一種適用于土石接觸面滲透破壞的試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水利技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于我國(guó)地域遼闊，河流湖泊眾多，土石壩作為擋水建筑物，由于壩體材料主要是土石材料，方便就地取材，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便施工、工期短、目前成為我國(guó)應(yīng)用較為廣泛的壩體結(jié)構(gòu)。由于松散的土石材料填筑，在長(zhǎng)期水流的沖擊下，滲流通過(guò)壩身或壩基時(shí)，若滲流的滲透坡降大于臨界坡降，土體經(jīng)常會(huì)發(fā)生滲透破壞，導(dǎo)致土壩失事。壩體與壩基的接觸面或土壩心墻與基巖的接觸面，一旦在某種外力作用下產(chǎn)生裂縫就容易發(fā)生土石接觸面滲透破壞。因此，對(duì)土石接觸面滲透破壞產(chǎn)生的原因和發(fā)展過(guò)程的研究已成為影響閘壩等水工建筑物能否安全運(yùn)行的重要課題。一般來(lái)說(shuō)，地表水流的沖刷破壞常會(huì)引起人們的關(guān)注，也比較容易發(fā)現(xiàn)和挽救。而地下水的滲流沖刷目不能見(jiàn)，常被忽視，有時(shí)問(wèn)題一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，會(huì)迅速導(dǎo)致工程的破壞，難以補(bǔ)救。針對(duì)工程實(shí)例，土石接觸面滲透破壞一般采用室內(nèi)試驗(yàn)。但是目前為止適用于壩體土料與穿壩建筑物或巖基土石接觸面滲透破壞的研究較少，適用于土石接觸面滲透破壞的試驗(yàn)裝置更是少有人研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)裝置及方法。
[0004]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]—種土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)裝置，包括壓力加載系統(tǒng)和土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)儀，
[0006]所述的土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)儀包括一個(gè)底座，在所述的底座頂部設(shè)有土石接觸面滲透破壞模擬室，所述的土石接觸面滲透破壞模擬室的底部設(shè)有一個(gè)集土器，土石接觸面滲透破壞模擬室放置在一個(gè)壓力室內(nèi)，所述的壓力室對(duì)土石接觸面滲透破壞模擬室實(shí)施圍壓；
[0007]所述的壓力加載系統(tǒng)包括圍壓加載系統(tǒng)和水壓加載系統(tǒng)，所述的水壓加載系統(tǒng)與土石接觸面滲透破壞模擬室的入水口相連，所述的圍壓加載系統(tǒng)與壓力室的圍壓水入口相連。
[0008]所述的壓力室為由上蓋板、下底板、上隔水板、柔性內(nèi)壁、下隔水板和剛性外壁圍成的環(huán)狀空腔結(jié)構(gòu);上隔水板、柔性內(nèi)壁、下隔水板在縱向方向上依次連接形成內(nèi)壁，所述剛性外壁環(huán)繞在內(nèi)壁外圈，同時(shí)在上蓋板上設(shè)有圍壓水入口。
[0009]所述的土石接觸面滲透破壞模擬室包括安裝在壓力室底部的下透水板，與下透水板相對(duì)的設(shè)置上透水板，上透水板、下透水板之間通過(guò)所述的柔性內(nèi)壁連接成一個(gè)封閉的空間，試驗(yàn)時(shí)，在封閉空間內(nèi)設(shè)置用于實(shí)驗(yàn)的混凝土和試驗(yàn)土樣;上透水板的上方設(shè)置一個(gè)土石接觸面滲透破壞模擬室上蓋板，上蓋板與上透水板之間通過(guò)所述的上隔水板形成一個(gè)封閉空間，該封閉空間設(shè)有土石接觸面滲透破壞模擬室出水口。
[0010]進(jìn)一步的，在所述的上透水板底部和下透水板頂部設(shè)置測(cè)壓管。
[0011 ]進(jìn)一步的，所述的混凝土的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有滲壓計(jì)。
[0012]進(jìn)一步的，在下透水板的下方設(shè)置一個(gè)過(guò)水桶，在過(guò)水桶內(nèi)安裝一個(gè)斜透水板。
[0013]進(jìn)一步的，所述的圍壓加載系統(tǒng)包括圍壓供水瓶、豎向?qū)к壓碗妱?dòng)提升裝置;所述的電動(dòng)提升裝置驅(qū)動(dòng)圍壓供水瓶沿著豎向?qū)к壣?、下運(yùn)動(dòng)，所述的圍壓供水瓶通過(guò)水管與圍壓水入口相連。所述豎向?qū)к壉ＷC供水瓶豎直方向的平動(dòng)，所述電動(dòng)提升裝置用于提升供水瓶，使供水瓶?jī)?nèi)的水位提升增加圍壓。
[0014]進(jìn)一步的，所述的水壓加載系統(tǒng)包括水壓供水瓶、豎向?qū)к?、溢流箱和電?dòng)提升裝置組成，所述的電動(dòng)提升裝置驅(qū)動(dòng)圍壓供水瓶沿著豎向?qū)к壣?、下運(yùn)動(dòng)，水壓供水瓶的出水口與土石接觸面滲透破壞模擬室的入水口相連，所述的水壓供水瓶的入水口連接水源，所述的水壓供水瓶的溢流口與溢流箱相連。
[0015]上述裝置的無(wú)圍壓土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)方法，如下:
[0016](I)安裝壓力加載系統(tǒng)和土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)儀，其中柔性內(nèi)壁采用有機(jī)玻璃板代替；
[0017](2)澆筑水泥塊，將預(yù)制好的水泥塊以及土樣填筑在土石接觸面滲透破壞模擬室內(nèi)；
[0018](3)開(kāi)始逐步增大水壓力，并進(jìn)行滲流量測(cè)試，得出水壓力和滲流量的關(guān)系。對(duì)于每級(jí)水壓力，當(dāng)滲流量穩(wěn)定不變后才施加下一級(jí)水壓力
[0019](4)當(dāng)水壓力增大到一定數(shù)值，水壓力-滲流量關(guān)系發(fā)生明顯變化，且黏土芯未出現(xiàn)任何破壞跡象時(shí)，既表明黏土與瀝青混凝土之間發(fā)生滲透破壞，由相應(yīng)的水壓力可得臨界滲透坡降。這時(shí)仍可繼續(xù)增大水壓力，直至模型滲流量激增、水壓力無(wú)法保持時(shí)試驗(yàn)終止。
[0020]上述裝置的有圍壓土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)方法，如下:
[0021](I)安裝壓力加載系統(tǒng)和土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)儀；
[0022](2)澆筑水泥塊;將預(yù)制好的水泥塊以及土樣填筑在土石接觸面滲透破壞模擬室內(nèi)；
[0023](3)根據(jù)試驗(yàn)需要先施加所需的圍壓，開(kāi)始逐步增大水壓力，并進(jìn)行滲流量測(cè)試，得出水壓力和滲流量的關(guān)系。對(duì)于每級(jí)水壓力，當(dāng)滲流量穩(wěn)定不變后才施加下一級(jí)水壓力
[0024](4)當(dāng)水壓力增大到一定數(shù)值，水壓力-滲流量關(guān)系發(fā)生明顯變化，且黏土芯未出現(xiàn)任何破壞跡象時(shí)，既表明黏土與瀝青混凝土之間發(fā)生滲透破壞，由相應(yīng)的水壓力可得臨界滲透坡降。這時(shí)仍可繼續(xù)增大水壓力，直至模型滲流量激增、水壓力無(wú)法保持時(shí)試驗(yàn)終止。
[0025]上述裝置的粗粒土滲透破壞試驗(yàn)方法，如下:
[0026](I)安裝壓力加載系統(tǒng)和土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)儀;其中柔性內(nèi)壁采用剛性玻璃板或鋼板代替。
[0027](2)直接填筑試驗(yàn)土樣；
[0028](3)開(kāi)始逐步增大水壓力，開(kāi)始逐步增大水壓力，并進(jìn)行滲流量測(cè)試，得出水壓力和滲流量的關(guān)系。對(duì)于每級(jí)水壓力，當(dāng)滲流量穩(wěn)定不變后才施加下一級(jí)水壓力
[0029](4)當(dāng)水壓力增大到一定數(shù)值，水壓力-滲流量關(guān)系發(fā)生明顯變化，且黏土芯未出現(xiàn)任何破壞跡象時(shí)，既表明黏土與瀝青混凝土之間發(fā)生滲透破壞，由相應(yīng)的水壓力可得臨界滲透坡降。這時(shí)仍可繼續(xù)增大水壓力，直至模型滲流量激增、水壓力無(wú)法保持時(shí)試驗(yàn)終止。
[0030]本發(fā)明的有益效果是:
[0031]1、本發(fā)明提出了一種針對(duì)土石壩與穿壩建筑物土石接觸面滲透破壞的試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法，適用于研究土石壩壩體土質(zhì)填料與穿壩建筑物以及粗粒土滲透破壞。
[0032]2、本發(fā)明可以應(yīng)用于監(jiān)測(cè)不同尺寸的試驗(yàn)材料，對(duì)試驗(yàn)材料的限制極小。
[0033]3、模型加工方便，易于拆卸和搬運(yùn)，可以重復(fù)利用。
【附圖說(shuō)明】
[0034]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0035]圖1試驗(yàn)裝置整體圖；
[0036]圖2壓力加載裝置；
[0037]圖3土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)儀主視圖；
[0038]圖4土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)儀側(cè)視圖；
[0039]圖5土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)儀俯視圖。
[0040]圖中1.壓力加載系統(tǒng)、2.土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)儀、3.水壓加載系統(tǒng)、4.圍壓加載系統(tǒng)、5.水壓空水瓶、6.豎向?qū)к墶?.豎向提升裝置、8.溢流箱、9.入水口、10.出水口、11.溢流口、12.圍壓供水瓶、13.圍壓供水瓶出水口、14底座、15集土器、16土石接觸面滲透破壞模擬室、17壓力室、18 土石接觸面滲透破壞模擬室入水口、19過(guò)水桶、20斜透水板、21下透水板、22混凝土、23 土質(zhì)試樣、24上透水板、25 土石接觸面滲透破壞模擬室出水口、26測(cè)壓管、27滲壓計(jì)、28 土石接觸面滲透破壞模擬室上蓋板、29柔性內(nèi)壁、30上隔水板、31剛性外壁、32下隔水板、33底部擋板、34圍壓入水口、35圍壓上蓋板。
【具體實(shí)施方式】
[0041 ]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0042]如圖1-5所示，一種土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)裝置從左到右包括壓力加載系統(tǒng)I和土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)儀2兩部分。
[0043]土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)儀2包括一個(gè)底座14，在所述的底座14頂部設(shè)有土石接觸面滲透破壞模擬室，所述的土石接觸面滲透破壞模擬室的底部設(shè)有一個(gè)集土器15，土石接觸面滲透破壞模擬室放置在一個(gè)壓力室17內(nèi)，所述的壓力室17對(duì)土石接觸面滲透破壞模擬室實(shí)施圍壓；
[0044]所述的壓力加載系統(tǒng)包括圍壓加載系統(tǒng)和水壓加載系統(tǒng)，所述的水壓加載系統(tǒng)與土石接觸面滲透破壞模擬室入水口 18相連，所述的圍壓加載系統(tǒng)與壓力室的圍壓水入口 34相連。
[0045]具體的結(jié)構(gòu)如下:
[0046]如圖2所示，壓力加載系統(tǒng)包括水壓加載系統(tǒng)3和圍壓加載系統(tǒng)4兩部分，水壓加載系統(tǒng)3包括水壓供水瓶5、豎向?qū)к?、豎向提升裝置7和溢流箱8組成。水壓供水瓶4設(shè)入水口
9、出水口 10和溢流口 11。溢流口 11用以保持水壓供水瓶5的水位保持在同一水平，溢流口 11與溢流箱8之間通過(guò)水管連接，溢流箱8用以盛裝水壓供水瓶5中的溢流水。圍壓加載裝置包括圍壓供水瓶12、豎向?qū)к?和豎向提升裝置7。圍壓供水瓶12只設(shè)圍壓供水瓶出水口 13，在試驗(yàn)前即注滿水。壓力加載系統(tǒng)I中的豎向提升裝置7采用電動(dòng)龍門吊。
[0047]如圖3所示，為土石接觸面滲透破壞試驗(yàn)儀從下到上包括底座14、集土器15、土石接觸面滲透破壞模擬室16、壓力室17組成。在土石接觸面滲透破壞模擬室16底部開(kāi)口安裝集土器15，集土器15用來(lái)盛裝在試驗(yàn)過(guò)程中由于水的沖刷作用而掉落的土粒防止土粒懸浮在水流中影響試驗(yàn)結(jié)果。
[0048]土石接觸面滲透破壞模擬室從下到上包括土石接觸面滲透破壞模擬室入水口 18、過(guò)水桶19、斜透水板20、下透水板21、混凝土 22、土質(zhì)試樣23、上透水板24、土石接觸面滲透破壞模擬室出水口 25、測(cè)壓管26、滲壓計(jì)27和土石接觸面滲透破壞模擬室上蓋板28。
[0049]在過(guò)水桶19內(nèi)安裝一個(gè)斜透水板20，過(guò)水桶19與斜透水板20作用是濾去水中的氣泡防止水中氣泡對(duì)試驗(yàn)的影響。下透水板21安裝在壓力室底部，與下透水板相對(duì)的設(shè)置上透水板24，上透水板24、下透水板21之間通過(guò)所述的柔性內(nèi)壁連接成一個(gè)封閉的空間，試驗(yàn)時(shí)，在封閉空間內(nèi)設(shè)置用于實(shí)驗(yàn)的混凝土和試驗(yàn)土樣；
[0050]上透水板的上方設(shè)置