[發明專利]一種可模擬動態承壓水作用土體的試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201810098500.1
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108593513A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 應宏偉;王迪;章麗莎;許鼎業;沈華偉;朱成偉;李哲偉;陳川;虞展望;張宇宣
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N3/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

1.一種可模擬動態承壓水作用土體的試驗裝置，其特征在于，包括主體圓筒(1)、數據采集儀(5)、真空泵(6)和承壓水壓力控制系統；所述承壓水壓力控制系統包括有機玻璃圓筒裝置(4)、流量計和電子閥；

所述主體圓筒(1)包括從上至下依次連接的蓋板(1‐7)、一節頂部圓筒(1‐1)、若干節中間圓筒(1‐4)、一節底部圓筒(1‐5)和小車(1‐6)；所述頂部圓筒(1‐1)、中間圓筒(1‐4)、底部圓筒(1‐5)均由有機玻璃制成；所述頂部圓筒(1‐1)筒頂上安裝蓋板(1‐7)，蓋板(1‐7)下表面中央設有透水石(1‐7‐2)，上部裝有出水閥門(1‐7‐1)，飽和土體過程中出水閥門(1‐7‐1)與真空泵(6)相連接；試驗過程中出水閥門(1‐7‐1)保持打開以便及時排水，使得試驗土體內水位線保持恒定；

所述頂部圓筒(1‐1)、中間圓筒(1‐4)、底部圓筒(1‐5)的不同高度上安裝孔隙水壓力計固定裝置(1‐2)，用于測量固定位置的孔隙水壓力大小；所述孔隙水壓力計固定裝置(1‐2)由螺栓(1‐2‐1)、有機玻璃方頭(1‐2‐2)、孔隙水壓力計(1‐2‐3)組成；所述螺栓(1‐2‐1)和孔隙水壓力計(1‐2‐3)通過螺紋安裝在所述有機玻璃方頭(1‐2‐2)上，所述有機玻璃方頭(1‐2‐2)通過透水石和玻璃膠分別與頂部圓筒(1‐1)、中間圓筒(1‐4)、底部圓筒(1‐5)相連接；所述孔隙水壓力計(1‐2‐3)與所述數據采集儀(5)連接，可采集承壓水動態水壓力變化數據；所述主體圓筒(1)相鄰的兩節圓筒中間安裝防水橡膠圈(1‐3)；

所述底部圓筒(1‐5)由有機玻璃圓筒單元(1‐5‐1)、透水石(1‐5‐2)、有機玻璃支柱(1‐5‐3)、主體圓筒第一通水閥門(1‐5‐4)、主體圓筒第二通水閥門(1‐5‐5)構成；所述有機玻璃短柱(1‐5‐3)固定在所述有機玻璃圓筒單元(1‐5‐1)的底部，所述透水石(1‐5‐2)安裝在所述有機玻璃短柱(1‐5‐3)上方；所述有機玻璃圓筒單元(1‐5‐1)底部一側安裝有主體圓筒第一通水閥門(1‐5‐4)，另一側安裝有主體圓筒第二通水閥門(1‐5‐5)；

所述有機玻璃圓筒裝置(4)由有機玻璃圓筒、有機玻璃底座、有機玻璃圓筒第一通水閥門(4‐1)和有機玻璃圓筒第二通水閥門(4‐2)組成；所述有機玻璃圓筒第一通水閥門(4‐1)與主體圓筒第二通水閥門(1‐5‐5)連通，實現土體飽和并施加邊界水壓；所述有機玻璃圓筒第二通水閥門(4‐2)引出一總管路，總管路的末端分為兩個支路，每個支路的末端連接一套電子閥和流量計；通過總管路控制有機玻璃圓筒內的水位高度，此過程通過設定電子閥的通電間隔和流量計的流量實現，一套電子閥和流量計控制進水，另一套電子閥和流量計控制出水，實現有機玻璃圓筒水位的連續上升和下降。

2.根據權利要求1所述的一種可模擬動態承壓水作用土體的試驗裝置，其特征在于，所述頂部圓筒(1‐1)底部內壁有螺紋，用于與所述中間圓筒(1‐4)拼接；所述中間圓筒(1‐4)頂部和底部的內壁均含有螺紋，用于與上下兩節圓筒相連。

3.根據權利要求1所述的一種可模擬動態承壓水作用土體的試驗裝置，其特征在于，所述主體圓筒(1)內的試驗土體為弱透水性土體(7)，采用無氣水飽和。

4.根據權利要求3所述的一種可模擬動態承壓水作用土體的試驗裝置，其特征在于，所述弱透水性土體(7)為粉質粘土。

5.根據權利要求1所述的一種可模擬動態承壓水作用土體的試驗裝置，其特征在于，所述有機玻璃圓筒裝置(4)內的液體為無氣水(8)。

6.根據權利要求1所述的一種可模擬動態承壓水作用土體的試驗裝置，其特征在于，所述孔隙水壓力計固定裝置(1‐2)的位置可根據試驗的需要進行調整，其數量可根據試驗的需要增加；所述孔隙水壓力計固定裝置(1‐2)安裝在不同的高度。

7.根據權利要求1所述的一種可模擬動態承壓水作用土體的試驗裝置，其特征在于，在飽和階段，用真空泵(6)對主體圓筒(1)內的土體進行抽氣，可以加快土體飽和的速率，增大飽和度。

8.一種利用權利要求1‐7任一項所述裝置進行模擬動態承壓水作用土體的試驗方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)開啟電子閥使流量計中通水進行排空操作，由主體圓筒第二通水閥門(1‐5‐5)向主體圓筒(1‐1)內通無氣水(8)，待整個管路內的氣體排盡后關閉主體圓筒第二通水閥門(1‐5‐5)；

(2)在孔隙水壓力計固定裝置(1‐2)上安裝孔隙水壓力計(1‐2‐3)，將孔隙水壓力計(1‐2‐3)的信號傳輸線連接至數據采集儀(5)；而后將透水石(1‐5‐2)裝入主體圓筒(1‐1)內；分層裝填弱透水性土體(7)并夯實，每一次加樣時首先將一層鐵絲網放置在有機玻璃圓筒單元(1‐5‐1)上，然后將土樣透過鐵絲網加入到有機玻璃圓筒單元(1‐5‐1)中，每一個有機玻璃圓筒單元(1‐5‐1)的加樣過程根據試驗的尺寸及精度分層填筑并擊實，直至填土完成；

(3)由主體圓筒第二通水閥門(1‐5‐5)以試驗所需的流量向主體圓筒(1‐1)通無氣水(8)飽和弱透水性土體(7)，在整個試驗過程中出水閥門(1‐7‐1)保持開啟狀態以便及時排水，必要時接通真空泵(6)進行抽氣，增加土體的飽和速率和飽和程度，待土體完全飽和之后關閉主體圓筒第二通水閥門(1‐5‐5)；

(4)打開數據采集儀(5)采集記錄試驗初始狀態下的孔隙水壓力計(1‐2‐3)讀數；打開主體圓筒第二通水閥門(1‐5‐5)，通過電子閥控制進水或出水時間，通過流量計控制進水或出水流量，兩個裝置協同工作即可控制有機玻璃圓筒內的水位高度，并且由于有機玻璃圓筒與主體圓筒(1)底部連通，從而實現承壓水水壓的控制；利用數據采集儀(5)連續采集記錄該級壓力下孔隙水壓力計(1‐2‐3)的讀數；直至弱透水性土體(7)發生突涌破壞，關閉主體圓筒第二通水閥門(1‐5‐5)，關閉電子閥和數據采集儀(5)，讀取并記錄有機玻璃圓筒裝置(4)的讀數；而后拆除主體圓筒(1‐1)內的試驗土體，重置流量計和電子閥；

(5)采用如上所述方法重復試驗，改變承壓水壓力變化的周期、均值和幅值，進行多組試驗；通過數據采集儀(5)采集記錄各組承壓水動態變化中孔隙水壓力計(1‐2‐3)的讀數；最后對每組試驗結果進行整理，分析數據采集儀(5)采集記錄的承壓水動態變化過程中孔隙水壓力計(1‐2‐3)的讀數；將各組試驗結果進行對比，分析動態承壓水作用下地基土體破壞機理。