CN113029752B - 一种岩土力学试验用干湿循环装置 - Google Patents

一种岩土力学试验用干湿循环装置 Download PDF

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Abstract

本发明一种岩土力学试验用干湿循环装置公开了一种通过进水管和出水管相配合对岩土试样进行渗水，配合加热棒加热，以此往复进行岩土试样干湿循环，同时能够配合轴向千斤顶和剪切千斤顶能够对固定筒内部的岩土试样施加轴向应力和剪切应力，以此真实模拟复杂岩层伴随干湿循环的力学参数变化的干湿循环装置，其特征在于顶盖盖置于主体筒的口部，多个加热棒置于主体筒的内壁上，且沿主体筒的周向等角度分布，四个分段筒置于主体筒的内部中心，且通过波纹软管相连接，形成固定筒，所述固定筒的横截面为方形，四个支撑柱的一端等角度的置于主体筒的底部，且位于主体筒的内部。

Description

一种岩土力学试验用干湿循环装置
技术领域
本发明一种岩土力学试验用干湿循环装置涉及一种能够在岩土干湿循环试验中进行干湿循环的装置，属于岩土力学领域。特别涉及一种通过进水管和出水管相配合对岩土试样进行渗水，配合加热棒加热，以此往复进行岩土试样干湿循环，同时能够配合轴向千斤顶和剪切千斤顶能够对固定筒内部的岩土试样施加轴向应力和剪切应力，以此真实模拟复杂岩层伴随干湿循环的力学参数变化的干湿循环装置。
背景技术
岩土干湿循环试验是指利用设备对岩土试样进行反复干燥和湿润状态循环，以此快速真实的模拟出在实际自然条件下的岩土受到雨水侵蚀和风干后的产生的力学变化，得出岩土土层在干湿循环后的力学特性曲线，对边坡或者岩层变形进行预测，及时作出应对，而现有的干湿循环装置其在进行模拟时，通常是针对一小段岩土采样进行试验，受岩土试样长度的限制，试验时只能对岩土试样施加一组水平的剪切应力进行模拟，难以对岩层土层不同深度层间的多向剪切应力进行模拟，只能采用多组岩土试验单独进行多段试验来进行还原，试验效率较低。
公告号CN207717541U公开了一种考虑干湿循环的岩土体剪切蠕变仪，包括有底板，底板上设有开口朝上的被动剪切盒，被动剪切盒内放置岩土试样，被动剪切盒上方设置开口向下的主动剪切盒，主动剪切盒罩于岩土试样上，该装置一次只能对岩土试样进行一组水平剪切应力的施加试验，难以精准模拟处岩层间不同深度的剪切应力作用变化，试验效率较低。
发明内容
为了改善上述情况，本发明一种岩土力学试验用干湿循环装置提供了一种通过进水管和出水管相配合对岩土试样进行渗水，配合加热棒加热，以此往复进行岩土试样干湿循环，同时能够配合轴向千斤顶和剪切千斤顶能够对固定筒内部的岩土试样施加轴向应力和剪切应力，以此真实模拟复杂岩层伴随干湿循环的力学参数变化的干湿循环装置。
本发明一种岩土力学试验用干湿循环装置是这样实现的：本发明一种岩土力学试验用干湿循环装置由顶盖、固定板、轴向千斤顶、压板、固定螺栓、加热棒、支撑柱、滑块、剪切千斤顶、波纹软管、分段筒、出水阀、出水管、透水石、透水孔、导流槽、固定筒、进水孔、主体筒、进水阀、进水管和石蜡环组成，顶盖盖置于主体筒的口部，多个加热棒置于主体筒的内壁上，且沿主体筒的周向等角度分布，四个分段筒置于主体筒的内部中心，且通过波纹软管相连接，形成固定筒，所述固定筒的横截面为方形，四个支撑柱的一端等角度的置于主体筒的底部，且位于主体筒的内部，四个支撑柱和固定筒的四个侧面一一对应，一组剪切千斤顶等距置于支撑柱上，一组剪切千斤顶由四个剪切千斤顶组成，同组的四个剪切千斤顶和四个分段筒一一对应，滑块的一侧置于剪切千斤顶的端部上，滑块的另一端和分段筒的外壁固定连接，固定板通过固定螺栓置于四个支撑柱的另一端上，轴向千斤顶置于固定板的底部，压板置于轴向千斤顶的端部上，且盖合置于固定筒的口部，压板的底部开有多个和固定筒内部相连通的进水孔，进水管的一端嵌置于压板的内部，且和多个进水孔相连通，进水管的另一端延伸至压板的外部，进水管的另一端上置有进水阀，所述固定筒的底部置有透水石，所述主体筒的底部中心开有和固定筒底部相对应连通的导流槽，所述导流槽为变径结构，且直径向固定筒的方向递增，主体筒的底部开有多个和导流槽相连通的出水孔，出水管的一端嵌置于主体筒的底部，且和多个出水孔相连通，出水管的另一端延伸置于主体筒的外部，出水管的另一端上置有出水阀，所述分段筒的内部等距嵌置有三个石腊环。
有益效果。
一、能够对长段岩土试样同时进行多段不同方向不同大小的水平剪切应力施加，提高试验效率。
二、 能够真实模拟不同深度岩层间受干湿影响后的力学变化。
三、 能够对岩土试样的外壁裂缝进行封堵，避免干湿试验时渗水从外壁缝隙快速渗流，影响对岩土试样渗透的均匀性。
四、 结构简单，方便实用。
五、成本低廉，便于推广。
附图说明
图1本发明一种岩土力学试验用干湿循环装置的结构示意图；
图2本发明一种岩土力学试验用干湿循环装置主体箱的结构示意图；
图3本发明一种岩土力学试验用干湿循环装置分段筒的结构示意图。
附图中
其中为：顶盖（1），固定板（2），轴向千斤顶（3），压板（4），固定螺栓（5），加热棒（6），支撑柱（7），滑块（8），剪切千斤顶（9），波纹软管（10），分段筒（11），出水阀（12），出水管（13），透水石（14），透水孔（15），导流槽（16），固定筒（17），岩土试样（18），进水孔（19），主体筒（20），进水阀（21），进水管（22），石蜡环（23）。
具体实施方式：
本发明一种岩土力学试验用干湿循环装置是这样实现的：本发明一种岩土力学试验用干湿循环装置由顶盖（1）、固定板（2）、轴向千斤顶（3）、压板（4）、固定螺栓（5）、加热棒（6）、支撑柱（7）、滑块（8）、剪切千斤顶（9）、波纹软管（10）、分段筒（11）、出水阀（12）、出水管（13）、透水石（14）、透水孔（15）、导流槽（16）、固定筒（17）、进水孔（19）、主体筒（20）、进水阀（21）、进水管（22）和石蜡环（23）组成，顶盖（1）盖置于主体筒（20）的口部，多个加热棒（6）置于主体筒（20）的内壁上，且沿主体筒（20）的周向等角度分布，四个分段筒（11）置于主体筒（20）的内部中心，且通过波纹软管（10）相连接，形成固定筒（17），所述固定筒（17）的横截面为方形，四个支撑柱（7）的一端等角度的置于主体筒（20）的底部，且位于主体筒（20）的内部，四个支撑柱（7）和固定筒（17）的四个侧面一一对应，一组剪切千斤顶（9）等距置于支撑柱（7）上，一组剪切千斤顶（9）由四个剪切千斤顶（9）组成，同组的四个剪切千斤顶（9）和四个分段筒（11）一一对应，滑块（8）的一侧置于剪切千斤顶（9）的端部上，滑块（8）的另一端和分段筒（11）的外壁固定连接，固定板（2）通过固定螺栓（5）置于四个支撑柱（7）的另一端上，轴向千斤顶（3）置于固定板（2）的底部，压板（4）置于轴向千斤顶（3）的端部上，且盖合置于固定筒（17）的口部，压板（4）的底部开有多个和固定筒（17）内部相连通的进水孔（19），进水管（22）的一端嵌置于压板（4）的内部，且和多个进水孔（19）相连通，进水管（22）的另一端延伸至压板（4）的外部，进水管（22）的另一端上置有进水阀（21），所述固定筒（17）的底部置有透水石（14），所述主体筒（20）的底部中心开有和固定筒（17）底部相对应连通的导流槽（16），所述导流槽（16）为变径结构，且直径向固定筒（17）的方向递增，主体筒（20）的底部开有多个和导流槽（16）相连通的出水孔，出水管（13）的一端嵌置于主体筒（20）的底部，且和多个出水孔相连通，出水管（13）的另一端延伸置于主体筒（20）的外部，出水管（13）的另一端上置有出水阀（12），所述分段筒（11）的内部等距嵌置有三个石腊环。
使用时，打开顶盖（1）和固定板（2），固定板（2）通过轴向千斤顶（3）和压板（4）相连接，从而使得压板（4）打开，然后将长柱形岩土试样（18）放入到多个分段筒（11）和波纹软管（10）相组成的固定筒（17）内部，然后盖上固定板（2）通过固定螺栓（5）将固定板（2）固定在支撑柱（7）顶部，最后盖合顶盖（1）进行试验，打开进水阀（21）使得进水管（22）从压板（4）底部的进水孔（19）对岩土试样（18）进行渗水，通过各段分段筒（11）和固定筒（17）内的土壤含水量传感器检测渗水覆盖率，当达到需求岩土试样（18）含水量时，打开底部的出水阀（12），将出水管（13）与外界负压系统连通进行抽吸，同时管壁进水管（22）进水，打开主体箱内壁山的加热棒（6）进行加热，以此对岩土试样（18）进行脱干，以此往复进行岩土试样（18）干湿循环，同时在进行干湿循环工作时，通过轴向千斤顶（3）对岩土试样（18）施加轴向应力，通过每段分段筒（11）对应的剪切千斤顶（9）对岩土试样（18）不同层段施加不同方向和不同大小的水平剪切应力，以此真实模拟复杂岩层伴随干湿循环的力学参数变化，同时，在加热棒（6）进行加热时能够使得分段筒（11）内部等距分布的三个石蜡环（23）进行融化。以此将岩土试样（18）伴随干湿变化产生的外壁裂缝进行封堵，避免岩土试样（18）外壁裂缝影响渗水渗透岩层的均匀度；
所述固定筒（17）的横截面为方形的设计，能够和长柱形岩土试样（18）相适配，以此对长柱形岩土试样（18）进行收纳；
所述固定筒（17）的底部置有透水石（14）的设计，能够在对固定筒（17）内部的岩土试样（18）进行支撑避免岩土试样（18）压迫主体筒（20）底部的同时，能够对固定筒（17）内部的水进行汇集导流；
所述主体筒（20）的底部中心开有和固定筒（17）底部相对应连通的导流槽（16），所述导流槽（16）为变径结构，且直径向固定筒（17）的方向递增的设计，能够对透水孔（15）渗透的水进行进一步的汇集导流，然后通过出水孔和出水管（13）流出，从而能够增大固定筒（17）内部水流的流出速度；
所述波纹软管（10）的设计，能够使得波纹管具有弹性，从而在剪切千斤顶（9）在对分段筒（11）施加不同方向和不同大小的水平剪切应力时能够对相邻两个分段筒（11）之间产生的相对位移进行补偿；
所述分段筒（11）的内部等距嵌置有三个石腊环的设计，能够配合加热棒（6）对主体筒（20）内部进行加热，分段筒（11）进行热传递使得分段筒（11）内部的石腊环同时融化，以此能够同时对分段筒（11）内部的岩土试样（18）上产生的裂缝进行封堵；
所述剪切千斤顶（9）配合波纹软管（10），对分段筒（11）施加不同方向和不同大小的水平剪切应力，同时能够对相邻两个分段筒（11）之间的位移进行补偿的设计，配合轴向千斤顶（3）对岩土试样（18）施加轴向应力，能够真实模拟复杂岩层伴随干湿循环的力学参数变化，同时能够避免分段筒（11）由于相对位移造成断裂；
所述加热棒（6）和分段筒（11）相配合，对石腊环进行热传递，使得石腊环融化对岩土试样（18）伴随干湿变化产生的外壁裂缝进行封堵的设计，能够避免干湿试验时渗水从外壁缝隙快速渗流，影响对岩土试样（18）渗透的均匀性；
所述进水管（22）和出水管（13）相配合对固定筒（17）内部的岩土试样（18）进行渗水，配合加热棒（6）加热对岩土试样（18）进行脱干的设计，能够往复进行岩土试样（18）干湿循环，真实模拟不同深度岩层间受干湿影响后的力学变化；
达到通过进水管（22）和出水管（13）相配合对岩土试样（18）进行渗水，配合加热棒（6）加热，以此往复进行岩土试样（18）干湿循环，同时能够配合轴向千斤顶（3）和剪切千斤顶（9）能够对固定筒（17）内部的岩土试样（18）施加轴向应力和剪切应力，以此真实模拟复杂岩层伴随干湿循环的力学参数变化的目的。

Claims (7)

1.一种岩土力学试验用干湿循环装置，其特征是：顶盖盖置于主体筒的口部，多个加热棒置于主体筒的内壁上，且沿主体筒的周向等角度分布，四个分段筒置于主体筒的内部中心，且通过波纹软管相连接，形成固定筒，四个支撑柱的一端等角度的置于主体筒的底部，且位于主体筒的内部，四个支撑柱和固定筒的四个侧面一一对应，一组剪切千斤顶等距置于支撑柱上，一组剪切千斤顶由四个剪切千斤顶组成，同组的四个剪切千斤顶和四个分段筒一一对应，滑块的一侧置于剪切千斤顶的端部上，滑块的另一端和分段筒的外壁固定连接，固定板通过固定螺栓置于四个支撑柱的另一端上，轴向千斤顶置于固定板的底部，压板置于轴向千斤顶的端部上，且盖合置于固定筒的口部，压板的底部开有多个和固定筒内部相连通的进水孔，进水管的一端嵌置于压板的内部，且和多个进水孔相连通，进水管的另一端延伸至压板的外部，进水管的另一端上置有进水阀，主体筒的底部开有多个和导流槽相连通的出水孔，出水管的一端嵌置于主体筒的底部，且和多个出水孔相连通，出水管的另一端延伸置于主体筒的外部，出水管的另一端上置有出水阀，所述分段筒的内部等距嵌置有三个石腊环，所述加热棒和分段筒相配合，对石腊环进行热传递，使得石腊环融化对岩土试样伴随干湿变化产生的外壁裂缝进行封堵的设计，能够避免干湿试验时渗水从外壁缝隙快速渗流，影响对岩土试样渗透的均匀性，所述进水管和出水管相配合对固定筒内部的岩土试样进行渗水，配合加热棒加热对岩土试样进行脱干的设计，能够往复进行岩土试样干湿循环，真实模拟不同深度岩层间受干湿影响后的力学变化，所述剪切千斤顶配合波纹软管，对分段筒施加不同方向和不同大小的水平剪切应力，同时能够对相邻两个分段筒之间的位移进行补偿的设计，配合轴向千斤顶对岩土试样施加轴向应力，能够真实模拟复杂岩层伴随干湿循环的力学参数变化，同时能够避免分段筒由于相对位移造成断裂。
2.根据权利要求1所述的一种岩土力学试验用干湿循环装置，其特征在于所述固定筒的横截面为方形。
3.根据权利要求1所述的一种岩土力学试验用干湿循环装置，其特征在于所述主体筒的底部中心开有和固定筒底部相对应连通的导流槽。
4.根据权利要求3所述的一种岩土力学试验用干湿循环装置，其特征在于所述导流槽为变径结构，且直径向固定筒的方向递增。
5.根据权利要求1所述的一种岩土力学试验用干湿循环装置，其特征在于所述固定筒的底部置有透水石，能够在对固定筒内部的岩土试样进行支撑避免岩土试样压迫主体筒底部的同时，能够对固定筒内部的水进行汇集导流。
6.根据权利要求1所述的一种岩土力学试验用干湿循环装置，其特征在于所述波纹软管的设计，能够使得波纹管具有弹性，从而在剪切千斤顶在对分段筒施加不同方向和不同大小的水平剪切应力时能够对相邻两个分段筒之间产生的相对位移进行补偿。
7.根据权利要求1所述的一种岩土力学试验用干湿循环装置，其特征在于所述分段筒的内部等距嵌置有三个石腊环，能够配合加热棒对主体筒内部进行加热，分段筒进行热传递使得分段筒内部的石腊环同时融化，以此能够同时对分段筒内部的岩土试样上产生的裂缝进行封堵。
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