[發明專利]一種粘土心墻水力劈裂試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 201310301933.X
• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號: CN103389249A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 甘磊;沈振中;徐力群;王瑞;仲良;陶小虎
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N1/28
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 虞希光

1.一種粘土心墻水力劈裂試驗裝置，包括壓力室頂蓋（8）、剛性圓筒（13）、壓力室底座（25）、試樣模具（26）、套筒（14）、套筒插槽（20）和通水銅管（10），其特征是：

試樣模具（26）通過雙半圓柱體組合而成；

套筒（14）的內壁環繞透水土工布（16），內部填充粗砂（17）；

套筒（14）的外徑與套筒插槽（20）的內徑相同，通過套筒（14）底部螺紋和套筒插槽（20）螺紋將兩者緊密連接，且在兩者之間放置中心開小孔的橡膠圈（21）；

壓力室底座（25）設有注水孔（24）和圍壓進水孔（22），注水孔（24）與底座（25）中心、套筒插槽（20）中心和橡膠圈（21）中心相通。

2.根據權利要求1所述的粘土心墻水力劈裂試驗裝置，其特征是：套筒（14）直徑取50mm。

3.根據權利要求1所述的粘土心墻水力劈裂試驗裝置，其特征是：套筒（14）高度取400mm。

4.基于權利要求1所述的粘土心墻水力劈裂試驗裝置的試驗方法，其步驟如下：

1）試件模具的制作：特制兩個半圓柱體鋼模具，通過若干螺栓將該雙半圓柱體模具緊密連接，組合成為內部直徑為300mm，高度為600mm的圓柱體；

2）制樣前的準備：①將壓力室底座（25）置于試驗臺上，直接在試驗臺上制樣，有效地避免了由于移動試樣而引起其初始應力狀態的擾動或破壞；②緊貼套筒（14）內壁環繞透水土工布（16），倒置套筒（14）在其內填充粗砂（17），在表面放置透水板（19）；粗砂（17）和透水土工布（16）均具有良好的透水性，粗砂（17）可以承受壓力，防止因軸向壓力過大或者制樣過程中夯實粘土產生的側向壓力導致套筒（14）的彎曲變形；透水土工布（16）能有效隔離套筒（14）內的粗砂（17）和套筒（14）外的粘土試樣（12）；透水板（19）可以防止粗砂（17）堵塞注水孔（24）；③在套筒插槽（20）中鋪一層橡膠圈（21），通過套筒底部螺紋和套筒插槽螺紋將套筒（14）旋入套筒插糟（20）中，橡膠圈（21）起密封作用，防止透水；④將連接好套筒的套筒插槽固定在壓力室底座（25）上，使兩者緊密接觸，此時套筒插槽（20）底部圓孔正對注水孔（24）；

3）粘土試樣的制備：①將試樣模具（26）安裝到壓力室底座上，使其與底座（25）和套筒插槽（20）均緊密接觸，然后在其內側包裹一層橡皮膜（18）；②在試樣模具內分層填筑粘土，每填筑一層粘土均進行夯實、刨毛等處理，然后再填筑下一層，在試樣上表面放置一塊透水板（11），試樣可以通過該透水板和與此連接的排水排氣孔（3）進行排水；③使模具內側的橡皮膜（18）包裹粘土試樣（12）和透水板（11），然后輕輕地拆除模具（26）；④安裝剛性圓筒（13），在其內壁環繞通水銅管（10），通過控制通水溫度和通水量來控制壓力室內部溫度；⑤完成壓力室頂蓋（8）的安裝與緊固、位移傳感器（2）的固定等加載前的準備工作，使壓力室處于密封狀態；

4）試樣的加載：①通過控制圍壓進水口（22）施加小圍壓，通過頂部的排水排氣孔（3）排除多余的空氣；②通過控制圍壓進水口（22），使粘土試樣的圍壓達到所需圍壓值，穩定一段時間，使粘土試樣（12）固結；③通過控制冷水進、出水口（4、5）和熱水進、出水口（6、7）調整壓力室內部溫度至所需溫度值；④根據試驗條件通過加壓裝置（9）施加軸向壓力至所需值；⑤根據試驗條件，通過調節注水孔（24）控制施加內水壓力的速率和大小等，直至試樣發生破壞；

5）破壞過程分析：觀察試驗后粘土試樣（12）的裂縫情況，分析其劈裂破壞過程；

6）改變孔壓、軸壓、圍壓的加載方案以及水溫等，重復上述步驟3）~5），進行不同條件下粘土試樣（12）的水力劈裂試驗研究；

7）水力劈裂機理分析：通過對比分析多組試驗成果，總結得出水力劈裂的發生條件，影響因素。