[發明專利]一種可模擬動水頭邊界作用土體的一維圓筒試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201810099186.9
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108267370A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 應宏偉;許鼎業;沈華偉;章麗莎;王迪;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: G01N3/12
• 分類號: 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

1.一種可模擬動水頭邊界作用土體的一維圓筒試驗裝置，其特征在于，包括主體圓筒(1)、GDS標準控制器(2)、有機玻璃圓筒裝置(3)和數據采集儀(4)四個部分；

所述主體圓筒(1)包括從上至下依次連接的一節頂部圓筒(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)和底部圓筒(1‐5)均由有機玻璃制成；所述頂部圓筒(1‐1)筒壁上安裝出水閥(1‐1‐1)，所述出水閥(1‐1‐1)底部與試驗土體頂面齊平，試驗過程中出水閥(1‐1‐1)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)和底部圓筒(1‐5)的不同高度上安裝孔隙水壓力計固定裝置(1‐2)；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)和底部圓筒(1‐5)相連接；所述孔隙水壓力計(1‐2‐3)與所述數據采集儀(4)連接，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)、第一通水閥門(1‐5‐4)、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)底部一側安裝有第一通水閥門(1‐5‐4)用于連通所述有機玻璃圓筒裝置(3)，飽和主體圓筒(1)內的土體，另一側安裝有第二通水閥門(1‐5‐5)用于連通所述GDS標準控制器(2)；所述GDS標準控制器(2)用于控制主體圓筒(1)底部的承壓水頭。

2.根據權利要求1所述的一種可模擬動水頭邊界作用土體的一維圓筒試驗裝置，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水頭邊界作用土體的一維圓筒試驗裝置，其特征在于，所述第二通水閥門(1‐5‐5)與所述GDS標準控制器(2)上用壓環將連接這兩部分的水管固定住。

4.根據權利要求1所述的一種可模擬動水頭邊界作用土體的一維圓筒試驗裝置，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(5)，采用無氣水飽和。

5.根據權利要求4所述的一種可模擬動水頭邊界作用土體的一維圓筒試驗裝置，其特征在于，所述弱透水性土體(5)為粘質粉土。

6.根據權利要求1所述的一種可模擬動水頭邊界作用土體的一維圓筒試驗裝置，其特征在于，所述有機玻璃圓筒裝置(3)內的液體為無氣水(6)。

7.根據權利要求1所述的一種可模擬動水頭邊界作用土體的一維圓筒試驗裝置，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。

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

(1)由第一通水閥門(1‐5‐4)向主體圓筒(1‐1)內通無氣水，第二通水閥門(1‐5‐5)保持關閉，待液面高于閥門20mm時關閉第一通水閥門(1‐5‐4)；由第二通水閥門(1‐5‐5)連接主體圓筒(1‐1)和GDS標準控制器(2)，打開第二通水閥門(1‐5‐5)，開啟GDS標準控制器(2)進行排空操作，待GDS標準控制器(2)內氣體排盡后關閉第二通水閥門(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(4)；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(5)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)的加樣過程均分為三次，直至填土完成；

(3)由第一通水閥門(1‐5‐4)以6L/天的速度向主體圓筒(1‐1)通無氣水飽和弱透水性土體(5)，待土體完全飽和之后關閉第一通水閥門(1‐5‐4)；打開出水閥(1‐1‐1)，在整個試驗過程中出水閥(1‐1‐1)保持開啟狀態以便及時排水，使得試驗土體的水位線保持恒定；

(4)打開數據采集儀(4)采集記錄實驗初始狀態下的孔隙水壓力計(1‐2‐3)的讀數；打開第二通水閥門(1‐5‐5)，通過GDS標準控制器(2)設定壓力增加速率，利用數據采集儀(4)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(5)發生突涌破壞，關閉第二通水閥門(1‐5‐5)，暫停GDS標準控制器(2)和數據采集儀(4)，讀取并記錄GDS標準控制器(2)上壓力讀數；而后拆除主體圓筒(1‐1)內的實驗土體，重置GDS標準控制器(2)；

(5)采用如上所述方法重復實驗，改變承壓水壓力變化的速率，進行多組實驗；通過數據采集儀(4)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；對每組實驗結果進行整理，分析數據采集儀(4)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；將各組實驗結果進行對比，分析動態承壓水作用下地基土體破壞機理。