CN109030144A - 一种松散体水下板结规律模拟试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种松散体水下板结规律模拟试验装置及方法，试样夹具采用半圆环金属片，所述半圆环金属片上加工有密集布置的细孔；所述试样夹具组装之后固定安装在底座上，在底座和试样夹具接触的端面设置有底盖；所述试样夹具的顶部安装有顶部扣件，在顶部扣件和试样夹具接触的端面设置有顶盖；所述底座、试样夹具和顶部扣件之间通过锁紧装置可拆卸固定相连；多个上述的试样夹具整体放置于封闭容器的内部，所述封闭容器的顶部通过固定螺栓安装有封闭容器顶盖，在封闭容器顶盖上连通有进气管、排气管和压力表。用于模拟研究固相、液相物源共存环境下，随着时间推移和环境作用下，固相物源赋存状态的变化以及其力学特性、物理性质的变化。

Description

一种松散体水下板结规律模拟试验装置及方法
技术领域
本发明涉及一种松散体水下板结规律模拟试验装置及方法，属于水电试验设备技术领域，可应用于水电工程水工建筑物、临水水电设备运行等受淤堵物的影响研究。
背景技术
对于土或者土石的板结试验，现阶段较多的是对已经板结的物源进行力学试验研究以及关于防板结、破板结方面的研究，较少见关于土或者土石在不同环境下的板结过程和规律的研究成果。
现阶段较常见的研究成果为关于岩石劣化模拟试验装置，如室内水-岩作用下岩石力学试验是研究岩石与水共存，赋予不同的水压力环境或者干-湿循环作用下岩石的劣化效应。基本未见关于水压力或者水压力循环等作用下松散体（土或土石）的板结效应的试验装置及相应研究成果，因而，本发明所述的一种松散体水下板结规律模拟试验装置具有较大应用价值，其应用将可产生出较大的科研价值。
发明内容
本发明目的是提供一种松散体水下板结规律模拟试验装置及方法，研究松散体再不同水压力作用下或者循环水压力作用下的板结效应，研究形态、力学强度、物理性质的变化及其在工程中的影响；用于模拟研究固相、液相物源共存环境下，随着时间推移和环境作用下，固相物源赋存状态的变化以及其力学特性、物理性质的变化。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种松散体水下板结规律模拟试验装置，它包括试样夹具，所述试样夹具采用半圆环金属片，所述半圆环金属片上加工有密集布置的细孔；所述试样夹具组装之后固定安装在底座上，在底座和试样夹具接触的端面设置有底盖；所述试样夹具的顶部安装有顶部扣件，在顶部扣件和试样夹具接触的端面设置有顶盖；所述底座、试样夹具和顶部扣件之间通过锁紧装置可拆卸固定相连；多个上述的试样夹具整体放置于封闭容器的内部，所述封闭容器的顶部通过固定螺栓安装有封闭容器顶盖，在封闭容器顶盖上连通有进气管、排气管和压力表。
所述试样夹具上的细孔布置密度、孔径大小根据水的流通及水压力的传递设定；所述试样夹具共有两块，对接组合后形成整圆夹具。
所述底座的中心位置加工有圆形凹槽，所述圆形凹槽与底盖相配合，并对其限位固定。
所述顶部扣件的其中一个端面加工有凹槽，所述凹槽与顶盖相配合，并对其限位固定。
所述锁紧装置包括连接杆，所述连接杆的底部通过销轴铰接在底座上，其顶部穿过顶部扣件上的通孔；在连接杆的顶部安装有螺帽，并将顶部扣件压装在试样夹具的顶部。
所述顶盖根据需要制作成带有密集布置的孔洞，所述孔洞尺寸与试样夹具上的细孔孔径保持一致，所述顶盖的尺寸与顶部扣件内侧凹槽贴合。
所述顶盖上孔洞的形状采用圆形孔洞、条形孔洞、L形孔洞或工字形孔洞。
所述封闭容器和封闭容器顶盖之间设置有密封圈。
所述进气管上安装有进气阀门，所述排气管上安装有排气阀门。
采用任意一项所述松散体水下板结规律模拟试验装置的试验方法，其特征在于包括以下步骤：
Step1：组装试样夹具，将试样夹具组装之后放置于底座上，并在两者的接触位置放置底盖；
Step2：将需要试验的试样物质放置于试样夹具的内部；
Step3：通过连接杆和螺帽将顶部扣件锁紧固定在试样夹具的顶部，并在顶部扣件和试样夹具的接触端面设置顶盖；
Step4：将组装好的试样夹具整体放置在封闭容器的内部，并注入试验所需要的水，并将封闭容器顶盖盖在封闭容器的顶部；
Step5：通过排气管向封闭容器内部加压，使其满足试验的加压需要；
Step6：通过压力表监测容器内部气压，实现试环境验精准控制；
Step7：试验一段时间之后，取出试样，进行原状、自然晾干或者烘烤后不同含水状态下的力学试验。
本发明有如下有益效果：
1、本发明可实现土、土石等多种松散物源板结试验的模拟研究。
2、本发明可实现松散物源在不同水压力作用下和循环水压力作用下的松散物源板结试验的模拟研究。
3、本发明可实现预先埋设拉拔试验所需的不同尺寸的锚杆、工字钢、角钢、平钢板，模拟松散物源在不同环境作用下，因板结所产生的抗拔力。
4、本发明可实现同一环境下，设置多组试样进行模拟试验，达到同环境下对比试验目的，具有更好的可靠性。
5、本发明可实现板结后的物源，进行原状、自然晾干或者烘烤后不同含水状态下的力学试验，如环剪试验，抗拔试验等，以及其他力学试验及物理试验。
6、本发明装置由上述元件构成，可实现快速制样、取样，并最大程度减少过程中人为扰动。
7、本发明结构简单，制作方便，所具有的功能多样，类比已有的岩石力学试验装置，其应用对于基础学科的研究做出一定的贡献。可凭借该装置揭露一些自然现象和解决一定的实际问题，弥补学科空白。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1 为本发明试样夹具主视图。
图2为本发明图1中A-A截面图。
图3为本发明试样夹具主视图。
图4为本发明试样夹具俯视图。
图5为本发明试样夹具后视图。
图6为本发明连接杆与底座连接结构主视图。
图7为本发明连接杆与底座连接结构俯视图。
图8为本发明连接杆和销轴连接左视图。
图9为本发明连接杆和销轴连接主视图。
图10为本发明顶部扣件的仰视图。
图11为本发明图10中顶部扣件B-B截面图。
图12为本发明底盖结构图。
图13（a）（b）（c）（d）（e）为本发明顶盖结构图。
图14为本发明试验过程中的结构示意图。
图15为本发明封闭容器顶盖俯视图。
图中：试样夹具1、底座2、顶部扣件3、连接杆4、螺帽5、销轴6、底盖7、顶盖8、封闭容器9、封闭容器顶盖10、密封圈11、固定螺栓12、进气阀门13、进气管14、排气阀门15、排气管16、压力表17。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
请参阅图1-15，一种松散体水下板结规律模拟试验装置，它包括试样夹具1，所述试样夹具1采用半圆环金属片，所述半圆环金属片上加工有密集布置的细孔；所述试样夹具1组装之后固定安装在底座2上，在底座2和试样夹具1接触的端面设置有底盖7；所述试样夹具1的顶部安装有顶部扣件3，在顶部扣件3和试样夹具1接触的端面设置有顶盖8；所述底座2、试样夹具1和顶部扣件3之间通过锁紧装置可拆卸固定相连；多个上述的试样夹具1整体放置于封闭容器9的内部，所述封闭容器9的顶部通过固定螺栓12安装有封闭容器顶盖10，在封闭容器顶盖10上连通有进气管14、排气管16和压力表17。
进一步的，所述试样夹具1上的细孔布置密度、孔径大小根据水的流通及水压力的传递设定；所述试样夹具1共有两块，对接组合后形成整圆夹具。在试样制作过程中，通过两个半圆环金属片进行对接固定后形成夹具。环体布置密集细孔是确保水与试样充分接触，及水压力能够均匀传递至试样上。为确保试样物质流失，可在夹具与试样之间布置超滤膜。
进一步的，所述底座2的中心位置加工有圆形凹槽，所述圆形凹槽与底盖7相配合，并对其限位固定。
进一步的，所述顶部扣件3的其中一个端面加工有凹槽，所述凹槽与顶盖8相配合，并对其限位固定。
进一步的，所述锁紧装置包括连接杆4，所述连接杆4的底部通过销轴6铰接在底座2上，其顶部穿过顶部扣件3上的通孔；在连接杆4的顶部安装有螺帽5，并将顶部扣件3压装在试样夹具1的顶部。
进一步的，所述顶盖8根据需要制作成带有密集布置的孔洞，所述孔洞尺寸与试样夹具1上的细孔孔径保持一致，所述顶盖8的尺寸与顶部扣件3内侧凹槽贴合。
进一步的，所述顶盖8上孔洞的形状采用圆形孔洞、条形孔洞、L形孔洞或工字形孔洞。以满足对试样板结过程对不同形态预埋件抗拔能力的模拟。
进一步的，所述封闭容器9和封闭容器顶盖10之间设置有密封圈11。通过所述的密封圈11防止漏气。封闭容器9用于放置试验所需试验，并提供水环境和水压环境。
进一步的，所述进气管14上安装有进气阀门13，所述排气管16上安装有排气阀门15。在试验过程中或者试验结束后，进行排气减压，所采用阀门为保压阀门。
进一步的，所述压力表17监测容器内部气压，实现试环境验精准控制。
实施例2：
采用任意一项所述松散体水下板结规律模拟试验装置的试验方法，其特征在于包括以下步骤：
Step1：组装试样夹具1，将试样夹具1组装之后放置于底座2上，并在两者的接触位置放置底盖7；
Step2：将需要试验的试样物质放置于试样夹具1的内部；
Step3：通过连接杆4和螺帽5将顶部扣件3锁紧固定在试样夹具1的顶部，并在顶部扣件3和试样夹具1的接触端面设置顶盖8；
Step4：将组装好的试样夹具1整体放置在封闭容器9的内部，并注入试验所需要的水，并将封闭容器顶盖10盖在封闭容器9的顶部；
Step5：通过排气管16向封闭容器9内部加压，使其满足试验的加压需要；
Step6：通过压力表17监测容器内部气压，实现试环境验精准控制；
Step7：试验一段时间之后，取出试样，进行原状、自然晾干或者烘烤后不同含水状态下的力学试验。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种松散体水下板结规律模拟试验装置，其特征其在于：它包括试样夹具（1），所述试样夹具（1）采用半圆环金属片，所述半圆环金属片上加工有密集布置的细孔；所述试样夹具（1）组装之后固定安装在底座（2）上，在底座（2）和试样夹具（1）接触的端面设置有底盖（7）；所述试样夹具（1）的顶部安装有顶部扣件（3），在顶部扣件（3）和试样夹具（1）接触的端面设置有顶盖（8）；所述底座（2）、试样夹具（1）和顶部扣件（3）之间通过锁紧装置可拆卸固定相连；多个上述的试样夹具（1）整体放置于封闭容器（9）的内部，所述封闭容器（9）的顶部通过固定螺栓（12）安装有封闭容器顶盖（10），在封闭容器顶盖（10）上连通有进气管（14）、排气管（16）和压力表（17）。
2.根据权利要求1所述的一种松散体水下板结规律模拟试验装置，其特征在于：所述试样夹具（1）上的细孔布置密度、孔径大小根据水的流通及水压力的传递设定；所述试样夹具（1）共有两块，对接组合后形成整圆夹具。
3.根据权利要求1所述的一种松散体水下板结规律模拟试验装置，其特征在于：所述底座（2）的中心位置加工有圆形凹槽，所述圆形凹槽与底盖（7）相配合，并对其限位固定。
4.根据权利要求1所述的一种松散体水下板结规律模拟试验装置，其特征在于：所述顶部扣件（3）的其中一个端面加工有凹槽，所述凹槽与顶盖（8）相配合，并对其限位固定。
5.根据权利要求1所述的一种松散体水下板结规律模拟试验装置，其特征在于：所述锁紧装置包括连接杆（4），所述连接杆（4）的底部通过销轴（6）铰接在底座（2）上，其顶部穿过顶部扣件（3）上的通孔；在连接杆（4）的顶部安装有螺帽（5），并将顶部扣件（3）压装在试样夹具（1）的顶部。
6.根据权利要求1所述的一种松散体水下板结规律模拟试验装置，其特征在于：所述顶盖（8）根据需要制作成带有密集布置的孔洞，所述孔洞尺寸与试样夹具（1）上的细孔孔径保持一致，所述顶盖（8）的尺寸与顶部扣件（3）内侧凹槽贴合。
7.根据权利要求6所述的一种松散体水下板结规律模拟试验装置，其特征在于：所述顶盖（8）上孔洞的形状采用圆形孔洞、条形孔洞、L形孔洞或工字形孔洞。
8.根据权利要求1所述的一种松散体水下板结规律模拟试验装置，其特征在于：所述封闭容器（9）和封闭容器顶盖（10）之间设置有密封圈（11）。
9.根据权利要求1所述的一种松散体水下板结规律模拟试验装置，其特征在于：所述进气管（14）上安装有进气阀门（13），所述排气管（16）上安装有排气阀门（15）。
10.采用权利要求1-9任意一项所述松散体水下板结规律模拟试验装置的试验方法，其特征在于包括以下步骤：
Step1：组装试样夹具（1），将试样夹具（1）组装之后放置于底座（2）上，并在两者的接触位置放置底盖（7）；
Step2：将需要试验的试样物质放置于试样夹具（1）的内部；
Step3：通过连接杆（4）和螺帽（5）将顶部扣件（3）锁紧固定在试样夹具（1）的顶部，并在顶部扣件（3）和试样夹具（1）的接触端面设置顶盖（8）；
Step4：将组装好的试样夹具（1）整体放置在封闭容器（9）的内部，并注入试验所需要的水，并将封闭容器顶盖（10）盖在封闭容器（9）的顶部；
Step5：通过排气管（16）向封闭容器（9）内部加压，使其满足试验的加压需要；
Step6：通过压力表（17）监测容器内部气压，实现试环境验精准控制；
Step7：试验一段时间之后，取出试样，进行原状、自然晾干或者烘烤后不同含水状态下的力学试验。
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