[發(fā)明專利]土石壩心墻水力劈裂試驗裝置

有效

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• 申請日: 2012-11-13
• 公開（公告）號: CN102928298A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設計）人: 彭凱;馮樹榮;蔡昌光
• 申請（專利權）人: 中國水電顧問集團中南勘測設計研究院
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 盧宏

技術領域

本發(fā)明涉及一種測試土石壩心墻水力劈裂試驗裝置。?

背景技術

目前，室內測試土石壩心墻水力劈裂常用的模型試驗有靜力模型試驗和離心模型試驗。靜力模型試驗通常包括普通三軸水力劈裂試驗和真三軸水力劈裂試驗，一般是在圓柱體或者長方體試樣中心開孔或者開縫，再通過試樣底部往孔或者縫里面注水直到試樣被劈開。

采用在試樣中心直接開孔進行水力劈裂試驗，方法簡單，操作方便，運用較多。但是其存在以下一些問題：①首先，在試樣中心直接開孔或者開縫，試驗過程中，在一定的應力狀態(tài)下，開孔的變形會對試樣的變形和強度產生影響，直接導致土體力學參數的偏差；②再者，從試樣底部往開孔或者開縫注水時，在試樣底面與壓力室底座的接觸面處會產生滲流，改變了試驗底部邊界條件，從而進一步影響試驗的變形和強度；③其次，往試樣圓柱形開孔注水時產生的徑向壓力，使試樣弦上受拉，沿豎向開裂，這也就是水力劈裂試驗中主要表現(xiàn)為豎向裂縫的原因；④此外，根據通常的概念,由于心墻與壩殼堆石的模量差而產生的“拱作用”是可能出現(xiàn)水力劈裂的根本原因之一。根據這一初步的判斷,在試樣中心開孔然后注水使其產生劈裂的方法并不滿足水力劈裂的受力條件。因此,利用這樣的試驗模擬心墻堆石壩水力劈裂的發(fā)生條件和發(fā)展過程將具有較大的難度,其相關成果也很難應用于土石壩的工程實踐。

利用離心模型試驗進行水力劈裂試驗,是近年來發(fā)展起來的一種試驗方法。是利用離心力場和重力場等價的原理,在小比尺模型中再現(xiàn)原型結構物的應力、變形狀態(tài)。但是，①有研究表明，采用離心試驗模擬美國Teton壩破壞的試驗時，結果表明心墻并沒有發(fā)生水力劈裂現(xiàn)象，這與1976年Teton壩蓄水失事的分析結果完全相悖，這表明離心試驗結果有時也并不可靠；②在離心試驗的實踐過程中發(fā)現(xiàn),通過調整土柱側邊接觸條件產生的拱作用并不明顯,土柱經常不會發(fā)生水力劈裂。可見離心試驗進行水力劈裂分析，其結果具有不確定性，有時甚至會出現(xiàn)與實際相悖的結論，也不足以利用其對心墻水力劈裂進行判斷與預測，在工程運用中有待進一步完善。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種土石壩心墻水力劈裂試驗裝置，滿足水力劈裂的受力條件，保證試驗結果的真實性和準確性

本發(fā)明的技術方案為，一種土石壩心墻水力劈裂試驗裝置，包括壓力室、壓力室內的用于支撐試樣的底座，底座內設有注水孔，所述底座中心設有圓柱形凹槽，圓柱形凹槽的內側壁設有底座螺紋，所述注水孔的一端延伸至該圓柱形凹槽的底部；所述試驗裝置還包括置于試樣內部并向試樣內部注水的注水裝置，該注水裝置包括中空套筒和套裝在套筒內的空心圓柱形構件，所述套筒的外徑與圓柱形凹槽的內徑一致，并在套筒的側壁開有套筒噴水孔，套筒底部外壁設有與底座螺紋配合的套筒底部螺紋，而套筒頂部外壁設有套筒頂部螺紋；所述構件的外徑與套筒的內徑為間隙配合，并在構件的頂部設有可蓋裝在套筒頂部的帽蓋，帽蓋在與套筒頂部螺紋對應處設有與套筒頂部螺紋配套的帽蓋螺紋，所述帽蓋螺紋與套筒頂部螺紋完全旋緊時與套筒噴水孔對應位置的構件外壁設有構件噴水孔。

所述套筒外壁設有月牙形螺紋，一是使土體在壓縮過程中產生土拱效應，二是螺紋使得套筒外壁周圍土體表面產生微裂隙，為水力劈裂試驗的順利實施提供了重要條件和保障。

所述帽蓋頂部為六棱錐，方便裝卸，其頂部設計成六凌錐，起到減小頂部豎向壓力的作用，防止因豎向壓力過大套筒產生彎曲變形導致止水失效。

所述底座圓柱形凹槽的底部設有環(huán)形底座凹槽，并在底座凹槽內安裝套筒底部密封圈。

所述帽蓋置于套筒頂部的位置設有環(huán)形帽蓋凹槽，并在帽蓋凹槽內安裝套筒頂部密封圈。

所述圓柱形凹槽的直徑為試樣直徑的1/10-1/5。

所述套筒高度為試樣高度的1/2-2/3。

本裝置的安裝方法如下：

?(1)試驗時，先將套筒底部密封圈安裝在試樣底座凹槽處，再將套筒通過套筒底部螺紋和底座螺紋固定在底座上，然后將中間帶孔洞的透水石穿過套筒放置到底座上。

(3)接下來將套筒頂部密封圈安置到帽蓋凹槽處，將構件放入套筒內，擰動套筒，擰到一半左右停止擰動，此時套筒噴水孔與構件噴水孔并不重合，套筒噴水孔被構件筒壁擋住，目的是防止制樣擊實過程中土體擠進套筒噴水孔中。