CN212844912U - 一种类岩堆体的自动干湿循环试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型类岩堆体的自动干湿循环试验装置，其特征在于，包括圆柱形有机玻璃容器、机架、围压加载装置、轴压加载装置、降雨装置、加热装置和计算机；发明的目的是模拟受到地应力作用的类岩堆体，在降雨径流和曝晒下的干湿循环，同时通过DIC测量系统来进行裂隙演化试验，整个试验过程通过计算机自动控制干湿循环状态及循环次数，实现试验过程的自动化操作，提高试验效率。

Description

一种类岩堆体的自动干湿循环试验装置

技术领域

本实用新型属于岩土工程领域。

背景技术

通常所说的岩堆体是指在河流阶地侵蚀时期，或晚更新世时期的滑坡体。而类岩堆体既非土又非破碎围岩，还受到一定的地应力作用，具有软弱、破碎、极易风化、遇水极易软化、大变形等特点。在降雨—暴晒干湿循环下类岩堆体会有裂隙发育，导致雨水等更容易渗入滑裂带，并在滑裂带内聚集，不仅产生很大的不利于稳定的水压力，还会弱化滑裂带物质，因此研究干湿循环下类岩堆体的裂隙发育具有重要作用。

类岩堆体不同于一般的土石混合体，需要考虑地应力的作用。自然降雨则要求不能简单的向试样室内注水。且目前大多数干湿循环试验装置的自动化水平低，多次干湿循环操作手工劳动量大，且人工操作对实验扰动较大。因此需要设计一种自动的干湿循环装置，模拟类岩堆体的赋存环境，研究类岩堆体在降雨-曝晒干湿循环下的裂隙发育。

发明内容

本实用新型发明的目的是模拟受到地应力作用的类岩堆体，在降雨径流和曝晒下的干湿循环，同时通过DIC测量系统来进行裂隙演化试验，整个试验过程通过计算机自动控制干湿循环状态及循环次数，实现试验过程的自动化操作，提高试验效率。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种类岩堆体的自动干湿循环试验装置，其特征在于，包括圆柱形有机玻璃容器、机架、围压加载装置、轴压加载装置、降雨装置、加热装置和计算机；

所述圆柱形有机玻璃容器包括内层有机玻璃承压筒5、外层有机玻璃承压筒4、隔层8、顶盖7和底座6，所述顶盖7外径与外层有机玻璃承压筒4相同，内径与内层有机玻璃承压筒5相同，所述顶盖7分别与内外两层有机玻璃承压筒(4/5) 的上端焊接，所述底座6直径与外层有机玻璃承压筒4相同，所述底座6分别与内外两层有机玻璃承压筒(4/5)的下端焊接，所述隔层8外径与外层有机玻璃承压筒4相同，内径与内层有机玻璃承压筒5相同，所述隔层8分别与内外两层有机玻璃承压筒(4/5)焊接；

所述机架包括两立柱2、横梁3和基座1，所述两立柱2固定于基座1上，所述基座1固定于地面上，所述横梁3与立柱2之间可拆卸式连接；

所述围压加载装置包括围压室9、围压控制柜10，所述围压室9是由径向的内外两层有机玻璃承压筒(4/5)和纵向的顶盖7、隔层8组成的密闭空间，所述围压室9经由围压管道与围压控制柜10相连受其调节获得升降压；所述围压控制柜10 与计算机25电连接，接受计算机控制用于驱动执行对围压室9升降压调节；

所述轴压加载装置包括承压透明板11、压力轴12、液压升降机14、升降台13、升降机控制器15，所述类岩堆体试样26上端被承压透明板11覆盖，所述承压透明板11上部连接压力轴12下端，所述压力轴12上端连接升降台13，所述升降台 13驾于液压升降机14上，所述液压升降机14固定于两根立柱2上；升降机控制器15与液压升降机14连接用于驱动液压升降机14工作；所述升降机控制器15 与计算机25电连接接受其指令，用以控制液压升降机14；

所述降雨装置包括喷头16、自动降雨控制器18和水箱17，所述喷头16固定于横梁3上，喷头16的电子阀门连接自动降雨控制器18，所述自动降雨控制器18 与计算机25电连接接受其指令用于控制喷头16的电子阀门闭合状态及闭合程度；

所述加热装置包括电阻发热丝22和温控仪表23，所述电阻发热丝22放置于内层有机玻璃承压筒5和试样26之间，所述电阻发热丝22与温控仪表23电连接，所述温控仪表23与计算机25电连接接受其指令用于控制电阻发热丝22的工作状态。

本实施例,所述承压透明板11呈圆盘状，直径与类岩堆体试样相同，圆盘四周对称布置有八个工位槽，工位槽呈圆形，深度为承压透明板深度的一半，所述压力轴12通过工位槽与承压透明板11可拆卸式连接，承压透明板11上呈辐射状布置小圆孔，为降雨入渗和湿气外排提供通道。

本实施例试验装置还增设排水装置。所述排水装置包括透水石19、小圆形排水孔20和大圆形排水孔21，透水石19铺设于内层有机玻璃承压筒5底部，所述小圆形排水孔20、大圆形排水孔21通过水管与水箱17连接用于汇集并循环利用。

本实施例试验装置还增设DIC测量装置24，所述DIC测量装置24固定于地面上，装置的摄像部分平行安放于承压透明板上部，所述DIC测量装置24与计算机25连接，受计算机操控采集数据，同时实时将测量运动轨迹和振动的三维信息提供给计算机。

根据上述技术方案，本申请具有以下优点：

1.本申请可使类岩堆体干湿循环试验的全过程均在一定地应力条件下进行，更加符合类岩堆体隧道工程的实际情况。

2.本申请试样上覆承压透明板，可模拟雨水自然渗入试样的过程，还为加热过程的湿气外排提供了通道。

3.整个试验装置自动化水平高，可监测类岩堆体干湿循环作用下微裂隙发育的情况，得到类岩堆体在一定地应力、自然降雨条件下，试样表面位移场、应变场的变化规律。本实用新型可实现自动控制干湿循环装置工作，具有便捷、高效、节能等特点。

附图说明

图1是本申请最优实施例综合试验装置结构示意图；

图2是图1中承压透明板11的结构示意图。

标记：

1-基座，2-立柱，3-横梁；

4-外层有机玻璃承压筒，5-内层有机玻璃承压筒，6-底座，7-顶盖，8-隔层， 9-围压室，10-围压控制柜，11-承压透明板，12-压力轴，13-升降台，14-液压升降机，15-升降机控制器；

16-喷头，17-水箱，18-自动降雨控制器，19-透水石，20-小圆形排水孔，21- 大圆形排水孔；

22-电阻发热丝，23-温控仪表；

24-DIC测量装置；

25-电子计算机；

26-试样。

具体实施方式

下面通过实例结合附图进一步描述本申请。

一种类岩堆体的自动干湿循环试验装置，包括圆柱形有机玻璃容器、机架、围压加载装置、轴压加载装置、降雨装置、加热装置和计算机；

所述圆柱形有机玻璃容器包括内层有机玻璃承压筒5、外层有机玻璃承压筒4、隔层8、顶盖7和底座6，所述顶盖7外径与外层有机玻璃承压筒4相同，内径与内层有机玻璃承压筒5相同，所述顶盖7分别与内外两层有机玻璃承压筒(4/5) 的上端焊接，所述底座6直径与外层有机玻璃承压筒4相同，所述底座6分别与内外两层有机玻璃承压筒(4/5)的下端焊接，所述隔层8外径与外层有机玻璃承压筒4相同，内径与内层有机玻璃承压筒5相同，所述隔层8分别与内外两层有机玻璃承压筒(4/5)焊接；

所述机架包括两立柱2、横梁3和基座1，所述两立柱2固定于基座1上，所述基座1固定于地面上，所述横梁3与立柱2之间可拆卸式连接；

所述围压加载装置包括围压室9、围压控制柜10，所述围压室9是由径向的内外两层有机玻璃承压筒(4/5)和纵向的顶盖7、隔层8组成的密闭空间，所述围压室9经由围压管道与围压控制柜10相连受其调节获得升降压；所述围压控制柜10 与计算机25电连接，接受计算机控制用于驱动执行对围压室9升降压调节；

所述轴压加载装置包括承压透明板11、压力轴12、液压升降机14、升降台13、升降机控制器15，所述类岩堆体试样26上端被承压透明板11覆盖，所述承压透明板11上部连接压力轴12下端，所述压力轴12上端连接升降台13，所述升降台 13驾于液压升降机14上，所述液压升降机14固定于两根立柱2上；升降机控制器15与液压升降机14连接用于驱动液压升降机14工作；所述升降机控制器15 与计算机25电连接接受其指令，用以控制液压升降机14；

所述降雨装置包括喷头16、自动降雨控制器18和水箱17，所述喷头16固定于横梁3上，喷头16的电子阀门连接自动降雨控制器18，所述自动降雨控制器18 与计算机25电连接接受其指令用于控制喷头16的电子阀门闭合状态及闭合程度；

所述加热装置包括电阻发热丝22和温控仪表23，所述电阻发热丝22放置于内层有机玻璃承压筒5和试样26之间，所述电阻发热丝22与温控仪表23电连接，所述温控仪表23与计算机25电连接接受其指令用于控制电阻发热丝22的工作状态。进一步优化，所述类岩堆体试样直径略小于内层有机玻璃承压筒5，类岩堆体试样与内层有机玻璃承压筒5之间的空隙用硬质聚胺酯泡沫塑料填充，电阻发热丝有四根，对称布置于硬质聚胺酯泡沫塑料中。

实施例2

基于实施例1技术方案，本实施例对承压透明板11进行的细节设计。

如图2所示，所述承压透明板11呈圆盘状，直径与类岩堆体试样相同，圆盘四周对称布置有八个工位槽，工位槽呈圆形，深度为承压透明板深度的一半，所述压力轴12通过工位槽与承压透明板11可拆卸式连接，承压透明板11上呈辐射状布置小圆孔，为降雨入渗和湿气外排提供通道。

实施例3

进一步优化技术方案，相比于实施例1，本实施例试验装置还增设排水装置。

所述排水装置包括透水石19、小圆形排水孔20和大圆形排水孔21，透水石 19铺设于内层有机玻璃承压筒5底部，所述小圆形排水孔20、大圆形排水孔21 通过水管与水箱17连接用于汇集并循环利用。

再进一步的，所述透水石19放置于内层有机玻璃承压筒底部，透水石与内层有机玻璃承压筒接触的地方布置小圆形排水孔，排水孔分2层，每层4个围绕筒壁对称布置，层与层之间错开，所述外层有机玻璃承压筒底部布置1个大圆形排水孔，大圆形排水孔高度略低于小圆形排水孔。

实施例4

进一步优化技术方案，相比于实施例1，本实施例试验装置还增设DIC测量装置24，所述DIC测量装置24固定于地面上，装置的摄像部分平行安放于承压透明板上部，所述DIC测量装置24与计算机25连接，受计算机操控采集数据，同时实时将测量运动轨迹和振动的三维信息提供给计算机。所述DIC测量装置为DIC 系统，为三维全场应变测量分析系统，已为成熟的现有技术，举例而非限制，可采购日本SEIKA品牌市售的DIC系统。

本申请配备DIC测量系统，可由计算机操控采集数据，用于实时扫描类岩堆体试样干湿循环过程的裂纹扩展和破裂过程，亦可实现裂隙发育过程中试样表面的三维坐标、位移场及应变场的测量。

试验开始前，在计算机中设定干湿循环次数、单次干湿循环的时间、围压和轴压大小，在自动降雨控制器中设定单次干湿循环的降雨量，在温控仪表中设定单次干湿循环的加热温度。

试验开始后，计算机根据设定值操纵围压控制柜和升降机控制器，实现围压和轴压的加载。

在压力稳定后，本实施例的计算机通过控制自动降雨控制器和温控仪表的通电时间，来实现干湿循环。同时，围压控制柜、升降机控制器、自动降雨控制器、温控仪表、DIC测量装置会把监测数据反馈给电子计算机，用以后续处理分析。

Claims (4)

1.一种类岩堆体的自动干湿循环试验装置，其特征在于，包括圆柱形有机玻璃容器、机架、围压加载装置、轴压加载装置、降雨装置、加热装置和计算机；

所述圆柱形有机玻璃容器包括内层有机玻璃承压筒(5)、外层有机玻璃承压筒(4)、隔层(8)、顶盖(7)和底座(6)，所述顶盖(7)外径与外层有机玻璃承压筒(4)相同，内径与内层有机玻璃承压筒(5)相同，所述顶盖(7)分别与内外两层有机玻璃承压筒的上端焊接，所述底座(6)直径与外层有机玻璃承压筒(4)相同，所述底座(6)分别与内外两层有机玻璃承压筒的下端焊接，所述隔层(8)外径与外层有机玻璃承压筒(4)相同，内径与内层有机玻璃承压筒(5)相同，所述隔层(8)分别与内外两层有机玻璃承压筒焊接；

所述机架包括两立柱(2)、横梁(3)和基座(1)，所述两立柱(2)固定于基座(1)上，所述基座(1)固定于地面上，所述横梁(3)与立柱(2)之间可拆卸式连接；

所述围压加载装置包括围压室(9)、围压控制柜(10)，所述围压室(9)是由径向的内外两层有机玻璃承压筒和纵向的顶盖(7)、隔层(8)组成的密闭空间，所述围压室(9)经由围压管道与围压控制柜(10)相连受其调节获得升降压；所述围压控制柜(10)与计算机(25)电连接，接受计算机控制用于驱动执行对围压室(9)升降压调节；

所述轴压加载装置包括承压透明板(11)、压力轴(12)、液压升降机(14)、升降台(13)、升降机控制器(15)，所述类岩堆体试样(26)上端被承压透明板(11)覆盖，所述承压透明板(11)上部连接压力轴(12)下端，所述压力轴(12)上端连接升降台(13)，所述升降台(13)驾于液压升降机(14)上，所述液压升降机(14)固定于两根立柱(2)上；升降机控制器(15)与液压升降机(14)连接用于驱动液压升降机(14)工作；所述升降机控制器(15)与计算机(25)电连接接受其指令，用以控制液压升降机(14)；

所述降雨装置包括喷头(16)、自动降雨控制器(18)和水箱(17)，所述喷头(16)固定于横梁(3)上，喷头(16)的电子阀门连接自动降雨控制器(18)，所述自动降雨控制器(18)与计算机(25)电连接接受其指令用于控制喷头(16)的电子阀门闭合状态及闭合程度；

所述加热装置包括电阻发热丝(22)和温控仪表(23)，所述电阻发热丝(22)放置于内层有机玻璃承压筒(5)和试样(26)之间，所述电阻发热丝(22)与温控仪表(23)电连接，所述温控仪表(23)与计算机(25)电连接接受其指令用于控制电阻发热丝(22)的工作状态。

2.如权利要求1所述的类岩堆体的自动干湿循环试验装置，其特征在于，所述承压透明板(11)呈圆盘状，直径与类岩堆体试样相同，圆盘四周对称布置有八个工位槽，工位槽呈圆形，深度为承压透明板深度的一半，所述压力轴(12)通过工位槽与承压透明板(11)可拆卸式连接，承压透明板(11)上呈辐射状布置小圆孔，为降雨入渗和湿气外排提供通道。

3.如权利要求1所述的类岩堆体的自动干湿循环试验装置，其特征在于，还增设排水装置；所述排水装置包括透水石(19)、小圆形排水孔(20)和大圆形排水孔(21)，透水石(19)铺设于内层有机玻璃承压筒(5)底部，所述小圆形排水孔(20)、大圆形排水孔(21)通过水管与水箱(17)连接用于汇集并循环利用。

4.如权利要求1所述的类岩堆体的自动干湿循环试验装置，其特征在于，还增设DIC测量装置(24)，所述DIC测量装置(24)固定于地面上，装置的摄像部分平行安放于承压透明板上部，所述DIC测量装置(24)与计算机(25)连接，受计算机操控采集数据，同时实时将测量运动轨迹和振动的三维信息提供给计算机。

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