CN109187312B - 一种柱剪渗透测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型柱剪渗透测试装置及其测试方法，属于土石坝渗流试验装置技术领域，包括驱动底座、管路底座、试样组件、轴力系统和压力室，所述试样组件包括试样底座、心墙黏土试样及上游材料试样和下游材料试样，以及十字剪切柱，所述轴力系统包括轴力杆、轴力传感器、作动器、反力支架，所述试样顶帽同轴设置于试样组件上端，所述驱动底座、管路底座、轴力杆、压力室组成封闭空间将试样组件密封在内。本发明的制样效率高，使用成本低；可研究不同三轴应力条件、黏土试样内部柱剪产生剪切面并与上、下游材料试样组合对试样渗透特性的影响。依托该装置及其测试方法，研究人员可进行更宽泛的研究，为深入研究土石坝的防渗理论提供帮助。

Description

一种柱剪渗透测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及大坝心墙黏土渗流试验装置技术领域，具体涉及一种新型柱剪渗透测试装置及其测试方法。

背景技术

高土石坝心墙黏土在与岸坡接触的部位易于发生大剪切变形，从而形成剪切面，剪切面及其周围的土体在大水力梯度的作用下发生的渗流破坏是造成土石坝渗透事故的主要原因。

传统的渗流试验装置将土样置于侧限或三轴应力状态下，不能测定土体在发生大剪切变形下的渗透特性和渗透破坏比降。中国专利(CN 104142277 B)公开了一种扭转剪切条件下测定土的渗透系数变化的设备及测试方法；中国专利(CN 105606508 A)公开了一种土的剪切面及土与结构界面的环剪渗透实验装置，研究了大剪切变形条件下土体剪切面或土与结构界面的渗流特性。然而，这些方法都只能研究单一土体或单一土体剪切面渗透特性的变化且能实现的应力状态单一。

在实际工程中，由于大坝岸坡的坡度复杂多变且大坝心墙存在沉降现象，故岸坡处心墙黏土所处的应力状态复杂多变，容易发生大剪切变形而形成剪切面，为了提高大坝的抗渗透破坏能力，在大坝心墙的上、下游分别填筑了上游材料和下游材料。上游材料的存在可以起到填充剪切面的作用。下游材料的存在可以起到限制流速、保护土体流失、促进剪切面愈合的作用。因此，研究在复杂应力状态和大剪切变形条件下心墙黏土在上、下游材料保护作用下的渗流特性、尤其是渗透破坏比降的变化特性具有重要的工程实用价值。

圆柱体试样内部旋转剪切出一个较小直径的圆柱体，从而形成贯通圆柱体上下顶面的圆柱面，即剪切面，该圆柱面会导致试样竖向的渗透特性发生变化，而柱剪渗透试验装置就是用于研究剪切面导致试样渗透特性变化的仪器。仪器的黏土圆柱体试样用于模拟土石坝的黏土心墙防渗体。通过在试样上下两端设置击实的砂石，可以模拟心墙防渗体的上游材料和下游材料，进而研究在上、下游材料的作用下试样渗透特性的变化规律和上、下游材料对剪切面的愈合作用效果。

为实现上述的研究，本发明人提出了解决方案，并已申请了名称为一种土体圆柱剪切渗透试验装置及测试方法、申请号为201710891349.2的发明专利。该方案可以很好的进行在反滤料(下游材料)的作用下试样渗透特性变化规律的研究，但在实践过程中，还存在以下不足：

1、试验的土样要经过制样、真空饱和两个步骤才能装到仪器上进行试验，其中间筒状部件既是制样器也是测试仪的组成部分，故每次只能制作一个试样，且要经过长时间真空饱和后才能试验，极大地降低了试验效率；

2、中间筒状部件是钢加工成的，试样制作好后被钢筒约束住，故不能在试样的周围施加不同的压力(围压)，不能实现复杂的应力状态，影响其测试范围；

3、制样器也是测试仪的组成部分，无法采用符合土工试验规范标准的制样器和规定重量的击样落锤，影响其通用性；其零件均为非标零件，需重新设计，使加工复杂、增加成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型柱剪渗透测试装置及其测试方法，解决了现有技术制样过程与试验过程不能分开、不能施加围压、设计不满足土工试验规范及零件加工复杂的问题。

本发明的目的之一通过以下技术方案实现：

一种新型柱剪渗透测试装置，其特征在于：包括试样组件、驱动底座、管路底座、轴力系统和压力室，

所述试样组件由与其相互分离的制样组件制成，

所述驱动底座上设置有减速齿轮和与所述减速齿轮啮合传动的旋转驱动机构，

所述减速齿轮中心上设置有用于与所述传力杆实现插入驱动的传力杆安装孔，

所述管路底座置放于驱动底座上，其上设置有用于为试验提供不同环境条件的功能管路组，

所述试样组件包括心墙黏土试样及同轴设置在所述心墙黏土试样上、下两端的上游材料试样和下游材料试样，以及设置在所述心墙黏土试样中心且其两端分别延伸至上游材料试样和下游材料试样的十字剪切柱，

所述十字剪切柱包括十字剪切段和设置在十字剪切段两端中心的长方体延伸段，十字剪切段固定在心墙黏土试样中心，十字剪切段高度与心墙黏土试样高度相同，两个长方体延伸段分别延伸到上游材料试样和下游材料试样的中心部位上，

所述轴力系统包括反力支架、作动器和轴力杆，所述作动器设置在反力支架上，可带动所述轴力杆做伸缩运动，所述轴力杆与驱动底座、管路底座及压力室一起形成一个将试样组件密闭在内的试验空间，故可在所述试验空间内施加不同的围压，并通过轴力杆对试样顶部施加不同的轴向压力，

所述轴力杆的下端端部安装有轴力传感器，所述轴力传感器与作动器电性连接。

进一步，所述试样组件还包括用于盛放所述下游材料试样的试样底座、用于盛放上游材料试样的侧限筒和用于固定试样组件上端的试样顶帽，所述试样底座置放于所述管路底座上，其中心贯通设置有传力杆，所述传力杆下端与减速齿轮上的传力杆安装孔插入连接，上端与长方体延伸段相连。

进一步，所述试样顶帽与上游材料试样之间还设置有带孔透水石。

进一步，所述试样顶帽上设置有与进水管路和真空管路相连的接口，所述试样顶帽下表面中心设置有不贯通顶帽上表面的圆柱形盲孔，所述圆柱形盲孔与十字剪切柱同轴线设置。

进一步，所述十字剪切柱上端连接有可在试样顶帽盲孔内上下滑动的对中固定杆，所述固定杆通过自身的长方形盲孔与十字剪切柱上端的长方体延长段插入连接。

进一步，所述试样组件还包括固定于黏土试样内部下端的防滑圈，所述防滑圈上设置有多个向外凸起的卡齿，所述试样底座上边缘有与卡齿相配合的卡槽。

进一步，所述功能管路组包括进水管路、出水管路、真空管路和围压管路，所述进水管路通过外接管路连接压力体积控制器，出水管路通过外接管路连接大气，真空管路通过外接管路连接真空泵，围压管路通过外接管路连接三轴压力控制柜。

进一步，所述压力室包括上盖、下盖和设置在上盖与下盖之间的罩体，所述上盖设置有轴力杆过孔，所述轴力杆在轴力杆过孔内可密封的轴向移动，所述下盖设置有试样组件过孔，所述试样组件通过试样组件过孔可自由地套入压力室内，所述罩体为透明体。

进一步，所述旋转驱动机构包括旋转手柄与旋转手柄旋转驱动的齿轮组。

本发明的目的之二通过以下技术方案实现：

一种柱剪渗透测试方法，使用上述一种新型柱剪渗透测试装置进行测试，具体过程：

1)制备试样：

Ⅰ.通过土工试验标准三瓣模将心墙材料围裹固定在十字剪切柱外围，并用击实垫和土工标准击实器将心墙材料夯实，形成标准的圆柱体试样，即黏土试样，在黏土试样两端放置带孔透水石，用饱和器进行饱和处理，所述黏土试样的高度与十字剪切柱的剪切作用段的长度相同；

Ⅱ.在试样底座内填入下游材料并击实，形成下游材料试样；

Ⅲ.将上述饱和处理后的黏土试样从三瓣模中取出，叠放于下游材料试样上；

Ⅳ.在两段试样外用标准承膜筒套上三轴乳胶膜，并在上端作一定长度的预留，然后在乳胶膜外套上土工试验标准对开模，并在对开模外用钢喉箍箍紧；

Ⅴ.在预留乳胶膜内放入侧限筒，填入上游材料并击实，击实后的上游材料上表面应与侧限筒上边缘平齐，形成上游材料试样。

Ⅵ.在上游材料上、乳胶膜内放置试样顶帽；

Ⅶ.松开钢喉箍，拆卸对开模，在乳胶膜两端用乳胶带扎紧，使乳胶膜下端与试样底座外壁紧密贴合、乳胶膜上端与试样顶帽外壁紧密贴合，从而形成密封完整的试样组件，

2)测试：

Ⅰ.通过压力室施加指定围压及通过作动器对试样施加指定轴向压力或者施加指定轴向压缩位移；

Ⅱ.通过真空泵将黏土试样顶面以上的空间抽真空，关闭真空管路阀门；

Ⅲ.打开进水管路阀门进水，使第Ⅱ步中的真空空间充满水，并通过压力体积控制器施加指定水压，使试样内部产生轴向的渗流；

Ⅳ.试样剪切；外部旋转驱动机构驱动减速齿轮旋转，减速齿轮减速后驱动传力杆及十字剪切柱慢速旋转，实现对黏土试样的剪切；

Ⅴ.通过压力体积控制器导出的数据，可以确定上述旋转剪切形成的剪切面对黏土试样渗透特性的影响水平，也可以通过长时间的渗流，以研究下游材料对上述剪切形成的剪切面的愈合效果和上游材料对剪切面的填充效果。

本发明的有益效果在于：

本发明通过制样组件与试样组件分离，两者相互独立互不影响，可同时制作多个试样，提高了试验效率；且通过制样组件制样，提高了通用性，利于降低成本；通过压力室和轴力系统可对试样施加不同的围压和轴向压力，实现不同的三轴应力条件，从而可研究复杂应力状态对黏土渗透特性的影响，为渗透特性影响因素的深入研究提供帮助；通过特殊的结构设计，使本装置只对黏土试样进行剪切，可基于只针对心墙防渗体或对心墙防渗体与上、下游材料进行组合情况进行测试；通过十字剪切柱对黏土试样进行圆柱形剪切，使本装置可以研究剪切应变在 0至无穷大的应变范围内剪切面对黏土渗透特性的影响；通过设置下游材料，本装置可以研究下游材料限制流速、保护土体流失、促进剪切面愈合的效果；通过设置上游材料，本装置可以研究上游材料填充剪切面的作用；更为方便的是，若在装样过程中不拆除对开模，本发明还可以进行一维压缩状态下的渗透特性的研究，研究方式极为宽泛。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明试样组件的结构示意图；

图3为本发明试样组件的结构透视示意图；

图4为本发明驱动底座的结构示意图；

图5为图3去除减速齿轮后的结构示意图；

图6为试样底座示意图；

图7为试样底座安装传力杆后的示意图；

图8为试样底座安装到管路底座上的示意图；

图9为十字剪切柱的示意图；

图10为十字剪切柱与传力杆、固定杆安装在一起的示意图；

图11为试样顶帽的示意图；

图12为轴力系统的示意图；

图13为防滑圈的示意图。

附图标记说明：

1－试样组件；2－驱动底座；3－管路底座；4－压力室；5－减速齿轮；6－旋转手柄；7－传力杆安装孔；8－齿轮组；9－心墙黏土试样；10－上游材料试样；11－下游材料试样；12－十字剪切柱；13－十字剪切段；14－长方体延伸段；15－防滑圈；16－侧限筒；17－试样底座；18－试样顶帽；19－传力杆；20－对中固定杆；21－带孔透水石；22－上盖；23－下盖；24－罩体；25－轴力系统；26－反力支架；27－作动器；28－轴力传感器；29－轴力杆；30－卡齿；31－卡槽；32－试样顶帽固定孔； 33－试样顶帽真空孔；34－试样顶帽进水孔；35－试样顶帽真空管路接口；36－试样顶帽进水管路接口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的上述描述中，需要说明的是，术语“一侧”、“另一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“相同”等术语并不表示要求部件绝对相同，而是可以存在微小的差异。术语“垂直”仅仅是指部件之间的位置关系相对“平行”而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。

如图1至图13所示，本实施例的一种新型柱剪渗透测试装置，包括独立于制样器的试样组件1、驱动底座2、管路底座3、试样顶帽18、压力室4和轴力系统25，通过独立于制样器的试样组件，使制样组件与测试装置分离，不再是装置的一部分，使可同时制作多个试样，从而提高了效率，也利于降低成本，通过压力室提供的密闭试验空间，可使试样组件处于不同的压力环境中，进行更广泛的测试，

驱动底座上设置有减速齿轮5和旋转驱动机构，减速齿轮可旋转地固定在驱动底座中心上，旋转驱动机构包括旋转手柄6与旋转手柄旋转驱动的齿轮组8，齿轮组与减速齿轮啮合传动，对减速齿轮旋转驱动，

管路底座用螺栓或螺钉安装在驱动底座上，两者之间采用O型圈进行密封，管路底座上设置有功能管路组，功能管路组具体包括连接试样顶帽的真空管路、进水管路；还包括连接试样底座的出水管路；还包括控制围压管路，通过功能孔组实现不同渗透压力和不同围压的试验工况。为进行流量调节，在各管路上均设置控制阀。

试样组件包括心墙黏土试样9及同轴设置在心墙黏土试样上下两端的上游材料试样10和下游材料试样11，以及设置在心墙黏土试样中心且其两端分别延伸至上游材料试样和下游材料试样的十字剪切柱12，十字剪切柱包括十字剪切段13和设置在十字剪切段两端中心的长方体延伸段14，十字剪切段固定在心墙黏土试样内，下端的长方体延伸段与传力杆19插入连接，上端的长方体延伸段与对中固定杆20插入连接。

本实施例的试样组件1、驱动底座2、管路底座3和压力室的大小高度并不限制，可根据需要进行选择，但最好满足规范，可提高通用性，如：土工试验规范标准的试样底部尺寸通常为39.1mm、61.8mm，且土工试验有标准的制样器和规定重量的击样落锤，为满足上述要求，更为优选的方案为：

装置总高约350mm，直径210mm(底座尺寸)；心墙黏土试样尺寸为φ39.1＊40，上、下游材料试样尺寸同为φ33.1＊40；试样底座外尺寸直径为39.1，高度为40(高度为下游材料装样部分高度，不包括底座底部厚度)，内部装样尺寸为φ33.1＊40；侧限筒外尺寸为φ39.1＊40，内部装样尺寸为φ33.1＊40；圆柱剪切面尺寸为φ10＊40。即只剪切心墙黏土试样，不剪切上、下游材料试样。

这样，可使本装置的通用性更强，不用专门的设计，结构更简单，加工成本低。

试样组件还包括试样底座17、试样顶帽18、侧限筒16，试样底座置放于管路底座上，两者之间用O型圈密封，其中心贯通设置有传力杆19，在减速齿轮中心上设置有传力杆安装孔7，传力杆下端与减速齿轮插入相连，上端与长方体延伸段14相连。这样，在减速齿轮的驱动下，传力杆将扭力传至十字剪切柱，十字剪切柱旋转，从而实现只进行心墙黏土试样的剪切。试样底座是下游材料的装填筒，方便下游材料试样的成型，同时也是黏土试样的放置底座；本实施例的侧限筒包裹在上游材料试样的外围，可限制上游材料在轴力作用下的侧向膨胀，并使轴力施加于黏土试样顶部；试样顶帽18用于向试样组件传递轴向压力，其上设置有各功能孔，如固定孔32，用于在压缩过程中固定试样组件上端，如真空孔33、进水孔34等，分别用于排除试样组件上部的空气和对试样组件施加轴向渗透水压。

本实施例通过传力杆一方面实现动力的传递，另一方面由于与十字剪切柱为相互独立的零件，因此，黏土试样及下游材料试样可各自独立成型。

所述轴力系统包括反力支架26、作动器27和轴力杆29，所述作动器设置在反力支架上，可带动所述轴力杆做伸缩运动，所述轴力杆与驱动底座、管路底座及压力室一起形成一个密闭试样组件的试验空间。

作为一个优选的实施例，作动器固定于反力支架的顶部，其作用端与轴力杆的一端连接，轴力杆的另一端安装轴力传感器28，轴力传感器与作动器电性连接，轴力传感器获取轴力数据，并通过轴力杆中的数据线传递至作动器，从而伺服控制轴力杆的升降，进而控制轴力的大小，从而达到精确控制轴力杆的目的。

本实施例的压力室与管路底座通过螺栓连接，两者之间用O型圈密封。

具体的，本实施例的压力室包括上盖22、下盖23和设置在上盖与下盖之间的罩体24，上盖设置有轴力杆过孔，在轴力杆过孔中设置有密封圈，使轴力杆可在轴力杆过孔内轴向移动，但不泄压；下盖设置有试样组件过孔，试样组件通过试样组件过孔可自由地套入压力室内，进而形成密闭空间进行测试。本实施例将罩体设置为透明体，可便于观察。

本实施例中，将驱动底座、管路底座及压力室叠放于反力支架上，试样组件通过试样组件过孔套入压力室的罩体内，轴力杆通过上盖的过孔作用在试样组件上。

作为本实施例的改进，试样顶帽与上游材料之间还设置有带孔透水石21。带孔透水石由土工试验规程标准透水石中心钻孔制成，外尺寸39.1＊4，中心钻孔直径与对中固定杆20的直径相同，对中固定杆可以恰好从钻孔中穿过。

作为本实施例的改进，试样顶帽上设置有与真空管路相连的接口35和与进水管路相连的接口36；试样顶帽下表面中心设置有不贯通顶帽上表面的圆柱形固定孔32，固定孔与十字剪切柱同轴线设置；所述十字剪切柱靠近固定孔的一端设置对中固定杆，试验过程中试样轴向压缩时，对中固定杆可以插入该孔中进行避让。通过对中固定杆，可防止试样偏心，提高试验效果。

作为本实施例的改进，试样组件还包括固定于黏土试样内部下端的防滑圈15，防滑圈上设置有多个向外凸起的卡齿30，试样底座上边缘设置有与卡齿相配合的卡槽31。卡齿卡入卡槽形成固定，可防止黏土试样与下游材料试样在接触面上产生转动导致不能形成黏土试样内的圆柱剪切面。

Claims (10)

1.一种柱剪渗透测试装置，其特征在于：包括试样组件、驱动底座、管路底座、轴力系统和压力室，

所述试样组件由与其相互分离的制样组件制成，

所述驱动底座上设置有减速齿轮和与所述减速齿轮啮合传动的旋转驱动机构，

所述减速齿轮中心上设置有用于与传力杆实现插入驱动的传力杆安装孔，

所述管路底座置放于驱动底座上，其上设置有用于为试验提供不同环境条件的功能管路组，

所述试样组件包括心墙黏土试样及同轴设置在所述心墙黏土试样上、下两端的上游材料试样和下游材料试样，以及设置在所述心墙黏土试样中心且其两端分别延伸至上游材料试样和下游材料试样的十字剪切柱，

所述十字剪切柱包括十字剪切段和设置在十字剪切段两端中心的长方体延伸段，十字剪切段固定在心墙黏土试样中心，十字剪切段高度与心墙黏土试样高度相同，两个长方体延伸段分别延伸到上游材料试样和下游材料试样的中心部位上，

所述轴力系统包括反力支架、作动器和轴力杆，所述作动器设置在反力支架上，可带动所述轴力杆做伸缩运动，所述轴力杆与驱动底座、管路底座及压力室一起形成一个将试样组件密闭在内的试验空间，故可在所述试验空间内施加不同的围压，并通过轴力杆对试样顶部施加不同的轴向压力，

所述轴力杆的下端端部安装有轴力传感器，所述轴力传感器与作动器电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种柱剪渗透测试装置，其特征在于：所述试样组件还包括用于盛放所述下游材料试样的试样底座、用于盛放上游材料试样的侧限筒和用于固定试样组件上端的试样顶帽，所述试样底座置放于所述管路底座上，所述试样底座中心贯通设置有传力杆，所述传力杆下端与减速齿轮上的传力杆安装孔插入连接，上端与长方体延伸段相连。

3.根据权利要求2所述的一种柱剪渗透测试装置，其特征在于：所述试样顶帽与上游材料试样之间还设置有带孔透水石。

4.根据权利要求2所述的一种柱剪渗透测试装置，其特征在于：所述试样顶帽上设置有与进水管路和真空管路相连的接口，所述试样顶帽下表面中心设置有不贯通顶帽上表面的圆柱形盲孔，所述圆柱形盲孔与十字剪切柱同轴线设置。

5.根据权利要求4所述的一种柱剪渗透测试装置，其特征在于：所述十字剪切柱上端连接有可在试样顶帽盲孔内上下滑动的对中固定杆，所述固定杆通过自身的长方形盲孔与十字剪切柱上端的长方体延长段插入连接。

6.根据权利要求4所述的一种柱剪渗透测试装置，其特征在于：所述试样组件还包括固定于黏土试样内部下端的防滑圈，所述防滑圈上设置有多个向外凸起的卡齿，所述试样底座上边缘有与卡齿相配合的卡槽。

7.根据权利要求1所述的一种柱剪渗透测试装置，其特征在于：所述功能管路组包括进水管路、出水管路、真空管路和围压管路，所述进水管路通过外接管路连接压力体积控制器，出水管路通过外接管路连接大气，真空管路通过外接管路连接真空泵，围压管路通过外接管路连接三轴压力控制柜。

8.根据权利要求1所述的一种柱剪渗透测试装置，其特征在于：所述压力室包括上盖、下盖和设置在上盖与下盖之间的罩体，所述上盖设置有轴力杆过孔，所述轴力杆在轴力杆过孔内可密封的轴向移动，所述下盖设置有试样组件过孔，所述试样组件通过试样组件过孔可自由地套入压力室内，所述罩体为透明体。

9.根据权利要求1所述的一种柱剪渗透测试装置，其特征在于：所述旋转驱动机构包括旋转手柄与旋转手柄旋转驱动的齿轮组。

10.一种柱剪渗透测试方法，其特征在于：使用权利要求1－9任一所述的一种柱剪渗透测试装置进行测试，具体过程：

1)制备试样：

Ⅰ.通过土工试验标准三瓣模将心墙材料围裹固定在十字剪切柱外围，并用击实垫和土工标准击实器将心墙材料夯实，形成标准的圆柱体试样，即黏土试样，在黏土试样两端放置带孔透水石，用饱和器进行饱和处理，所述黏土试样的高度与十字剪切柱的剪切作用段的长度相同；

Ⅱ.在试样底座内填入下游材料并击实，形成下游材料试样；

Ⅲ.将上述饱和处理后的黏土试样从三瓣模中取出，叠放于下游材料试样上；

Ⅳ.在两段试样外用标准承膜筒套上三轴乳胶膜，并在上端作一定长度的预留，然后在乳胶膜外套上土工试验标准对开模，并在对开模外用钢喉箍箍紧；

Ⅴ.在预留乳胶膜内放入侧限筒，填入上游材料并击实，击实后的上游材料上表面应与侧限筒上边缘平齐，形成上游材料试样；

Ⅵ.在上游材料上、乳胶膜内放置试样顶帽；

Ⅶ.松开钢喉箍，拆卸对开模，在乳胶膜两端用乳胶带扎紧，使乳胶膜下端与试样底座外壁紧密贴合、乳胶膜上端与试样顶帽外壁紧密贴合，从而形成密封完整的试样组件，

2)测试：

Ⅰ.通过压力室施加指定围压及通过作动器对试样施加指定轴向压力或者施加指定轴向压缩位移；

Ⅱ.通过真空泵将黏土试样顶面以上的空间抽真空，关闭真空管路阀门；

Ⅲ.打开进水管路阀门进水，使第Ⅱ步中的真空空间充满水，并通过压力体积控制器施加指定水压，使试样内部产生轴向的渗流；

Ⅳ.试样剪切；外部旋转驱动机构驱动减速齿轮旋转，减速齿轮减速后驱动传力杆及十字剪切柱慢速旋转，实现对黏土试样的剪切；

Ⅴ.通过压力体积控制器导出的数据，可以确定上述旋转剪切形成的剪切面对黏土试样渗透特性的影响水平，也可以通过长时间的渗流，以研究下游材料对上述剪切形成的剪切面的愈合效果和上游材料对剪切面的填充效果。