[發(fā)明專利]三軸土樣滲流侵蝕與剪切試驗裝置及其測試方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110906033.2
• 申請日: 2021-08-06
• 公開（公告）號: CN113533123A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設計）人: 胡正;戴北冰;常丹;李金澤
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01N5/04
• 分類號: G01N5/04;G01N15/08;G01N17/00;G01N3/24;G01N3/02
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;管瑩

本發(fā)明涉及土樣滲流侵蝕檢測技術領域，公開了一種三軸土樣滲流侵蝕與剪切試驗裝置及其測試方法，三軸土樣滲流侵蝕與剪切試驗裝置包括：固定機構；圍壓機構，用于在水平方向上所述土樣施加壓力；豎向加載機構和反壓機構，共同對土樣內(nèi)部施加均勻恒定壓力；滲流機構，用于對所述土樣施加水壓以進行土樣的滲流侵蝕實驗；顆粒收集機構，用于對所述土樣中落下顆粒的收集和稱重。該裝置可實現(xiàn)不同固結(jié)圍壓、初始應力比的土樣制備，可實現(xiàn)土樣復雜初始應力條件下的滲流侵蝕試樣和顆粒的自動收集，并可開展?jié)B流侵蝕土樣的三軸剪切力學特性測試，該裝置有利于研究堤壩、邊坡等基礎設施在復雜荷載環(huán)境下的土體內(nèi)部滲流過程、侵蝕過程及力學行為演化過程。

技術領域

本發(fā)明涉及土樣滲流侵蝕檢測技術領域，特別是涉及一種三軸加載條件下土樣滲流侵蝕的檢測裝置、試驗方法及滲流侵蝕土樣的剪切試驗方法。

背景技術

地基土在暴雨等誘發(fā)的強滲流作用下易發(fā)生滲流侵蝕，包括管涌及流土。具體表現(xiàn)為土體中細顆粒在滲流力作用下穿過粗顆粒組成的骨架孔隙，產(chǎn)生顆粒損失。為描述地基土體的宏觀力學行為，室內(nèi)測試通常以三軸試驗設備為主，測試土體在不同應力歷史及狀態(tài)條件下的應力－應變響應，進而描述不同服役環(huán)境下的土體的力學響應。

現(xiàn)有的三軸試驗設備可實現(xiàn)不同初始應力狀態(tài)(應力各向同性或各向異性)條件下，土體單調(diào)排水、不排水及循環(huán)加載條件下的三軸剪切測試。現(xiàn)有的一維滲流試驗設備可實現(xiàn)完全側(cè)限條件下的一維滲流試驗，進而測試簡單應力條件下土體的滲透系數(shù)及臨界水力梯度，并可實現(xiàn)管涌、流土等現(xiàn)象。

現(xiàn)有三軸試驗設備無法考慮土樣內(nèi)部的滲流作用及上下游的水力梯度作用，且無法模擬滲流影響下土樣內(nèi)部顆粒遷移、損失等滲流侵蝕作用，包括管涌及流土現(xiàn)象。

現(xiàn)有的一維滲流試驗設備無法考慮真實土體的復雜應力歷史及應力狀態(tài)，僅能用于描述一維滲流作用下的土內(nèi)滲流，無法描述堤壩、邊坡等基礎設施在復雜荷載環(huán)境下的土體內(nèi)部滲流作用，且無法實現(xiàn)顆粒的自動收集。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供一種三軸土樣滲流侵蝕與剪切試驗裝置，可實現(xiàn)不同固結(jié)圍壓、初始應力比的土樣制備，且可實現(xiàn)土樣復雜初始應力條件下的滲流侵蝕試樣和顆粒的自動收集，有利于研究堤壩、邊坡等基礎設施在復雜荷載環(huán)境下的土體內(nèi)部滲流作用。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種三軸土樣滲流侵蝕與剪切試驗裝置，包括：

固定機構，其用于固定土樣；

圍壓機構，其作用于所述土樣的四周，所述圍壓機構用于在水平方向上所述土樣施加恒定壓力；

豎向加載機構，其設置于所述土樣的上方，所述豎向加載機構對所述土樣施加向下的壓力；

反壓機構，其設置于所述土樣的下方，所述反壓機構對所述土樣施加向上的壓力；

滲流機構，所述滲流機構連接所述土樣，以對所述土樣施加水壓以進行所述土樣的滲流侵蝕實驗；

顆粒收集機構，其設置于所述固定機構下方，對所述土樣中落下的顆粒進行收集和稱重。

本發(fā)明實施例一種三軸土樣滲流侵蝕與剪切試驗裝置與現(xiàn)有技術相比，其有益效果在于：固定機構用于固定土樣，圍壓機構和豎直加載機構用于對土樣的四周和上下兩端面施加應力，使土樣可滿足不同初始應力的需求，滲流機構在土樣滿足外部應力的條件后對土樣施加水壓，反壓機構在土樣的底部施加對應的壓力，使土樣上下方達到預設的壓差，土樣內(nèi)部的顆粒在恒定的壓力下進行滲流侵蝕，土樣下方的顆粒收集機構收集滲蝕土樣的顆粒，并對其進行稱重，通過計算得到土樣被滲蝕的比例。本裝置可實現(xiàn)不同固結(jié)圍壓、初始應力比的土樣制備，且可實現(xiàn)土樣復雜初始應力條件下的滲流侵蝕試樣和顆粒的自動收集，有利于研究堤壩、邊坡等基礎設施在復雜荷載環(huán)境下的土體內(nèi)部滲流作用。