环与两个体积压缩控制器的切换，保证试样(10)内部形成稳定连续的渗流，满足土体恒定剪切排水试验的试验要求。

2.一种基于权利要求1所述渗流侵蚀控制系统的渗流侵蚀排水试验方法，其特征在于，包括：

(1)利用GDS三轴仪开展恒定剪切排水试验，首先按照试验规范与试验方案完成试样(10)的制备、饱和、固结过程，达到并维持试验方案所要求试样(10)的应力状态，准备进行渗流侵蚀排水试验；

(2)关闭顶部孔压阀门(6-1)和底部孔压阀门(6-2)，将第一体积压缩控制器(3)排空，第二体积压缩控制器(4)吸满无气水，转动换流阀门(5)使得第一体积压缩控制器(3)与排水支路相接进而连通试样(10)顶部，第二体积压缩控制器(4)与注水支路相接进而连通试样(10)底部；在计算机(19)试验操作界面预设置顶部、底部压力值大小、压力差、渗流速度，让试样(10)内发生由下向上的渗流，在压力差的作用下使得第二体积压缩控制器(4)向试样(10)注水，第一体积压缩控制器(3)向试样(10)吸水；打开顶部孔压阀门(6-1)和底部孔压阀门(6-2)，点击开始试验；压力差的作用下，GDS三轴仪的渗流侵蚀控制系统便从第二体积压缩控制器(4)出水，通过换流阀门(5)向试样(10)底部注水，流经试样(10)内部，从试样(10)顶部排水，再经由换流阀门(5)吸入第一体积压缩控制器(3)，从而开始渗流侵蚀试验；然后由GDS三轴仪的数据采集系统(18)自动记录和保存试样(10)的轴向变形、体积变形、轴压、围压、孔隙水压力、渗透系数变化的数据；

(3)待第二体积压缩控制器(4)内无气水即将排尽时，预先在计算机(19)操作界面反向设置顶部底部压力值大小、压力差、渗流速度，在压力差的作用下使得第二体积压缩控制器(4)向内吸水，第一体积压缩控制器(3)往外注水；然后在计算机(19)操作界面暂停上一试验阶段的运行；再迅速转动换流阀门(5)使得第二体积压缩控制器(4)与排水支路相接进而连通试样(10)顶部，第一体积压缩控制器(3)与注水支路相接进而连通试样(10)底部；再立即按预先设置好的渗流参数继续渗流侵蚀试验，试样(10)内持续发生由下向上的渗流；

(4)重复步骤(3)的操作，使得试样(10)内部发生连续渗流，直至试样发生渗流侵蚀破坏，结束试验；

(5)试验结束后，按照试验操作规范，由内向外依此完成压力的卸载，然后进行拆样，清理仪器。