本實(shí)用新型涉及土工試驗(yàn)領(lǐng)域，尤其涉及到一種飽和土滲流與蠕變耦合三軸試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

水庫(kù)在蓄水和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，庫(kù)水長(zhǎng)期反復(fù)大幅度漲落加劇了庫(kù)岸滑坡災(zāi)害的發(fā)生。有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明隨庫(kù)水位周期性漲落，滑坡體地下水隨之呈周期性升降，滑坡位移變形速率隨庫(kù)水位下降而增大，隨庫(kù)水位上升而減??；在庫(kù)水位和地下水位穩(wěn)定不變期間，滑坡變形仍持續(xù)緩慢增加。說(shuō)明滑坡變形發(fā)展過(guò)程不僅與庫(kù)水位變動(dòng)產(chǎn)生的滲流場(chǎng)有關(guān)，還與蠕變效應(yīng)有關(guān)。然而滲流與蠕變又相互影響，滲流場(chǎng)產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)，應(yīng)力場(chǎng)使土體產(chǎn)生蠕變，土體的變形反過(guò)來(lái)又影響滲流場(chǎng)。所以水庫(kù)滑坡變形機(jī)制十分復(fù)雜，但從國(guó)內(nèi)外研究資料來(lái)看，水庫(kù)滑坡動(dòng)力演化過(guò)程中的滲流和蠕變耦合效應(yīng)迄今尚未被引起關(guān)注。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者單獨(dú)針對(duì)土體滲流和土體蠕變?cè)囼?yàn)及理論做了大量的研究，但幾乎很少有學(xué)者注意到土體滲流與蠕變耦合效應(yīng)。為揭示土體滲流與蠕變耦合效應(yīng)，首先應(yīng)開(kāi)展?jié)B流與蠕變耦合試驗(yàn)研究，通過(guò)試驗(yàn)揭示滲流與蠕變相互作用機(jī)理，建立滲流與蠕變耦合數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而開(kāi)展?jié)B流與蠕變耦合作用下的土體滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)及位移場(chǎng)計(jì)算分析。然而，目前市面上還未發(fā)現(xiàn)土體滲流與蠕變耦合的試驗(yàn)設(shè)備，為此，本實(shí)用新型研發(fā)了一種飽和土滲流與蠕變耦合三軸試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所需解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種飽和土滲流蠕變耦合試驗(yàn)裝置，可以同時(shí)進(jìn)行飽和土滲流和蠕變?cè)囼?yàn)，提供一種飽和土滲流蠕變耦合試驗(yàn)方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出以下技術(shù)方案：一種飽和土滲流與蠕變耦合三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于：它包括圍壓和體變測(cè)量單元、軸壓施加單元、軸向位移傳感器、滲透壓施加單元、滲流量測(cè)量單元、雙壓力室、孔隙水壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、供水單元和供氣單元。

所述圍壓和體變測(cè)量單元、軸壓施加單元和滲透壓施加單元分別與雙壓力室相連，對(duì)土樣施加設(shè)定的圍壓、軸力和滲透壓。

所述圍壓和體變測(cè)量單元、軸向位移傳感器、滲流量測(cè)量單元和孔隙水壓力傳感器分別于雙壓力室相連，對(duì)土樣試驗(yàn)過(guò)程中的體積變化、軸向位移、滲流量和孔隙水壓力實(shí)時(shí)測(cè)量。

所述圍壓和體變測(cè)量單元、軸向位移測(cè)量單元、滲流量測(cè)量單元和孔隙水壓力傳感器分別于數(shù)據(jù)采集單元連接，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中試樣體積變化、軸向位移、滲流量和孔隙水壓力值進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。

所述供水單元分別與雙壓力室和滲透壓施加單元相連，對(duì)其提供水源。

所述供氣單元分別與圍壓和體變測(cè)量單、滲透壓施加單元和供水單元相連，對(duì)其提供氣壓。

所述每聯(lián)圍壓和體變測(cè)量單元包括注水管，所述注水管的底部連接有第二三通管，所述第二三通管的另兩個(gè)出口分別連接有第一三通閥和第二三通閥，所述第一三通管的另兩個(gè)出口分別連接有大量程圍壓管和第二三通閥，所述第二三通閥的另兩個(gè)出口分別與第二三通閥和小量程圍壓管相連，所述第二三通閥的另一個(gè)出口與第一壓差傳感器相連，所述大量程圍壓管的底端同時(shí)與第一三通管相連，所述第一三通管的另兩個(gè)出口分別與第一壓差傳感器和第一調(diào)壓閥相連。

所述的每聯(lián)滲透壓施加單元包括小水箱、第二調(diào)壓閥、第四三通閥、第五三通閥；所述第四三通閥分別與小水箱、第二調(diào)壓閥和大氣相連調(diào)節(jié)滲透壓力。

所述每聯(lián)滲流量測(cè)量單元包括第二壓差傳感器、參照管和第六三通閥；所述第二壓差傳感器同時(shí)與參照管和第六三通閥相連，所述第六三通閥與孔隙水壓力傳感器相連。

所述雙壓力室包括雙壓力室外室、雙壓力室內(nèi)室、試樣帽、底座、圍壓氣輸入管、排氣孔、透水石、排水管、滲透壓管和圍壓輸入管；所述底座位于雙壓力室內(nèi)室中心，并和排水管相連，試樣帽位于試樣頂部與滲透壓管相連，圍壓輸入管與雙壓力室內(nèi)室底部連通，排氣孔與雙壓力室內(nèi)室頂部連通，圍壓氣輸入管與雙壓力室外室頂部連通。

所述數(shù)據(jù)采集單元包括數(shù)據(jù)采集儀和計(jì)算機(jī)；所述數(shù)據(jù)采集儀包括一號(hào)輸入通道、二號(hào)輸入通道、三號(hào)輸入通道、四號(hào)輸入通道和輸出通道；所述輸入通道分別與軸向位移傳感器、第一壓差傳感器、第二壓差傳感器和孔隙水壓力傳感器相連，輸出通道與計(jì)算機(jī)相連。

本實(shí)用新型有如下有益效果：

本實(shí)用新型提供的一種飽和土三軸蠕變?cè)囼?yàn)儀，試樣帽通過(guò)滲透壓管與一套能控制滲透壓的管路相連，從而能達(dá)到滲流的目的。底座接排水管與孔隙水壓力傳感器和滲流量測(cè)量單元相連，從而測(cè)得試樣在滲流蠕變耦合過(guò)程中的滲流量和試樣底部的孔隙水壓力。試樣壓力室采用雙壓力室內(nèi)室，為雙層有機(jī)玻璃圓筒，雙壓力室內(nèi)室注滿無(wú)氣水，圍壓和體變測(cè)量單元通過(guò)圍壓輸入管向試樣施加圍壓，圍壓和體變測(cè)量單元通過(guò)圍壓氣輸入管向雙圍壓室外室施加等圍壓值的氣體，以消除內(nèi)室的變形對(duì)體變值測(cè)量產(chǎn)生的誤差。試樣帽凹槽與傳力桿接觸，傳力桿與荷載架上的壓力螺釘接觸，通過(guò)放置砝碼來(lái)給試樣施加軸向壓力，傳力桿與壓力室間用“O”型圈密封。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：1.能夠通過(guò)施加滲透壓來(lái)實(shí)現(xiàn)滲流，從而可以開(kāi)展飽和土滲流蠕變耦合試驗(yàn)；2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型中壓力室結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：圍壓和體變測(cè)量單元1、軸壓施加單元2、軸向位移傳感器3、滲透壓施加單元4、滲流量測(cè)量單元5、雙壓力室6、孔隙水壓力傳感器7、數(shù)據(jù)采集單元8、供水單元9、供氣單元10；

注水管1.1、大量程圍壓管1.2、小量程圍壓管1.3、第一壓差傳感器1.4、第一調(diào)壓閥1.5、第一三通管1.6、第二三通管1.7、第一三通閥1.8、第二三通閥1.9、第三三通閥1.10；

小水箱4.1、第二調(diào)壓閥4.2、三通閥4.3、第五三通閥4.4；

第二壓差傳感器5.1、參照管5.2、第六三通閥5.3；

雙壓力室外室6.1、雙壓力室內(nèi)室6.2、試樣帽6.3、底座6.4、圍壓氣輸入管6.5、排氣孔6.6、透水石6.7、排水管6.8、滲透壓管6.9、圍壓輸入管6.10；

數(shù)據(jù)采集儀8.1、計(jì)算機(jī)8.2、一號(hào)輸入通道8.11、二號(hào)輸入通道8.12、三號(hào)輸入通道8.13、四號(hào)輸入通道8.14、輸出通道8.15。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1-2所示，一種飽和土滲流與蠕變耦合三軸試驗(yàn)裝置，其特征在于：它包括圍壓和體變測(cè)量單元1、軸壓施加單元2、軸向位移傳感器3、滲透壓施加單元4、滲流量測(cè)量單元5、雙壓力室6、孔隙水壓力傳感器7、數(shù)據(jù)采集單元8、供水單元9和供氣單元10。

進(jìn)一步的，所述圍壓和體變測(cè)量單元1、軸壓施加單元2和滲透壓施加單元4分別與雙壓力室6相連，對(duì)土樣0施加設(shè)定的圍壓、軸力和滲透壓。

進(jìn)一步的，所述圍壓和體變測(cè)量單元1、軸向位移傳感器3、滲流量測(cè)量單元5和孔隙水壓力傳感器7分別于雙壓力室6相連，對(duì)土樣0試驗(yàn)過(guò)程中的體積變化、軸向位移、滲流量和孔隙水壓力實(shí)時(shí)測(cè)量。

進(jìn)一步的，所述圍壓和體變測(cè)量單元1、軸向位移測(cè)量單元3、滲流量測(cè)量單元5和孔隙水壓力傳感器7分別于數(shù)據(jù)采集單元8連接，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中試樣體積變化、軸向位移、滲流量和孔隙水壓力值進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。

進(jìn)一步的，所述供水單元9分別與雙壓力室6和滲透壓施加單元4相連，對(duì)其提供水源。

進(jìn)一步的，所述供氣單元10分別與圍壓和體變測(cè)量單1、滲透壓施加單元4和供水單元9相連，對(duì)其提供氣壓。

進(jìn)一步的，所述每聯(lián)圍壓和體變測(cè)量單元1包括注水管1.1，所述注水管1.1的底部連接有第二三通管1.7，所述第二三通管1.7的另兩個(gè)出口分別連接有第一三通閥1.8和第二三通閥1.10，所述第一三通管1.8的另兩個(gè)出口分別連接有大量程圍壓管1.2和第二三通閥1.9，所述第二三通閥1.10的另兩個(gè)出口分別與第二三通閥1.9和小量程圍壓管1.3相連，所述第二三通閥1.9的另一個(gè)出口與第一壓差傳感器1.4相連，所述大量程圍壓管1.2的底端同時(shí)與第一三通管1.6相連，所述第一三通管1.6的另兩個(gè)出口分別與第一壓差傳感器1.4和第一調(diào)壓閥1.5相連。

進(jìn)一步的，所述的每聯(lián)滲透壓施加單元4包括小水箱4.1、第二調(diào)壓閥4.2、第四三通閥4.3、第五三通閥4.4；所述第四三通閥4.3分別與小水箱4.1、第二調(diào)壓閥4.2和大氣相連調(diào)節(jié)滲透壓力。

進(jìn)一步的，所述每聯(lián)滲流量測(cè)量單元5包括第二壓差傳感器5.1、參照管5.2和第六三通閥5.3；所述第二壓差傳感器5.1同時(shí)與參照管5.2和第六三通閥5.3相連，所述第六三通閥5.3與孔隙水壓力傳感器7相連。

進(jìn)一步的，所述雙壓力室6包括雙壓力室外室6.1、雙壓力室內(nèi)室6.2、試樣帽6.3、底座6.4、圍壓氣輸入管6.5、排氣孔6.6、透水石6.7、排水管6.8、滲透壓管6.9和圍壓輸入管6.10；所述底座6.4位于雙壓力室內(nèi)室6.2中心，并和排水管6.8相連，試樣帽6.3位于試樣0頂部與滲透壓管6.9相連，圍壓輸入管6.10與雙壓力室內(nèi)室6.2底部連通，排氣孔6.6與雙壓力室內(nèi)室6.2頂部連通，圍壓氣輸入管6.5與雙壓力室外室6.1頂部連通。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集單元8包括數(shù)據(jù)采集儀8.1和計(jì)算機(jī)8.2；所述數(shù)據(jù)采集儀8.1包括一號(hào)輸入通道8.11、二號(hào)輸入通道8.12、三號(hào)輸入通道8.13、四號(hào)輸入通道8.14和輸出通道8.15；所述輸入通道分別與軸向位移傳感器3、第一壓差傳感器1.4、第二壓差傳感器5.1和孔隙水壓力傳感器7相連，輸出通道8.15與計(jì)算機(jī)8.2相連。

本實(shí)用新型的裝置具體工作原理為：

試樣步驟如下：

1、制備試樣：按照土工試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)制備試樣0；

2、裝試樣：

1）準(zhǔn)備好試樣0；

2）將試放在透水石6.11上，并在試樣頂部放透水石6.7；

3）對(duì)試樣套橡皮膜，并用橡皮筋扎好下端；

4）安放試樣帽6.3，用橡皮筋扎好上端；

5）安裝壓力室罩；

3、利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)：

1）關(guān)閉第五三通閥4.4，通過(guò)第二三通閥1.9選擇圍壓管量程，調(diào)節(jié)第一調(diào)壓閥1.5分別向雙壓力室外室6.1和雙壓力室內(nèi)室6.2施加5kPa的氣壓和圍壓，待試樣變形和排水穩(wěn)定后記錄相應(yīng)的數(shù)值，并以他們?yōu)樽冃魏团潘牧泓c(diǎn)；

2）施加第一級(jí)圍壓，直到變形和排水穩(wěn)定；

3）打開(kāi)第五三通閥4.4，第二調(diào)壓閥4.2施加第一級(jí)滲透壓，滲透壓值應(yīng)小于此時(shí)圍壓值，直至試樣變形速率小于預(yù)定值；

4）施加下一級(jí)圍壓和滲透壓，重復(fù)2和3操作；

5）結(jié)束試驗(yàn)后，儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，拆除試樣；

通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以在不偏離本項(xiàng)實(shí)用新型技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改都在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。本實(shí)用新型的未盡事宜，屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)。