CN108444818A - 一种堆石料浸水保压试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种堆石料浸水保压的试验装置，其包括底座和设置在底座上压力罩，试样容纳构件设置在压力罩和底座形成密闭的试验空间内，试样容纳构件包括下底板、上顶板和柔性套筒，柔性套筒的上端和下端分别与上顶板和下底板密封连接，试样进水管贯穿底座，一端与下底板相连，试样进水管与试样空腔连通；试样出水管一端与上顶板相连，试样出水管与试样空腔连通；围压进水管和围压出水管设置在压力罩上，围压进水管和围压出水管均与试验空间连通。本发明提供了一种全新的堆石料浸水保压试验装置，能够为堆石料试样提供一种长期浸水加压的试验环境，便于模拟堆石料同时在浸水状态和三向应力状态下的湿化软化变形情况。
Description
技术领域
本发明涉及堆石料长期浸水湿化软化特性试验技术领域，具体涉及一种堆石料浸水保压的试验装置及试验方法。
背景技术
堆石料三轴剪切试验，根据排水条件的不同，分为不固结不排水剪（UU），固结不排水剪（CU）和固结排水剪（CD）等3种试验类型。其中，固结排水剪试验（CD）是试样先在某一周围压力作用下排水固结，然后在允许试样充分排水的情况下增加轴向压力直到破坏，本试验可以测得有效抗剪强度参数c d 、φ d 和本构模型参数（如：邓肯-张E-B模型、K-G模型和“沈珠江”双屈服面模型等）。
目前，堆石料固结排水剪试验（CD）步骤基本如下：试料轧制；试样制备；试样饱和；试样剪切。该过程没有考虑，堆石体在三向应力状态下长期浸水，部分颗粒浸水软化破碎以及浸水润滑颗粒接触，从而触发颗粒受力的不平衡，引起颗粒重排、调整并逐渐恢复平衡，使堆石体中应力重分布并产生变形，致使堆石体强度降低和模量减小，产生湿化软化变形等情况。
现在的试验，没有模拟堆石料在三向应力状态下长期浸水的试验方法，也没有相应的试验设备。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种堆石料浸水保压试验装置，具体技术方案如下。
一种堆石料浸水保压的试验装置，其特征在于，包括：
底座；
压力罩，其设置在所述底座上，所述压力罩和所述底座一起形成一个密闭的试验空间；
试样容纳构件，其设置在所述试验空间内且用于容纳堆石料试样，所述试样容纳构件包括下底板、上顶板和柔性套筒，所述柔性套筒的下端与所述下底板密封连接，所述柔性套筒的上端与所述上顶板密封连接，所述堆石料试样容纳于所述下底板、上顶板和柔性套筒一起形成的试样空腔内；所述下底板设置在所述底座上，所述上顶板与压力罩之间存在间隙，所述柔性套筒与所述压力罩之间存在间隙；
试样进水管，其贯穿所述底座，一端与所述下底板相连，另一端位于所述底座的外部，所述试样进水管与所述试样空腔连通；
试样出水管，其一端与所述上顶板相连，另一端位于所述底座或压力罩的外部，所述试样出水管与所述试样空腔连通；以及
设置在所述压力罩上的围压进水管和围压出水管，所述围压进水管和围压出水管均与所述试验空间连通，所述围压出水管位于所述压力罩的顶部。
进一步地，所述压力罩的底部具有固定法兰，所述固定法兰通过紧固件与所述底座连接，所述固定法兰和底座之间设置密封件。
进一步地，所述下底板的上表面上设置有多个透水孔，多个所述透水孔在所述下底板的内部汇集后与所述试样进水管连通；所述上顶板的下表面上设置有多个透水孔，多个所述透水孔在所述上顶板的内部汇集后与所述试样出水管连通。
进一步地，所述下底板与所述堆石料试样之间设置有过滤部件；所述上顶板与所述堆石料试样之间设置有过滤部件；优选地，所述过滤部件为织物或者滤膜。
进一步地，所述柔性套筒为乳胶膜，所述所述柔性套筒的上端套在所述上顶板的外周，所述柔性套筒的下端套在所述下底板的外周。
进一步地，所述上顶板和下底板的外周均设置有沿着周向的凹槽，所述柔性套筒的上端和下端分别通过橡胶管或者乳胶管绑扎在所述凹槽内。
进一步地，所述围压进水管上设置有压力表。
进一步地，所述试样进水管、试样出水管、围压进水管和围压出水管上均设置有阀门。
基于同一发明构思，本发明还涉及一种堆石料浸水保压的试验方法，其采用上述的试验装置，主要包括如下步骤：
S1：将柔性套筒的下端与所述下底板密封连接；
S2：将堆石料试样加入柔性套筒中：根据试验要求的干密度、试样尺寸和级配曲线计算确定各个粒组的质量，并称取试验所需的相应试样，将备好的试样分成几等份混合均匀，将混合均匀的试样加入到柔性套筒中，采用表面振动法，均匀制样；
S3：将所述上顶板放置在所述堆石料试样的顶部，将柔性套筒的上端与所述上顶板密封连接；将压力罩密封固定在所述所述底座上；
S4：打开试样进出水管的阀门，从试样进水管向堆石料试样内缓慢注水，待试样出水管有水流出后持续注水3分钟以上，关闭试样进水管和试样出水管的阀门；
S5：打开围压进水管和围压出水管的阀门，从围压进水管向压力罩内缓慢注水，待围压出水管有水流出，关闭围压出水管的阀门；围压进水管连接有稳压装置，稳压装置对压力罩内施加压力直至额定围压，关闭围压进水管的阀门。
进一步地，为了便于堆石料试样的制备，所述步骤S1之后还具有以下步骤：将刚性的承膜筒套在所述柔性套筒的外部，使柔性套筒紧贴承膜筒的内壁，并将柔性套筒的上端外翻在承膜筒的外壁；在放置好堆石料试样后，将外翻的柔性套筒套设在上顶板上。
本发明提供了一种全新的堆石料浸水保压试验装置，能够为堆石料试样提供一种长期浸水加压的试验环境，便于模拟堆石料同时在浸水状态和三向应力状态下的湿化软化变形情况。
附图说明
图1是本发明的堆石料浸水保压试验装置的示意图；
图2是下底板的示意图。
图中：底座1、压力罩2、堆石料试样3、下底板4、上顶板5柔性套筒6、试样进水管7、试样出水管8、围压进水管9、围压出水管10、透水孔11、凹槽12、压力表13、阀门14、螺栓15。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
参见图1-2，一种堆石料浸水保压的试验装置，其包括：底座1、压力罩2、试样容纳构件、试样进水管7、试样出水管8、围压进水管9和围压出水管10。
压力罩2的底部具有固定法兰，所述固定法兰通过螺栓15（紧固件）与所述底座1连接，所述固定法兰和底座1之间设置密封件；所述压力罩2和所述底座1一起形成一个密闭的试验空间。
试样容纳构件设置在所述试验空间内且用于容纳堆石料试样3，所述试样容纳构件包括下底板4、上顶板5和柔性套筒6，所述柔性套筒6优选为乳胶膜；参见图2，所述上顶板5和下底板4的外周均设置有沿着周向的环形的凹槽12，所述柔性套筒6的上端和下端分别通过橡胶管或者乳胶管（鸡皮管）绑扎在所述凹槽12内，实现柔性套筒6与上顶板5和下底板4的密封连接，采用橡胶管或者乳胶管来绑扎柔性套筒6能够提高试样容纳构件的长期耐压性能；堆石料试样3容纳于所述下底板4、上顶板5和柔性套筒6一起形成的试样空腔内；堆石料试样3为圆柱形，高60cm，上下底面直径30cm；所述下底板4设置在所述底座1上，所述上顶板5与压力罩2之间存在间隙，所述柔性套筒6与所述压力罩2之间存在间隙，该间隙用于填充液体，使得试样容纳构件置于三向应力状态下，从而使堆石料试样3处于三向应力状态下；其中，下底板4和上顶板5的优选为圆盘形，防止柔性套筒6与下底板4和上顶板5的连接处存在较大的应力集中。
试样进水管7，其贯穿所述底座1，一端与所述下底板4相连，另一端位于所述底座1的外部，所述试样进水管7与所述试样空腔连通；
试样出水管8，其一端与所述上顶板5相连，另一端贯穿所述底座1后位于底座1的外部，所述试样出水管8与所述试样空腔连通；可选地，试样出水管8也可以从压力罩2伸出后位于压力罩2的外部。
围压进水管9和围压出水管10设置在所述压力罩2上，所述围压进水管9和围压出水管10均与所述试验空间连通，所述围压出水管10位于所述压力罩2的顶部；围压进水管9上设置有压力表13用于监测试验空间内的压力大小。试样进水管7、试样出水管8、围压进水管9和围压出水管10上均设置有阀门14。
参见图2，下底板4的上表面上设置有多个透水孔11，多个所述透水孔在所述下底板的内部汇集后与所述试样进水管7连通；与下底板的结构相类似，所述上顶板5的下表面上设置有多个透水孔11，多个所述透水孔11在所述上顶板的内部汇集后与所述试样出水管8连通。透水孔11的设置便于水均匀地与堆石料试样3的上下段接触，确保试验浸水均匀。
下底板4与所述堆石料试样3之间设置有过滤部件；所述上顶板5与所述堆石料试样3之间设置有过滤部件；优选地，所述过滤部件为织物或者滤膜。过滤部件能够防止细小颗粒进入试样进水管7和试样出水管8中。
本发明的堆石料浸水保压试验方法，采用了上述的试验装置，主要包括如下步骤：
S1：将柔性套筒6的下端与所述下底板4密封连接；
S2：将堆石料试样3加入柔性套筒6中：根据试验要求的干密度、试样尺寸和级配曲线计算确定各个粒组的质量，并称取试验所需的相应试样，将备好的试样分成几等份混合均匀，将混合均匀的试样加入到柔性套筒6中，采用表面振动法，均匀制样；
S3：将所述上顶板5放置在所述堆石料试样3的顶部，将柔性套筒6的上端与所述上顶板5密封连接；将压力罩2密封固定在所述所述底座1上；
S4：打开试样进出水管7的阀门14，从试样进水管7向堆石料试样3内缓慢注水，待试样出水管8有水流出后持续注水3分钟以上（优选10分钟），关闭试样进水管7和试样出水管8的阀门14；
S5：打开围压进水管9和围压出水管10的阀门14，从围压进水管9向压力罩2内缓慢注水，水逐渐将试样容纳构件和压力罩2之间的间隙填满，待围压出水管10有水流出，关闭围压出水管10的阀门；围压进水管9连接有稳压装置，稳压装置对压力罩2内施加压力直至额定围压，关闭围压进水管9的阀门14。
为了便于堆石料试样的制备，所述步骤S1之后还具有以下步骤：将刚性的承膜筒套在所述柔性套筒6的外部，使柔性套筒6紧贴承膜筒的内壁，并将柔性套筒6的上端外翻在承膜筒的外壁；在放置好堆石料试样3后，将外翻的柔性套筒6套设在上顶板5上。
实验人员根据需要选择浸水保压的时间，待预定试验时间达到后，取出堆石料试样3进行进一步地分析检测。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，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。为叙述方便，上文中出现的“上”、“下”字样，仅表示与附图本身的上、下方向一致，并不对结构起限定作用。本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种堆石料浸水保压的试验装置，其特征在于，包括：
底座(1)；
压力罩(2)，其设置在所述底座(1)上，所述压力罩(2)和所述底座(1)一起形成一个密闭的试验空间；
试样容纳构件，其设置在所述试验空间内且用于容纳堆石料试样(3)，所述试样容纳构件包括下底板(4)、上顶板(5)和柔性套筒(6)，所述柔性套筒(6)的下端与所述下底板(4)密封连接，所述柔性套筒(6)的上端与所述上顶板(5)密封连接，所述堆石料试样(3)容纳于所述下底板(4)、上顶板(5)和柔性套筒(6)一起形成的试样空腔内；所述下底板(4)设置在所述底座(1)上，所述上顶板(5)与压力罩(2)之间存在间隙，所述柔性套筒(6)与所述压力罩(2)之间存在间隙；
试样进水管(7)，其贯穿所述底座(1)，一端与所述下底板(4)相连，另一端位于所述底座(1)的外部，所述试样进水管(7)与所述试样空腔连通；
试样出水管(8)，其一端与所述上顶板(5)相连，另一端位于所述底座(1)或压力罩(2)的外部，所述试样出水管(8)与所述试样空腔连通；以及
设置在所述压力罩(2)上的围压进水管(9)和围压出水管(10)，所述围压进水管(9)和围压出水管(10)均与所述试验空间连通，所述围压出水管（10）位于所述压力罩（2）的顶部。
2.根据权利要求1所述的一种堆石料浸水保压的试验装置，其特征在于，所述压力罩(2)的底部具有固定法兰，所述固定法兰通过紧固件与所述底座(1)连接，所述固定法兰和底座之间设置密封件。
3.根据权利要求1所述的一种堆石料浸水保压的试验装置，其特征在于，所述下底板(4)的上表面上设置有多个透水孔(11)，多个所述透水孔在所述下底板的内部汇集后与所述试样进水管(7)连通；所述上顶板(5)的下表面上设置有多个透水孔(11)，多个所述透水孔(11)在所述上顶板的内部汇集后与所述试样出水管(8)连通。
4.根据权利要求1所述的一种堆石料浸水保压的试验装置，其特征在于，所述下底板(4)与所述堆石料试样(3)之间设置有过滤部件；所述上顶板(5)与所述堆石料试样(3)之间设置有过滤部件。
5.根据权利要求1所述的一种堆石料浸水保压的试验装置，其特征在于，所述柔性套筒(6)为乳胶膜，所述所述柔性套筒(6)的上端套在所述上顶板(5)的外周，所述柔性套筒(6)的下端套在所述下底板(4)的外周。
6.根据权利要求1所述的一种堆石料浸水保压的试验装置，其特征在于，所述上顶板(5)和下底板(4)的外周均设置有沿着周向的凹槽(12)，所述柔性套筒(6)的上端和下端分别通过橡胶管或者乳胶管绑扎在所述凹槽(12)内。
7.根据权利要求1所述的一种堆石料浸水保压的试验装置，其特征在于，所述围压进水管(9)上设置有压力表(13)。
8.根据权利要求1所述的一种堆石料浸水保压的试验装置，其特征在于，所述试样进水管(7)、试样出水管(8)、围压进水管(9)和围压出水管(10)上均设置有阀门(14)。
9.一种堆石料浸水保压的试验方法，其采用如权利要求1-8任意一项所述的试验装置，主要包括如下步骤：
S1：将柔性套筒(6)的下端与所述下底板(4)密封连接；
S2：将堆石料试样(3)加入柔性套筒(6)中：根据试验要求的干密度、试样尺寸和级配曲线计算确定各个粒组的质量，并称取试验所需的相应试样，将备好的试样分成几等份混合均匀，将混合均匀的试样加入到柔性套筒（6）中，采用表面振动法，均匀制样；
S3：将所述上顶板(5)放置在所述堆石料试样(3)的顶部，将柔性套筒(6)的上端与所述上顶板(5)密封连接；将压力罩（2）密封固定在所述所述底座（1）上；
S4：打开试样进水管(7)的阀门(14)，从试样进水管(7)向堆石料试样(3)内缓慢注水，待试样出水管(8)有水流出后持续注水3分钟以上，关闭试样进水管(7)和试样出水管(8)的阀门(14)；
S5：打开围压进水管(9)和围压出水管(10)的阀门(14)，从围压进水管(9)向压力罩(2)内缓慢注水，待围压出水管(10)有水流出，关闭围压出水管(10)的阀门；围压进水管(9)连接有稳压装置，稳压装置对压力罩(2)内施加压力直至额定围压，关闭围压进水管(9)的阀门(14)。
10.根据权利要求9所述的一种堆石料浸水保压的试验方法，其特征在于，为了便于堆石料试样的制备，所述步骤S1之后还具有以下步骤：将刚性的承膜筒套在所述柔性套筒(6)的外部，使柔性套筒(6)紧贴承膜筒的内壁，并将柔性套筒(6)的上端外翻在承膜筒的外壁；在放置好堆石料试样(3)后，将外翻的柔性套筒(6)套设在上顶板(5)上。
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