[實(shí)用新型]一種多功能巖土三維模型試驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201921964613.1
• 申請(qǐng)日: 2019-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN211122341U
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉千惠;于玉貞;呂禾;王翔南;段志杰;孫遜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/12
• 分類號(hào): G01N3/12;G01N3/02;G01N15/08;G01N25/20;G01N33/24;G01N1/28
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 謝斌

本實(shí)用新型涉及一種多功能巖土三維模型試驗(yàn)裝置，包括：試驗(yàn)箱，其內(nèi)部具有用于壓制試驗(yàn)土樣的制樣空間；第一加載氣囊，設(shè)置在試驗(yàn)箱內(nèi)頂部，并通過頂面加載板與試驗(yàn)土樣的頂面接觸，用于向試驗(yàn)土樣施加軸向加載力；第二加載氣囊，設(shè)置在試驗(yàn)箱內(nèi)一側(cè)，并通過側(cè)面加載板與試驗(yàn)土樣的側(cè)面接觸，用于向試驗(yàn)土樣施加徑向加載力；充氣加壓裝置，分別與第一和第二加載氣囊連接。本實(shí)用新型既可以用于制樣，也可以用于加載，不僅能夠模擬平面雙軸應(yīng)力狀態(tài)或三維狀態(tài)，可以對(duì)較大尺寸的試樣進(jìn)行試驗(yàn)，還可以進(jìn)行尾礦豎向沉積試驗(yàn)；同時(shí)，可以進(jìn)行物態(tài)場(chǎng)、溫度場(chǎng)、滲流場(chǎng)、應(yīng)力變形場(chǎng)的耦合試驗(yàn)，測(cè)定在多物理場(chǎng)作用下的土體的物理狀態(tài)、力學(xué)行為、滲流特性和溫度分布。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種巖土工程領(lǐng)域研究土工結(jié)構(gòu)物中關(guān)鍵區(qū)域工程性質(zhì)的模型試驗(yàn)裝置，特別是關(guān)于一種測(cè)定含有薄弱帶的土體在滲流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、應(yīng)力變形場(chǎng)耦合作用下的物理、力學(xué)、滲流和熱學(xué)特性的多功能巖土三維模型試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

在巖土工程領(lǐng)域，土工結(jié)構(gòu)物中常存在薄弱帶。對(duì)防滲結(jié)構(gòu)物而言，薄弱帶是指夾雜在其中的滲透性顯著較大的土層或條帶狀土體(如防滲黏土層中夾雜的砂土層或土石壩心墻中夾雜的碎石料條帶等)，這種存在薄弱帶的防滲結(jié)構(gòu)物在一定的條件下可能會(huì)產(chǎn)生各種各樣的滲透破壞。而對(duì)有承載力要求的土工結(jié)構(gòu)物而言，薄弱帶是指軟弱夾層、剪切帶等強(qiáng)度較低的土體，在一定條件下會(huì)導(dǎo)致土工結(jié)構(gòu)物失穩(wěn)或變形過大。上述一定條件是指在滲流和外力的作用下所形成的復(fù)雜的物態(tài)場(chǎng)、滲流場(chǎng)、應(yīng)力變形場(chǎng)，有時(shí)還存在熱力條件的變化，還要考慮溫度場(chǎng)。因此，巖土工程的安全問題常涉及復(fù)雜的多場(chǎng)耦合作用，需要測(cè)定薄弱帶附近關(guān)鍵區(qū)域的物理、力學(xué)、滲流和熱力特性，并進(jìn)一步揭示耦合作用機(jī)理是進(jìn)行工程行為分析和安全評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。

目前，對(duì)上述復(fù)雜的多場(chǎng)耦合作用，在機(jī)理層面的研究還不深入，所建的數(shù)學(xué)模型也難以得到有效的驗(yàn)證，其根本原因在于缺乏有效的綜合模型試驗(yàn)裝置和方法。

研究這類問題常用的方法有離心模型試驗(yàn)、基于三軸儀的多場(chǎng)耦合試驗(yàn)和模型箱試驗(yàn)：離心模型試驗(yàn)是先進(jìn)的土工試驗(yàn)設(shè)備，但體積龐大，試驗(yàn)過程復(fù)雜，成本較高。基于三軸儀的多場(chǎng)耦合試驗(yàn)，如申請(qǐng)?zhí)枮?01510409634.7的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種非飽和土多場(chǎng)耦合的三軸試驗(yàn)系統(tǒng)及其方法，其優(yōu)點(diǎn)是在傳統(tǒng)三軸試驗(yàn)儀的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，能方便地進(jìn)行多場(chǎng)耦合試驗(yàn)，但缺點(diǎn)是受到三軸儀規(guī)模的限制，試樣的尺寸較小，無(wú)法進(jìn)行存在三維薄弱帶的試驗(yàn)，也難以模擬復(fù)雜邊界條件下的滲流問題。在傳統(tǒng)三軸試驗(yàn)的基礎(chǔ)上改進(jìn)形成的試驗(yàn)裝置，在試驗(yàn)時(shí)，制樣和試驗(yàn)的裝置是不同的，也因此難以用于不易成形的土的試驗(yàn)，如尾礦砂等。模型箱試驗(yàn)，如已有文獻(xiàn)《土中剪切帶擴(kuò)展機(jī)理研究和擴(kuò)展過程模擬》的模型試驗(yàn)箱，可以進(jìn)行平面應(yīng)變條件下的預(yù)設(shè)裂縫擴(kuò)展試驗(yàn)，其缺點(diǎn)是不能進(jìn)行滲流和溫度變化及其與應(yīng)力耦合相關(guān)的三維試驗(yàn)。

由此可見，在已有的技術(shù)中，尚未有裝置能夠進(jìn)行存在薄弱帶的巖土體物態(tài)場(chǎng)、溫度場(chǎng)、滲流場(chǎng)、應(yīng)力變形場(chǎng)耦合三維試驗(yàn)。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠測(cè)定含有薄弱帶的土體在滲流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、應(yīng)力變形場(chǎng)耦合作用下的物理、力學(xué)、滲流和熱學(xué)特性的多功能巖土三維模型試驗(yàn)裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案：一種多功能巖土三維模型試驗(yàn)裝置，包括：試驗(yàn)箱，所述試驗(yàn)箱內(nèi)部具有用于壓制試驗(yàn)土樣的制樣空間；第一加載氣囊，設(shè)置在所述試驗(yàn)箱內(nèi)頂部，并通過頂面加載板與所述試驗(yàn)土樣的頂面接觸，用于向所述試驗(yàn)土樣施加軸向加載力；第二加載氣囊，設(shè)置在所述試驗(yàn)箱內(nèi)一側(cè)，并通過側(cè)面加載板與所述試驗(yàn)土樣的側(cè)面接觸，用于向所述試驗(yàn)土樣施加徑向加載力；充氣加壓裝置，分別與所述第一加載氣囊和第二加載氣囊連接。