[發明專利]一種施加豎向應力的分離式剪切滲流儀及其使用方法

有效

• 申請號: 202010093013.3
• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN111238962B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 陳澄昊;陳生水;梅世昂;張賢;萬程煒;傅中志;吉恩躍;鄧曌;唐譯;楊氾
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院;河海大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/02;G01N15/08
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 嚴志平

本發明公開了一種施加豎向應力的分離式剪切滲流儀，包括固定框架，固定框架頂部固定有頂部位移荷載單元，固定框架側方固定有側向位移荷載單元，底座上固定有底部位移荷載單元，頂部位移荷載單元下面設置有上部剪切盒，上部剪切盒頂面密封設置有上活動推板，上活動推板頂部通過安裝上滑動導軌與頂部位移荷載單元相連，上部剪切盒下面設置有下部剪切盒，下部剪切盒底面密封設置有下活動推板，下活動推板與底部位移荷載單元相連，下部剪切盒側壁上設置有進水口接頭和出水口接頭。本發明還公開分離式剪切滲流儀的使用方法。本發明提供的一種施加豎向應力的分離式剪切滲流儀及其使用方法，能夠實現土石材料在剪切過程中保持通水滲流，能夠通過施加雙向豎向應力模擬不同埋深下巖土結構體的受力情況。

技術領域

本發明涉及一種施加豎向應力的分離式剪切滲流儀及其使用方法，屬于剪切實驗裝置技術領域。

背景技術

第一次全國水利普查數據顯示，我國已建成水庫大壩近10萬座，其中土石壩占比最高，數量最大。由于土石壩壩料用量極大，一般會在壩趾附近就地取材，不同料場土石料的變形模量等物理力學性質不盡相同，不協調沉降變形問題日益突出，這一問題在巖土工程安全性評價中尤為關鍵。大量學者研究發現，沉降差異極易誘發壩體與岸坡、壩趾與基巖等巖土體接觸部位較大的剪切變形，這些剪切變形帶在上游蓄水位的水頭驅動下可能形成集中滲漏通道，繼而引起壩體滲流量增大并最終發生沖蝕、流土等滲透破壞現象，嚴重威脅大壩的安全運行。因而針對大變形剪切前后巖土體接觸部位的滲流特性研究迫在眉睫，同時該研究可起到保障水庫大壩安全運行的關鍵作用。

目前，可對上述關鍵問題提供試驗支撐的技術手段仍相當有限，絕大部分滲流試驗儀器尚不具備剪切土樣能力，而小部分較為先進的三軸滲流儀、環剪滲流儀盡管可開展剪切滲流試驗，但上述裝置封閉式模型箱的設計特點決定了其在實現不同巖土層制樣要求，例如多種土層填筑、飽和情況、壓實度、土體缺陷等不同工況時困難重重；此類三軸剪切裝置的剪切形式往往依賴于剛性面板對土樣的往復剪切，而非巖土層在接觸部位的直接剪切，這與壩體接觸部位多發的大變形剪切工況不完全相符；同時，環剪滲流儀僅可實現垂直剪切方向的滲流，而三軸滲流儀一般也僅能開展單向滲流，上述裝置難以在一種接觸土層配置中考慮剪切變形對不同方向接觸面滲流的影響；環剪滲流儀亦不易實現豎向應力的施加，從而使其研究對象局限于表層淺土，難以將剪切滲流規律擴展至不同埋深土樣。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術的缺陷，提供一種能夠真實地還原巖土工程中巖土結構體因大剪切變形而引起的接觸部位滲流變化情況，同時能夠通過施加雙向豎向應力模擬不同埋深下巖土結構體的受力情況的施加豎向應力的分離式剪切滲流儀及其使用方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種施加豎向應力的分離式剪切滲流儀，包括固定框架，所述固定框架頂部固定有頂部位移荷載單元，所述固定框架側方固定有側向位移荷載單元，所述固定框架底部設置有底座，所述底座上表面固定有支撐座，所述底座上固定有底部位移荷載單元，所述頂部位移荷載單元、側向位移荷載單元和底部位移荷載單元的位移觸頭上均設置有壓力傳感器，所述頂部位移荷載單元下面設置有上部剪切盒，所述上部剪切盒為頂面和底面開口結構，所述上部剪切盒頂面密封設置有上活動推板，所述上活動推板頂部通過安裝上滑動導軌與所述頂部位移荷載單元相連，所述固定框架兩側設置有可上下調節的限位支架，所述限位支架底部安裝有下滑動導軌，所述下滑動導軌與所述上部剪切盒側壁相連，所述上部剪切盒下面設置有下部剪切盒，所述下部剪切盒為頂面和底面開口結構，所述下部剪切盒固定在所述支撐座上，所述下部剪切盒底面密封設置有下活動推板，所述下活動推板與所述底部位移荷載單元相連，所述下部剪切盒側壁上設置有進水口接頭和出水口接頭，所述進水口接頭進水口設置有入流流量閥和入流流量計，所述出水口接頭出水口設置有出流流量閥和出流流量計。

所述上部剪切盒和下部剪切盒的材質包括透明樹脂玻璃。

所述上活動推板和下活動推板的滑動面設置有開槽并嵌入雙層橡膠止水條。