一种饱和土渗流与蠕变耦合三轴试验装置的制作方法

本实用新型涉及土工试验领域，尤其涉及到一种饱和土渗流与蠕变耦合三轴试验装置。

背景技术：

水库在蓄水和运营过程中，库水长期反复大幅度涨落加剧了库岸滑坡灾害的发生。有监测数据表明随库水位周期性涨落，滑坡体地下水随之呈周期性升降，滑坡位移变形速率随库水位下降而增大，随库水位上升而减小；在库水位和地下水位稳定不变期间，滑坡变形仍持续缓慢增加。说明滑坡变形发展过程不仅与库水位变动产生的渗流场有关，还与蠕变效应有关。然而渗流与蠕变又相互影响，渗流场产生应力场，应力场使土体产生蠕变，土体的变形反过来又影响渗流场。所以水库滑坡变形机制十分复杂，但从国内外研究资料来看，水库滑坡动力演化过程中的渗流和蠕变耦合效应迄今尚未被引起关注。

当前，国内外许多学者单独针对土体渗流和土体蠕变试验及理论做了大量的研究，但几乎很少有学者注意到土体渗流与蠕变耦合效应。为揭示土体渗流与蠕变耦合效应，首先应开展渗流与蠕变耦合试验研究，通过试验揭示渗流与蠕变相互作用机理，建立渗流与蠕变耦合数学模型，进而开展渗流与蠕变耦合作用下的土体渗流场、应力场及位移场计算分析。然而，目前市面上还未发现土体渗流与蠕变耦合的试验设备，为此，本实用新型研发了一种饱和土渗流与蠕变耦合三轴试验装置及其试验方法。

技术实现要素：

本实用新型所需解决的技术问题是提供一种饱和土渗流蠕变耦合试验装置，可以同时进行饱和土渗流和蠕变试验，提供一种饱和土渗流蠕变耦合试验方法。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出以下技术方案：一种饱和土渗流与蠕变耦合三轴试验装置，其特征在于：它包括围压和体变测量单元、轴压施加单元、轴向位移传感器、渗透压施加单元、渗流量测量单元、双压力室、孔隙水压力传感器、数据采集单元、供水单元和供气单元。

所述围压和体变测量单元、轴压施加单元和渗透压施加单元分别与双压力室相连，对土样施加设定的围压、轴力和渗透压。

所述围压和体变测量单元、轴向位移传感器、渗流量测量单元和孔隙水压力传感器分别于双压力室相连，对土样试验过程中的体积变化、轴向位移、渗流量和孔隙水压力实时测量。

所述围压和体变测量单元、轴向位移测量单元、渗流量测量单元和孔隙水压力传感器分别于数据采集单元连接，对试验过程中试样体积变化、轴向位移、渗流量和孔隙水压力值进行实时采集。

所述供水单元分别与双压力室和渗透压施加单元相连，对其提供水源。

所述供气单元分别与围压和体变测量单、渗透压施加单元和供水单元相连，对其提供气压。

所述每联围压和体变测量单元包括注水管，所述注水管的底部连接有第二三通管，所述第二三通管的另两个出口分别连接有第一三通阀和第二三通阀，所述第一三通管的另两个出口分别连接有大量程围压管和第二三通阀，所述第二三通阀的另两个出口分别与第二三通阀和小量程围压管相连，所述第二三通阀的另一个出口与第一压差传感器相连，所述大量程围压管的底端同时与第一三通管相连，所述第一三通管的另两个出口分别与第一压差传感器和第一调压阀相连。

所述的每联渗透压施加单元包括小水箱、第二调压阀、第四三通阀、第五三通阀；所述第四三通阀分别与小水箱、第二调压阀和大气相连调节渗透压力。

所述每联渗流量测量单元包括第二压差传感器、参照管和第六三通阀；所述第二压差传感器同时与参照管和第六三通阀相连，所述第六三通阀与孔隙水压力传感器相连。

所述双压力室包括双压力室外室、双压力室内室、试样帽、底座、围压气输入管、排气孔、透水石、排水管、渗透压管和围压输入管；所述底座位于双压力室内室中心，并和排水管相连，试样帽位于试样顶部与渗透压管相连，围压输入管与双压力室内室底部连通，排气孔与双压力室内室顶部连通，围压气输入管与双压力室外室顶部连通。

所述数据采集单元包括数据采集仪和计算机；所述数据采集仪包括一号输入通道、二号输入通道、三号输入通道、四号输入通道和输出通道；所述输入通道分别与轴向位移传感器、第一压差传感器、第二压差传感器和孔隙水压力传感器相连，输出通道与计算机相连。

本实用新型有如下有益效果：

本实用新型提供的一种饱和土三轴蠕变试验仪，试样帽通过渗透压管与一套能控制渗透压的管路相连，从而能达到渗流的目的。底座接排水管与孔隙水压力传感器和渗流量测量单元相连，从而测得试样在渗流蠕变耦合过程中的渗流量和试样底部的孔隙水压力。试样压力室采用双压力室内室，为双层有机玻璃圆筒，双压力室内室注满无气水，围压和体变测量单元通过围压输入管向试样施加围压，围压和体变测量单元通过围压气输入管向双围压室外室施加等围压值的气体，以消除内室的变形对体变值测量产生的误差。试样帽凹槽与传力杆接触，传力杆与荷载架上的压力螺钉接触，通过放置砝码来给试样施加轴向压力，传力杆与压力室间用“O”型圈密封。

与现有的技术相比，本实用新型的优点：1.能够通过施加渗透压来实现渗流，从而可以开展饱和土渗流蠕变耦合试验；2.结构简单，便于操作。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型整体结构示意图。

图2是本实用新型中压力室结构示意图。

图中：围压和体变测量单元1、轴压施加单元2、轴向位移传感器3、渗透压施加单元4、渗流量测量单元5、双压力室6、孔隙水压力传感器7、数据采集单元8、供水单元9、供气单元10；

注水管1.1、大量程围压管1.2、小量程围压管1.3、第一压差传感器1.4、第一调压阀1.5、第一三通管1.6、第二三通管1.7、第一三通阀1.8、第二三通阀1.9、第三三通阀1.10；

小水箱4.1、第二调压阀4.2、三通阀4.3、第五三通阀4.4；

第二压差传感器5.1、参照管5.2、第六三通阀5.3；

双压力室外室6.1、双压力室内室6.2、试样帽6.3、底座6.4、围压气输入管6.5、排气孔6.6、透水石6.7、排水管6.8、渗透压管6.9、围压输入管6.10；

数据采集仪8.1、计算机8.2、一号输入通道8.11、二号输入通道8.12、三号输入通道8.13、四号输入通道8.14、输出通道8.15。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

如图1-2所示，一种饱和土渗流与蠕变耦合三轴试验装置，其特征在于：它包括围压和体变测量单元1、轴压施加单元2、轴向位移传感器3、渗透压施加单元4、渗流量测量单元5、双压力室6、孔隙水压力传感器7、数据采集单元8、供水单元9和供气单元10。

进一步的，所述围压和体变测量单元1、轴压施加单元2和渗透压施加单元4分别与双压力室6相连，对土样0施加设定的围压、轴力和渗透压。

进一步的，所述围压和体变测量单元1、轴向位移传感器3、渗流量测量单元5和孔隙水压力传感器7分别于双压力室6相连，对土样0试验过程中的体积变化、轴向位移、渗流量和孔隙水压力实时测量。

进一步的，所述围压和体变测量单元1、轴向位移测量单元3、渗流量测量单元5和孔隙水压力传感器7分别于数据采集单元8连接，对试验过程中试样体积变化、轴向位移、渗流量和孔隙水压力值进行实时采集。

进一步的，所述供水单元9分别与双压力室6和渗透压施加单元4相连，对其提供水源。

进一步的，所述供气单元10分别与围压和体变测量单1、渗透压施加单元4和供水单元9相连，对其提供气压。

进一步的，所述每联围压和体变测量单元1包括注水管1.1，所述注水管1.1的底部连接有第二三通管1.7，所述第二三通管1.7的另两个出口分别连接有第一三通阀1.8和第二三通阀1.10，所述第一三通管1.8的另两个出口分别连接有大量程围压管1.2和第二三通阀1.9，所述第二三通阀1.10的另两个出口分别与第二三通阀1.9和小量程围压管1.3相连，所述第二三通阀1.9的另一个出口与第一压差传感器1.4相连，所述大量程围压管1.2的底端同时与第一三通管1.6相连，所述第一三通管1.6的另两个出口分别与第一压差传感器1.4和第一调压阀1.5相连。

进一步的，所述的每联渗透压施加单元4包括小水箱4.1、第二调压阀4.2、第四三通阀4.3、第五三通阀4.4；所述第四三通阀4.3分别与小水箱4.1、第二调压阀4.2和大气相连调节渗透压力。

进一步的，所述每联渗流量测量单元5包括第二压差传感器5.1、参照管5.2和第六三通阀5.3；所述第二压差传感器5.1同时与参照管5.2和第六三通阀5.3相连，所述第六三通阀5.3与孔隙水压力传感器7相连。

进一步的，所述双压力室6包括双压力室外室6.1、双压力室内室6.2、试样帽6.3、底座6.4、围压气输入管6.5、排气孔6.6、透水石6.7、排水管6.8、渗透压管6.9和围压输入管6.10；所述底座6.4位于双压力室内室6.2中心，并和排水管6.8相连，试样帽6.3位于试样0顶部与渗透压管6.9相连，围压输入管6.10与双压力室内室6.2底部连通，排气孔6.6与双压力室内室6.2顶部连通，围压气输入管6.5与双压力室外室6.1顶部连通。

进一步的，所述数据采集单元8包括数据采集仪8.1和计算机8.2；所述数据采集仪8.1包括一号输入通道8.11、二号输入通道8.12、三号输入通道8.13、四号输入通道8.14和输出通道8.15；所述输入通道分别与轴向位移传感器3、第一压差传感器1.4、第二压差传感器5.1和孔隙水压力传感器7相连，输出通道8.15与计算机8.2相连。

本实用新型的装置具体工作原理为：

试样步骤如下：

1、制备试样：按照土工试验标准制备试样0；

2、装试样：

1）准备好试样0；

2）将试放在透水石6.11上，并在试样顶部放透水石6.7；

3）对试样套橡皮膜，并用橡皮筋扎好下端；

4）安放试样帽6.3，用橡皮筋扎好上端；

5）安装压力室罩；

3、利用计算机进行试验：

1）关闭第五三通阀4.4，通过第二三通阀1.9选择围压管量程，调节第一调压阀1.5分别向双压力室外室6.1和双压力室内室6.2施加5kPa的气压和围压，待试样变形和排水稳定后记录相应的数值，并以他们为变形和排水的零点；

2）施加第一级围压，直到变形和排水稳定；

3）打开第五三通阀4.4，第二调压阀4.2施加第一级渗透压，渗透压值应小于此时围压值，直至试样变形速率小于预定值；

4）施加下一级围压和渗透压，重复2和3操作；

5）结束试验后，储存数据，拆除试样；

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。