[发明专利]一种GDS三轴仪不排水条件下的反压控制系统及其操作方法

权利要求书

1.一种GDS三轴仪不排水条件下的反压控制系统，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)，外圈四个接口处分别设置有一个开关阀门，控制接口的连通情况；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；在内部两条C形通道中间有一条横向通道，横向通道中间设置有通道阀门，控制两条C形通道的连通情况；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；

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)；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)；

通过关闭第二体积压缩控制器(4)处接口开关阀门，打开其他三处接口开关阀门及中间通道阀门，能够实现第一体积压缩控制器(3)同时与试样(10)顶部、底部的试样端部管道的连接，进而连通试样(10)顶部与底部，能够控制试样(10)顶部与底部两端孔隙水压同步增大；当第一体积压缩控制器(3)内无气水排尽时，关闭第一体积压缩控制器(3)处接口开关阀门，打开第二体积压缩控制器(4)处接口开关阀门，继续进行恒定剪切不排水试验；通过换流阀门(5)能够实现反压值大小的突变，用以模拟地下水位突变情况。

2.一种权利要求1所述反压控制系统的操作方法，其特征在于，包括：

(1)利用GDS三轴仪开展恒定剪切不排水试验，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，准备进行恒定剪切不排水试验；

(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)和第二体积压缩控制器(4)吸满无气水，打开换流阀门(5)外圈处连接试样(10)顶部的试样端部管道接口处、试样(10)底部的试样端部管道接口处、第一体积压缩控制器(3)处的三处开关阀门，关闭连接第二体积压缩控制器(4)处开关阀门，打开换流阀门(5)内部横向通道处的通道阀门，使得第一体积压缩控制器(3)通过换流阀门(5)与试样(10)顶部、底部的试样端部管道接口相连接，进而连通试样(10)的顶部与底部；

(3)在计算机(19)操作界面预设置第一体积压缩控制器(3)的压力值大小、加载速度，让第一体积压缩控制器(3)通过换流阀门(5)向试样(10)顶部和底部注水，让试样(10)顶部与底部孔压能够同时增加；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，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；

(4)待第一体积压缩控制器(3)内无气水即将排尽时，预先在计算机(19)操作界面预设置第二体积压缩控制器(4)的压力值大小、加载速度，参数值同第一体积压缩控制器(3)设置参数值；然后在计算机(19)操作界面暂停上一试验阶段的运行；再迅速关闭连接第一体积压缩控制器(3)处开关阀门，打开连接第二体积压缩控制器(4)处开关阀门，让第二体积压缩控制器(5)通过换流阀门(5)继续向试样(10)顶部和底部注水，继续进行恒定剪切不排水试验；试验过程中及时拆卸第一体积压缩控制器(3)处连接接头，向第一体积压缩控制器(3)补充无气水；

(5)重复步骤(4)的操作，直至试样(10)发生剪切破坏，结束试验；

(6)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；

(7)在进行模拟地下水位突变对土体造成的影响时，在步骤(3)之后，在维持第一体积压缩控制器(3)的反压值不变的基础上，预先在计算机(19)操作界面预设置第二体积压缩控制器(4)的压力值大小、加载速度，参数值按照实际情况进行设置；然后在计算机(19)操作界面暂停上一试验阶段的运行；再迅速关闭连接第一体积压缩控制器(3)处开关阀门，打开连接第二体积压缩控制器(4)处开关阀门，让第二体积压缩控制器(4)通过换流阀门(5)向试样(10)顶部和底部注水，实现反压值的突变，进而模拟了地下水位突变的情况，直至发生剪切破坏，结束试验。