CN111521755A - 用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验装置，包括放置泥岩试样的盛样槽和支撑于泥岩试样上给泥岩试样施加竖向荷载的加载隔板，加载隔板上设有压力传感器，盛样槽顶部安设有与压力传感器电连接的压强调控装置，盛样槽内设有以加载隔板作为底板的水槽，水槽连通有进出水管，进出水管上设有控制阀，控制阀与压强调控装置电连接，盛样槽的底部在靠近泥岩试样待测端面的一侧开设有供盛样槽注水排水的注排水孔，盛样槽内侧壁上还设有用于测量泥岩崩解变化量的传感器。本发明还提供一种用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验方法，包括如下步骤：S1、制备试样；S2、单侧浸水条件下的崩解试验；S3、单侧干湿循环条件下的崩解试验。

Description

用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及泥岩崩解特性研究领域，尤其涉及一种用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验装置及试验方法。

背景技术

水是影响泥岩力学性质的重要因素之一，泥岩因水造成的强度损伤与其他因素相比更为严重，水岩作用后工程安全性、稳定性及可靠性均大幅下降。随着我国工程建设的不断发展，在岩土工程等众多领域，因泥岩崩解所造成的构造物破坏、边坡失稳等事故屡见不鲜。因此，对泥岩在特定工况条件下的崩解特性进行深入研究具有十分重要的工程意义。

国内外学者在进行泥岩崩解特性研究时，通常借助室内试验分析泥岩的软化特征，并进一步了解泥岩的崩解机制，其中试验过程控制条件一般包括：温度交替变化、干湿循环、时效特性、不同浸液等。以上研究未涉及泥岩逐渐吸水、由外向内渗透崩解的过程，也未考虑实际工程中泥岩边坡与水接触时同时存在上覆土体自重应力作用。因此，研究单侧浸水、竖向加载条件下的泥岩逐渐崩解过程及特性十分必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验装置及试验方法，以研究泥岩单侧浸水、竖向加载条件下的泥岩逐渐崩解过程及特性。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验装置，包括放置泥岩试样的盛样槽和支撑于泥岩试样上给泥岩试样施加竖向荷载的加载隔板，所述加载隔板上设有压力传感器，所述盛样槽顶部安设有与压力传感器电连接的压强调控装置，所述盛样槽内设有以加载隔板作为底板的水槽，所述水槽连通有进水管和出水管，所述进水管上设有第一控制阀，所述出水管上设有第二控制阀，所述第一控制阀和第二控制阀均与压强调控装置电连接，所述盛样槽的底部在靠近泥岩试样待测端面的一侧开设有供盛样槽注水排水的注排水孔，所述盛样槽内侧壁上还设有用于测量泥岩崩解变化量的传感器。

作为优选，所述盛样槽正对泥岩试样待测端面的内侧壁上设有烘干器。

作为优选，所述烘干器包括抽气风扇和滑片，所述抽气风扇通过滑片安设于盛样槽正对泥岩试样待测端面的内侧壁上。

作为优选，所述烘干器还包括温度传感器、风速传感器以及可以设置风速及环境温度的温度调节器，所述温度传感器、风速传感器和抽气风扇均与温度调节器电连接。

作为优选，所述盛样槽的底部设有帮助排尽盛样槽底部积水的底座排水管路系统，所述底座排水管路系统与注排水孔连通。

作为优选，用于测量泥岩崩解变化量的传感器为射线位移传感器。

本发明还提供一种用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验方法，包括如下步骤：S1、制备试样：对泥岩试样进行密封处理，除了试验中需要与水接触的侧面外，其余各面均做防水处理；S2、单侧浸水条件下的崩解试验：将制作好的的泥岩试样放入盛样槽后，通过底部的注排水孔向盛样槽内注水，待水面高度与泥岩试样顶部平齐即关闭注排水孔停止注水，然后根据试验要求通过压强调控装置对泥岩试样竖向荷载进行设置，达到目标值后停止向水槽注水并开始计时；S3、单侧干湿循环条件下的崩解试验：当泥岩试样浸水一定时间后，打开盛样槽排水阀门将容器中的水通过注排水孔排出，再将泥岩试样浸水侧烘干器打开，对泥岩试样浸水面进行烘干，一定时间后关闭烘干器，作为一次干湿循环，并根据试验循环次数要求重复上述操作步骤。

作为优选，所述泥岩试样为长方体。

作为优选，在步骤S1中，除了试验中需要与水接触的侧面外，其余五面均涂抹凡士林，然后使用透明保鲜膜将泥岩试样该五面进行包裹，挤出保鲜膜内气体，并用透明胶带对保鲜膜进行粘连。

作为优选，在步骤S3的循环试验过程中，压强调控装置通过压力传感器的反馈值调节加载隔板所受的压力，从而实现对泥岩试样竖向荷载的调节。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明研究泥岩单侧崩解特性的试验装置，通过调节底座排水管路系统、水荷载加载系统及带有抽气风扇的滑片进行试验。试验时，设定压强后通过压强调控装置控制加载隔板向泥岩试样施加竖向荷载；通过底座排水管路系统、抽气风扇对泥岩浸水面进行干湿循环作用，通过传感器可对温度和风速进行监测与控制，能够满足开展竖向加载干湿循环条件下泥岩崩解特性试验的要求。

2、本发明研究泥岩单侧崩解特性的试验方法，将泥岩试样设置为单侧浸水的长方体试样，通过控制盛样槽上部的压强调控装置控制加载隔板施加恒定应力于泥岩试样上表面，从而使泥岩试样在竖向荷载、单侧浸水的条件下崩解。通过抽气风扇调节温度及风速实现试样的干湿循环，能够满足泥岩单侧干湿循环条件下崩解特性的试验要求，而且在干湿循环过程中减少了对原有试样的结构性扰动，提高了试验精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的泥岩试样示意图；

图2为本发明实施例提供的用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验装置的正视图；

图3为本发明实施例提供的用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验装置的侧视图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3，本发明实施例一提供一种用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验装置，包括放置泥岩试样10的盛样槽11和支撑于泥岩试样10上给泥岩试样施加竖向荷载的加载隔板7，所述加载隔板7上设有压力传感器，所述盛样槽11顶部安设有与压力传感器电连接的压强调控装置1，压强调控装置1可通过改变加载隔板7竖向行程来调节泥岩试样10的竖向荷载，所述盛样槽11内设有以加载隔板7作为底板的水槽2，加载隔板7和第二滑片8围合成水槽2，所述水槽2连通有进水管和出水管，所述进水管上设有第一控制阀，所述出水管上设有第二控制阀，所述第一控制阀和第二控制阀均与压强调控装置1电连接，所述盛样槽11的底部在靠近泥岩试样待测端面的一侧开设有供盛样槽11注水排水的注排水孔6，所述盛样槽11内侧壁上还设有用于测量泥岩崩解变化量的射线位移传感器9，射线位移传感器9通过射线扫描识别泥岩试样深度的变化而进行数据读取，从而获得泥岩崩解变化量。本发明提供了一种在室内试验过程中，测试泥岩试样单侧浸水、竖向加载工况下崩解特性的试验装置。

所述盛样槽11正对泥岩试样待测端面的内侧壁上设有烘干器，所述烘干器包括抽气风扇4和第一滑片3，所述抽气风扇4通过第一滑片3安设于盛样槽11正对泥岩试样待测端面的内侧壁上，第一滑片3可移动，在向盛样槽11内注水时，第一滑片3可带动抽气风扇4移动到盛样槽11的上部空间。所述烘干器还包括温度传感器、风速传感器以及可以设置风速及环境温度的温度调节器，所述温度传感器、风速传感器和抽气风扇4均与温度调节器电连接。该试验装置不仅能够满足研究泥岩崩解特性试验要求，而且能够模拟干湿循环条件，有利于更准确的研究泥岩崩解特性。

所述盛样槽11的底部设有底座排水管路系统5，所述底座排水管路系统5与注排水孔6连通，底座排水管路系统5延伸至泥岩试样背离待测端面的一侧，可协助注排水孔6尽快排尽盛样槽底部的积水。

本发明涉及一种在室内试验过程中，测试泥岩单侧浸水、竖向加载工况下崩解特性的试验装置及试验方法，该试验装置及试验方法不仅能够满足研究泥岩崩解特性试验要求，而且能够模拟干湿循环条件及不同的边界加载条件，有利于更准确的研究泥岩崩解特性。

本实施例研究泥岩单侧浸水崩解特性的试验方法，通过将泥岩试样10制作成单侧浸水状态，在泥岩试样10上部施加均布竖向载荷，从而使泥岩试样10上部受压、单侧浸水。通过压强调控装置1设置竖向荷载，可在泥岩试样崩解深度及上部受力面积变化的条件下维持竖向荷载恒定，观察泥岩的崩解状态，通过射线位移传感器9测量崩解深度，通过排水后打开抽气风扇4并调节温度烘干、注水后关闭抽气风扇4的方式，可进行干湿循环，且可以调节风扇温度来模拟干燥温度，不需要改变试样状态和容器，降低了试样过程对试样的扰动，减小了试验误差，有利于竖向加载干湿循环条件下泥岩崩解特性的研究。

研究泥岩单侧浸水特性的试验方法主要包括单侧浸水试验和单侧干湿循环试验(采用自行设计试验装置)。单侧浸水试验时，仪器的盛样槽11内放置泥岩试样10，盛样槽11由可移动滑片组成，盛样槽11的上层和泥岩试样10分隔开，通过压强调控装置1控制加载隔板7给下部泥岩试样10施加均匀分布的竖向荷载。随着泥岩试样10开始崩解，泥岩试样10上部接触面面积减小，为了维持应力不变，通过压强调控装置1来调节荷载。在盛样槽11底面设置有注排水孔6，用于试验过程中的注水与排水，浸水面所对的滑片上装有抽气风扇4，用于干湿循环试验中对泥岩浸水面进行干燥。

本发明实施例二提供一种用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验方法，包括如下步骤：

1)制备试样：对长方体泥岩试样10进行密封处理，除了试验中需要与水接触的侧面外，其余各面均涂抹凡士林，防止试验过程中与水接触影响试验正常进行。然后使用透明保鲜膜将泥岩试样10五个面进行包裹，挤出保鲜膜内气体，并用透明胶带对保鲜膜进行粘连，使泥岩与保鲜膜、透明胶紧贴无缝隙，完成试样制备；

2)单侧浸水条件下的崩解试验：将制作好的的泥岩试样10放入盛样槽11后，通过底部注排水孔6以均匀稳定的速率注水，避免水流流速太快形成对泥岩试样10水力冲刷影响试验结果。待水面高度与泥岩试样10顶部平齐即关闭注排水孔停止注水。然后根据试验要求通过压强调控装置1对泥岩试样10竖向荷载进行设置，达到目标值后停止向水槽注水并开始计时；

3)单侧干湿循环条件下的崩解试验：当泥岩试样10浸水一定时间后，打开盛样槽11排水阀门将容器中的水缓慢排出，再将泥岩试样10浸水侧抽气风扇4打开，对泥岩浸水面进行烘干，一定时间后关闭抽气风扇4，作为一次干湿循环，并根据试验循环次数要求重复上述操作步骤。在此循环试验过程中压强调控装置1通过压力传感器的反馈值调节加载隔板7所受的压力，从而实现对泥岩试样10竖向荷载的调节。

本发明提供的用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验装置，包括盛样槽11、滑片、水荷载加载系统以及用于测量试验崩解数据的电子传感位移采集系统。

所述盛样槽11为泥岩试样10及水的放置容器，其上装置有滑片、水荷载加载系统及电子传感位移采集系统，盛样槽11底部设置带有排水管路系统的底座；所述滑片包含底部滑片、用于干湿循环带有抽气风扇的第一滑片3，各滑片与盛样槽及上部水槽的安装接触均为紧密贴合无缝隙；所述底部滑片上设有用于注水排水的圆形注排水孔6及底座排水管路系统5。

用于干湿循环带有抽气风扇4的第一滑片3安装有温度调节器，可以设置风速及环境温度。

水荷载加载系统包括加载隔板7及压强调控装置1，根据试验设定，通过调节压强调控装置1，可对泥岩试样10上表面施加竖向荷载。

所述电子传感位移采集系统包括用于测量泥岩崩解变化量的射线位移传感器9，用于测量所述加载隔板输出荷载的压力传感器，以及与抽气烘干风扇对应的温度、风速传感器。所述用于测量泥岩崩解变化量的射线位移传感器9，通过射线扫描识别泥岩深度的变化而进行数据读取，从而获得泥岩崩解变化量。

本实施例中抽气风扇4上安装有温度、风速调控装置，且与侧面滑片固定；在盛样槽11底面设置有底座排水管路系统5和注排水孔6；泥岩试样10为长方体形状，各面平整均匀；射线位移传感器9与盛样槽11侧面的滑片紧密相连；加载隔板7上设置有压力传感器，通过压强调控装置1来控制所施加竖向荷载大小；压强调控装置1可通过改变加载隔板7竖向行程来调节竖向荷载。

本实施例的数据采集系统包括用于测量泥岩崩解深度变化的射线位移传感器9、用于测量压强调控装置输出压力的压力传感器，能够满足对各个试验数据的测量，便于采集数据和试验后的数据分析。

本实施例的泥岩单侧浸水崩解特性试验装置，通过设置安装有排水管路系统的盛样槽11，并在槽内设置与盛样槽11内径配合的可移动滑片，还有安装在可移动滑片上的抽气风扇4组合。试验时，将泥岩试样10放置在盛样槽11内，泥岩试样10顶面依次安装加载隔板7、上部水槽2，通过压强调控装置1控制加载隔板7行程，向泥岩试样10施加竖向荷载。

本实施例研究泥岩单侧浸水崩解特性的试验方法，包括如下步骤：

1)制备试样：选择泥岩材料加工为长方体试样，如图1，对长方体泥岩试件10进行密封处理，只保留一面可以接触到水，完成试样制备；

2)加载及浸水：通过压强调控装置1及加载隔板7向泥岩试样10施加均布竖向荷载，通过压力传感器测量作用于泥岩试样10的竖向荷载，泥岩崩解的位移变化通过电子传感位移采集系统中的射线位移传感器9测量得到。

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)

1.一种用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验装置，其特征在于：包括放置泥岩试样的盛样槽和支撑于泥岩试样上给泥岩试样施加竖向荷载的加载隔板，所述加载隔板上设有压力传感器，所述盛样槽顶部安设有与压力传感器电连接的压强调控装置，所述盛样槽内设有以加载隔板作为底板的水槽，所述水槽连通有进水管和出水管，所述进水管上设有第一控制阀，所述出水管上设有第二控制阀，所述第一控制阀和第二控制阀均与压强调控装置电连接，所述盛样槽的底部在靠近泥岩试样待测端面的一侧开设有供盛样槽注水排水的注排水孔，所述盛样槽内侧壁上还设有用于测量泥岩崩解变化量的传感器。

2.如权利要求1所述的用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验装置，其特征在于：所述盛样槽正对泥岩试样待测端面的内侧壁上设有烘干器。

3.如权利要求2所述的用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验装置，其特征在于：所述烘干器包括抽气风扇和滑片，所述抽气风扇通过滑片安设于盛样槽正对泥岩试样待测端面的内侧壁上。

4.如权利要求3所述的用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验装置，其特征在于：所述烘干器还包括温度传感器、风速传感器以及可以设置风速及环境温度的温度调节器，所述温度传感器、风速传感器和抽气风扇均与温度调节器电连接。

5.如权利要求1所述的用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验装置，其特征在于：所述盛样槽的底部设有帮助排尽盛样槽底部积水的底座排水管路系统，所述底座排水管路系统与注排水孔连通。

6.如权利要求1所述的用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验装置，其特征在于：用于测量泥岩崩解变化量的传感器为射线位移传感器。

7.一种用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、制备试样：对泥岩试样进行密封处理，除了试验中需要与水接触的侧面外，其余各面均做防水处理；S2、单侧浸水条件下的崩解试验：将制作好的的泥岩试样放入盛样槽后，通过底部的注排水孔向盛样槽内注水，待水面高度与泥岩试样顶部平齐即关闭注排水孔停止注水，然后根据试验要求通过压强调控装置对泥岩试样竖向荷载进行设置，达到目标值后停止向水槽注水并开始计时；S3、单侧干湿循环条件下的崩解试验：当泥岩试样浸水一定时间后，打开盛样槽排水阀门将容器中的水通过注排水孔排出，再将泥岩试样浸水侧烘干器打开，对泥岩试样浸水面进行烘干，一定时间后关闭烘干器，作为一次干湿循环，并根据试验循环次数要求重复上述操作步骤。

8.如权利要求7所述的用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验方法，其特征在于：所述泥岩试样为长方体。

9.如权利要求8所述的用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验方法，其特征在于：在步骤S1中，除了试验中需要与水接触的侧面外，其余五面均涂抹凡士林，然后使用透明保鲜膜将泥岩试样该五面进行包裹，挤出保鲜膜内气体，并用透明胶带对保鲜膜进行粘连。

10.如权利要求7所述的用于泥岩单侧浸水崩解特性研究的试验方法，其特征在于：在步骤S3的循环试验过程中，压强调控装置通过压力传感器的反馈值调节加载隔板所受的压力，从而实现对泥岩试样竖向荷载的调节。

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