CN105784568A - 旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置，其包括形成有压力室的装置本体，装置本体具有相对布置、以围构成压力室的上板件和下板件，在压力室内于上板件和下板件之间固连有接触土体，在接触土体上包覆有密封层，于接触土体内转动嵌装有刚性结构块；在装置本体外设有与刚性结构块传动连接，以驱使刚性结构块于接触土体内转动的驱动部，还包括设于装置本体上的、与接触土体的两端相连通的高压水进口和低压水出口，以及设于装置本体上与压力室相连通的进水口。本发明所述的旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置中接触面环境可与堤坝岸坡上的应力变形、渗流条件等因素吻合，以此可使装置的试验结果更符合实际情况而更有效。

Description

旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置

技术领域

本发明涉及土体力学特性测试技术领域，特别涉及一种用于土体与结构接触面抗渗特性测定的旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置。

背景技术

对土体接触面抗渗特性的研究，在堤坝等水体拦截工程的建设中有着非常重要的意义。土体与岸坡、混凝土构件等刚性结构的接触面易成为堤坝抗渗的薄弱环节。在载荷的作用下，土体与刚性结构的接触面可能发生大剪切变形，发生剪切变形后的接触面在高水头作用下可能成为水体集中渗流的通道。

使堤坝中混凝土等刚性结构与土体接触面间的渗流量在设定的范围内，对保障堤坝安全，保护水体周边及下游人们群众的生命财产安全有着十分重要的作用。在接触面抗渗特性研究中，现有的试验方法仍存在着较大的局限性，其不能较好的与岸坡上的应力变形及渗流条件等因素相吻合，从而会导致试验结果的有效性较差，不具备较好的实际意义。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置，以能够更好的与岸坡上的应力变形及渗流条件等因素相吻合，增强试验结果的有效性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置，其包括形成有封闭的压力室的装置本体，所述装置本体具有相对布置、以围构成所述压力室的上板件和下板件，在所述压力室内于所述上板件和下板件之间固连有呈环状的接触土体，在所述接触土体的外周壁上包覆有密封层，并于所述接触土体内转动嵌装有圆柱形的刚性结构块；在所述装置本体外设有与所述刚性结构块传动连接，以驱使刚性结构块于接触土体内转动的驱动部，还包括设于所述装置本体上的、与接触土体及刚性结构块的两端相连通的高压水进口和低压水出口，以及设于所述装置本体上与所述压力室相连通的进水口。

进一步的，所述高压水进口设于所述上板件上，所述低压水出口设于所述下板件上。

进一步的，在所述上板件内形成有分水室，所述高压水进口连通于分水室，在上板件内还形成有多个连通于所述分水室与接触土体及刚性结构块端面之间的进水孔。

进一步的，在所述下板件内形成有集水室，所述低压水出口连通于集水室，在下板件内还形成有多个连通于所述集水室与接触土体及刚性结构块端面之间的出水孔。

进一步的，所述刚性结构块由混凝土或岩块制成。

进一步的，所述接触土体的外径与其自身高度的比值不小于1。

进一步的，在所述上板件和下板件上设有卡齿，在所述接触土体的两侧端面上设有与所述卡齿相卡合的卡槽。

进一步的，所述驱动部为电机，所述电机的驱动端与刚性结构块的一端传动连接。

进一步的，在所述刚性结构块内固定穿设有转轴，所述刚性结构块经由所述转轴转动设置在所述装置本体上，所述电机的驱动端与转轴传动连接。

进一步的，在所述电机的动力输出端连接设有扭矩检测单元。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明所述的旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置，通过驱动部使刚性结构块转动，可在刚性结构块与接触土体的接触面上产生剪切位移，因剪切位移由旋转产生，可精确提供指定大小、指定速率的剪切位移，剪切位移的大小可为零至无穷大的任意值；本装置中接触土体中的渗流方向与接触面的剪切位移方向正交，可较好的再现堤坝中土体与岸坡接触面的应力和渗流条件，而本装置中接触土体外包覆密封层，并置于具有进水口的压力室内，可通过控制压力室内水压而精确控制接触面上的正压力，且能够保持接触面上正应力的恒定，因而本装置中接触面环境可与堤坝岸坡上的应力变形、渗流条件等因素吻合，以此可使装置的试验结果更符合实际情况而更有效。

(2)设计分水室、集水室及进水孔和出水孔，可使高压水的压力更均匀地施加在接触土体和刚性结构块的断面上，也可使水流渗出端断面上的水压力均匀一致。

(3)接触土体的外径与其自身高度的比值不小于1，可使接触土体及刚性结构块的厚度满足要求，以保证接触土体和刚性结构块不会沿横截面发生扭剪破坏。

(4)设置相卡合的卡齿和卡槽可保证在刚性结构块转动时接触土体固定不动。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置的结构示意图；

附图标记说明：

1-底座，2-壳体，3-压力室，4-进水口，5-下盖板，6-上盖板，7-刚性结构块，8-接触土体，9-密封层，10-低压水出口，11-集水室，12-出水孔，13-高压水进口，14-分水室，15-进水孔，16-连接杆，17-紧固螺母，18-转轴，19-电机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明涉及一种旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置，其包括形成有封闭的压力室的装置本体，所述装置本体具有相对布置、以围构成所述压力室的上板件和下板件，在所述压力室内于所述上板件和下板件之间固连有呈环状的接触土体，在所述接触土体的外周壁上包覆有密封层，并于所述接触土体内转动嵌装有圆柱形的刚性结构块；在所述装置本体外设有与所述刚性结构块传动连接，以驱使刚性结构块于接触土体内转动的驱动部，还包括设于所述装置本体上的、与接触土体的两端相连通的高压水进口和低压水出口，以及设于所述装置本体上与所述压力室相连通的进水口。

本旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置通过驱动部使刚性结构块转动，可在刚性结构块与接触土体的接触面上产生剪切位移，因剪切位移由旋转产生，从而能够精确提供指定大小、指定速率的剪切位移，剪切位移的大小可为零至无穷大的任意值。本装置中接触土体中的渗流方向与接触面的剪切位移方向正交，可较好的再现堤坝中土体与岸坡接触面的应力和渗流条件。本装置中接触土体外包覆密封层，并置于具有进水口的压力室内，可通过控制压力室内水压而精确控制接触面上的正压力，且能够保持接触面上正应力的恒定。因而，采用本旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置，其接触面环境可与堤坝岸坡上的应力变形、渗流条件等因素吻合，以此可使装置的试验结果更符合实际情况而更有效。

基于如上的设计思想，本实施例的旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置的一种示例性结构如图1中所示，其中装置本体包括设置在底座1上的内部中空、顶部开口的壳体2，压力室3即形成于壳体2内，且上述的围构成压力室3的上板件为盖合于壳体2开口处的上盖板6，而下板件则由对应于上盖板6布置在壳体2中的下盖板5及与下盖板5相抵接的壳体2底部构成。下盖板5通过螺钉紧固在壳体2上，在上盖板6与下盖板5之间也设置有连接杆16，并通过紧固螺母17使上盖板6与下盖板5紧固在一起。在上盖板6与壳体2及连接杆16之间，以及下盖板5与壳体2之间还分别夹设有密封圈，以保证压力室3的密封性。

在壳体2上设置有与压力室3连通的进水口4，前述的呈环状的接触土体8固定连接在上盖板6和下盖板5之间，圆柱形的刚性结构块7即转动嵌设在接触土体8内。本实施例中，为使接触土体8稳固地设置在压力室3中，在上盖板6及下盖板5与接触土体8对应的部位也设置有外突的卡齿，而在接触土体8的两侧端面上则设置有与卡齿相对应，以能够和卡齿相卡合的卡槽，接触土体8即通过卡齿与卡槽的卡合实现与上盖板6和下盖板5的稳固连接，以在刚性结构块7于接触土体8内转动时，接触土体8固定不动。

本实施例中接触土体8设置成圆环状，在接触土体8的外周壁上也包覆有密封层9，密封层9可采用包裹在接触土体8上的塑料薄膜或其它防水密封材料，以能够隔离接触土体8与压力室3中充入的水体。本实施例中刚性结构块7可由混凝土或岩块制成，刚性结构块7的两端可分别嵌入上盖板6及下盖板5中，刚性结构块7的外周壁可视试验需要而抛光或凿毛，且刚性结构块7也为经由设置于其内的转轴18转动设置在上盖板6和下盖板5之间，在转轴18与上盖板6及下盖板5之间分别夹设有密封圈，以保证压力室3的密封性。

为避免在刚性结构块7转动时，接触土体8和刚性结构块7沿其横截面发生扭剪破坏，本实施例中接触土体8的外径与其自身高度的比值不小于1，以此可使接触土体及刚性结构块的厚度满足要求。如图1中所示，本实施例中前述的高压水进口13设置于上盖板6上，而低压水出口10则设置于包括下盖板5的下板件上。在上盖板6内还形成有与高压水进口13连通的分水室14，并在上盖板6内还形成有多个连通于分水室14与接触土体8及刚性结构块7端面之间的进水孔15。

本实施例中对应于上述的分水室14，在下板件内也形成有集水室11，集水室11设于下盖板5与壳体2底部抵接的一侧端面上，并与壳体2合围而成，低压水出口10与集水室11相连通，在下盖板5中也形成有多个连通集水室11与接触土体8及刚性结构块7端面之间的出水孔12。本实施例中通过分水室14、集水室11的设置，并通过进水孔15和出水孔12连通分水室14、集水室11与接触土体8及刚性结构块7的端面，可使高压水的压力更均匀地施加在接触土体8及刚性结构块7的断面上，也可使水流渗出端断面上的水压力均匀一致。

当然，除了使高压水进口13及低压水出口10分别设置于上板件和下板件处，本实施例中也可使高压水进口13和低压水出口10的位置互换。本实施例中前述的用于驱使刚性结构块7在接触土体8内转动的驱动部为传动连接于转轴18上的电机19，电机19可安装于底座1上，其动力输出端与转轴18之间可通过联轴器联接。当然，除了采用电机19，驱动部也可采用其它旋转驱动装置，而在刚性结构块7直接转动设于上盖板6及下盖板5之间时，电机19的动力输出端与刚性结构块7传动连接即可。本实施例中为对电机19驱动刚性结构块7转动的扭矩进行检测，在电机19的动力输出端可连接设置扭矩检测单元，扭矩检测单元可采用现有的扭矩传感器。

本旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置在使用时，进水口4连通外部水源向压力室3中充入设定压力的水体，高压水进口13接外部高压水源，低压水进口10接收集装置，控制电机19转动带动刚性结构块7旋转即可进行试验，试验中可视需要对水压及刚性结构块7转速等进行调节。本旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置可测定不同接触面剪切位移、不同接触面剪切位移速度与不同渗透水头、不同土料密度、不同接触面正应力等因素组合作用下的渗流量，以用于研究接触面剪切变形下的抗渗透能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置，其特征在于：包括形成有封闭的压力室的装置本体，所述装置本体具有相对布置、以围构成所述压力室的上板件和下板件，在所述压力室内于所述上板件和下板件之间固连有呈环状的接触土体，在所述接触土体的外周壁上包覆有密封层，并于所述接触土体内转动嵌装有圆柱形的刚性结构块；在所述装置本体外设有与所述刚性结构块传动连接，以驱使刚性结构块于接触土体内转动的驱动部，还包括设于所述装置本体上的、与接触土体及刚性结构块的两端相连通的高压水进口和低压水出口，以及设于所述装置本体上与所述压力室相连通的进水口。

2.根据权利要求1所述的旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置，其特征在于：所述高压水进口设于所述上板件上，所述低压水出口设于所述下板件上。

3.根据权利要求2所述的旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置，其特征在于：在所述上板件内形成有分水室，所述高压水进口连通于分水室，在上板件内还形成有多个连通于所述分水室与接触土体及刚性结构块端面之间的进水孔。

4.根据权利要求2所述的旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置，其特征在于：在所述下板件内形成有集水室，所述低压水出口连通于集水室，在下板件内还形成有多个连通于所述集水室与接触土体及刚性结构块端面之间的出水孔。

5.根据权利要求1所述的旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置，其特征在于：所述刚性结构块由混凝土或岩块制成。

6.根据权利要求1所述的旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置，其特征在于：所述接触土体的外径与其自身高度的比值不小于1。

7.根据权利要求1所述的旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置，其特征在于：在所述上板件和下板件上设有卡齿，在所述接触土体的两侧端面上设有与所述卡齿相卡合的卡槽。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置，其特征在于：所述驱动部为电机，所述电机的驱动端与刚性结构块的一端传动连接。

9.根据权利要求8所述的旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置，其特征在于：在所述刚性结构块内固定穿设有转轴，所述刚性结构块经由所述转轴转动设置在所述装置本体上，所述电机的驱动端与转轴传动连接。

10.根据权利要求8所述的旋转剪切式接触面抗渗特性试验装置，其特征在于：在所述电机的动力输出端连接设有扭矩检测单元。