一种研究复杂应力状态下土体管涌侵蚀规律的试验装置的制作方法

本发明涉及岩土工程试验测试领域，具体涉及一种研究复杂应力状态下土体管涌侵蚀规律的试验装置。

背景技术：

在土石坝工程中，堤基内部由于渗流的作用常发生土颗粒运移，最终导致土体发生渗透破坏，危及大坝安全；同时堤基内的土体由于土压力的作用，通常处于复杂的应力状态下。因此，真实模拟堤基内土体的实际应力状态，开展复杂应力条件下土体渗透破坏的研究具有重要的工程实用价值。管涌口下部和帷幕下游侧土体的渗流方向往往是向上的，现有的试验装置无法将竖直向上的渗流与应力状态结合起来测定土颗粒的运移规律，从而得到管涌的侵蚀机理；有的不能模拟土体所处的真实应力状态，有的则无法在考虑应力状态的条件下施加竖直向上的渗流。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种研究复杂应力状态下土体管涌侵蚀规律的试验装置，以解决上述背景技术中的技术问题。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

本发明一种研究复杂应力状态下土体管涌侵蚀规律的试验装置，包括底座、围压室、轴向加压器、轴向加压杆、试样、试样帽、进水管、出水管、热缩管，其特点是：围压室设置在底座上；热缩管设置在围压室的内部，其上端设置有试样帽，其下端与底座密封连接，其管身上设置有电阻应变片；试样设置在热缩管的内部，其与底座之间设置有卵石滤层，其与试样帽之间设置有多孔钢板；试样帽具有漏槽和试样帽出水管道，该试样帽出水管道的一端与漏槽的出口相连，另一端与试样帽外的出水管相连，该出水管的末端设置有量杯；进水管一端穿过底座与卵石滤层相连，另一端连接有渗流加压器；进水管与出水管上均设置有水压力传感器；轴向加压器设置在围压室的外部；轴向加压杆一端穿过围压室的顶端并与轴向加压器顶部连接，另一端与试样帽顶部接触。

进一步地，所述多孔钢板上的通孔孔径为5mm。

进一步地，所述试样帽上的漏槽的出口直径和试样帽出水管道的直径均为5mm。

进一步地，所述出水管为硬塑料管，其管径为5mm。

进一步地，所述出水管通过螺纹阀门与试样帽出水管道连接。

进一步地，所述装置还包括围压加压器、位移传感器和应变数据采集器；所述的围压加压器通过管路穿过底座并与围压室连通；所述位移传感器设置在围压室的顶端；所述应变数据采集器与电阻应变片连接。

本发明提供的试验装置能够考虑堤基内土体所受的实际应力状态，同时该装置施加竖直向上的渗流，进水管与出水管均与围压室外的水压力传感器连接，能够较准确的测量渗流作用下土体侵蚀过程中的水压力变化情况，应变数据采集器和位移传感器能够监测处于复杂应力状态下的土体在侵蚀过程中，土体变形的动态变化过程，本发明能够很好地研究管涌口下部和帷幕下游侧土体在竖直向上的渗流作用下，土颗粒的运移规律，为全面认识管涌的发展机理提供了理论依据。

附图说明

图1为本发明的所述试验装置结构示意图；

图2为本发明所述多孔钢板的平面示意图；

图3为本发明所述试样帽的正视示意图；

图4为本发明所述试样帽的侧视示意图；

图5为本发明所述试样帽的俯视示意图；

图中1.底座，2.围压室，3.轴向加压器，4.轴向加压杆，5.试样，6.卵石滤层，7.多孔钢板，8.试样帽，9.进水管，10.出水管，11.量杯，12.水压力传感器,13.电阻应变片，14.热缩管，15.漏槽，16.试样帽出水管道，17.渗流加压器，18.围压加压器，19.应变数据采集器，20.位移传感器。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图5所示，本发明一种研究复杂应力状态下土体管涌侵蚀规律的试验装置，包括底座1、围压室2、轴向加压器3、轴向加压杆4、试样5、试样帽8、进水管9、出水管10和热缩管14，其特点是：所述围压室2设置在底座1上；所述热缩管14设置在围压室2的内部，其上端设置有试样帽8，其下端与底座1密封连接，其管身上设置有电阻应变片13；所述试样5设置在热缩管14的内部，其与底座1之间设置有卵石滤层6，其与试样帽8之间设置有多孔钢板7；所述试样帽8具有漏槽15和试样帽出水管道16，该试样帽出水管道16的一端与漏槽15的出口相连，另一端与试样帽8外的出水管10相连，该出水管10的末端设置有量杯11；所述进水管9一端穿过底座1与卵石滤层6相连通，另一端连接有渗流加压器17；所述进水管9与出水管10上均设置有水压力传感器12；所述轴向加压器3设置在围压室2的外部；轴向加压杆4一端穿过围压室2的顶端并与轴向加压器3顶部连接，另一端与试样帽8顶部接触。

本实施例中所述多孔钢板7上的通孔孔径为5mm，这样设置的好处在于可以防止颗粒在多孔钢板7处发生堵塞，从而影响颗粒的涌出。

本实施例中所述试样帽8上的漏槽15的出口直径和试样帽出水管道16的直径均为5mm，这样设置的好处在于可以有效防止颗粒在带出过程中发生堵塞的情况。

本实施例中所述出水管10为硬塑料管，可以有效防止在加压时围压室2内大的水压力将出水管10挤压变形，使颗粒在管内堵塞，从而影响试验结果，出水管10的管径设置为5mm，可以有效确保涌出的颗粒通过管道时被带出围压室2外。

本实施例中所述出水管10通过螺纹阀门与试样帽出水管道16连接，使用螺纹阀门可以确保管道连接的质量，进而保证试验结果的准确性。

本实施例中所述该试验装置还包括围压加压器18、位移传感器20和应变数据采集器19；所述的围压加压器18通过管路穿过底座1并与围压室2连通；所述位移传感器20设置在围压室2的顶端；所述应变数据采集器19与电阻应变片13连接。该装置中设置围压加压器18可以为围压室2提供压力，设置位移传感器20和应变数据采集器19能够监测处于复杂应力状态下的土体在侵蚀过程中，土体变形的动态变化过程。

本发明所述一种研究复杂应力状态下土体管涌侵蚀规律的试验装置的工作原理如下：

通过本发明所述试验装置可以对试样5施加围压和偏压来模拟土体所受的真实应力状态，漏槽15和试样帽出水管道16设置在试样帽8上，通过硬塑料出水管10与围压室2外的测量装置(即量杯11)和水压力传感器12相连，进水管9的进水口与卵石滤层6连通设置在试样5底部，可以模拟土体所受的竖直向上的渗流。试验时通过渗流加压器17逐级增加渗流力使试样5发生渗透变形，并通过应变数据采集器19、位移传感器20以及量杯11等记录不同渗流下土体侵蚀过程中的水压力变化情况和土体的变形情况，最终得到复杂应力状态下管涌的侵蚀规律和发展机理，为预报和治理实际工程中的管涌险情提供有效的技术支持和理论依据。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。