间歇性饱水疏干作用下岩土体颗粒试样压缩试验系统及压缩试验方法与流程

本发明属于岩土工程技术领域，具体的为一种间歇性饱水疏干作用下岩土体颗粒试样压缩试验系统及压缩试验方法。

背景技术：

砂泥岩混合料储量丰富，应用前景广泛，在西南地区，就地取材的砂泥岩混合料常常用作主要填料运用于大坝、码头岸坡和堤防等涉水工程。砂泥岩混合料中的泥岩颗粒具有易崩解、遇水易软化和易破碎等性质，造成涉水岸坡砂泥岩混合料填方工程在长期浸泡、间歇性浸泡作用下长期强度降低、变形增大，严重时可能导致结构物发生变形、变位、开裂甚至失稳现象。

由于砂泥岩混合料是由砂岩颗粒、泥岩颗粒、孔隙等组成的非连续介质，目前对间歇性饱水砂泥岩混合料的骨架演变机理不清楚，不清楚其间歇性饱水的力学性质等劣化规律，不能科学地掌握其工后变形预测及控制方法，使得在库岸工程建设中对砂泥岩混合料的利用存在一定的盲目性、不科学性甚至冒险性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种间歇性饱水疏干作用下岩土体颗粒试样压缩试验系统及压缩试验方法，能够对间歇性饱水疏干作用下的颗粒试样进行的压缩试验，进而查明砂岩颗粒和泥岩颗粒的差异劣化机理，为接触面弱化规律提供试验支持。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明首先提出了一种间歇性饱水疏干作用下岩土体颗粒试样压缩试验系统，包括底座，所述底座上设有承压板，所述承压板上安装设有上端开口且采用透明材质制成的容器，所述容器的底面上连接设有水管，且所述容器的底部设有用于放置颗粒试样并检测压力值大小的高精度压力计；

所述底座的上方设有加载装置，所述加载装置包括设置在容器上方的加载杆和安装在所述加载杆下端并用于对颗粒试样加载的加载板，所述容器内还设有用于疏干颗粒试样的疏干系统。

进一步，所述水管上连接设有三通连接头，所述三通连接头的其中一个连接头上连接设有水箱、另一个连接头上连接设有排水管，且所述三通连接头与所述水箱之间设有通水阀门，所述排水管上设有排水阀门。

进一步，所述水管位于所述容器底面的管口处设有滤网。

进一步，所述疏干系统包括设置在所述容器内的至少一个疏干单元，所述疏干单元包括用于对颗粒试样加热的红外线加热灯，所述承压板上设有用于支撑所述红外线加热灯的灯座；所述红外线加热灯包括聚光灯罩和安装在所述聚光灯罩内的红外线加热灯管。

进一步，所述疏干单元设为四个，四个所述疏干单元分别位于所述容器的四个对角位置处。

进一步，所述灯座包括固定安装在所述承压板上的灯底座，所述灯底座上设有竖直滑套，所述竖直滑套内与其滑动配合套装设有立杆ⅰ，所述立杆ⅰ的顶端套装设有与其滑动配合的直角滑套ⅰ，所述直角滑套ⅰ的另一端与其滑动配合套装设有位于所述容器上方的水平杆，所述水平杆的另一端与其滑动配合套装设有直角滑套ⅱ，所述直角滑套ⅱ的另一端与其滑动配合套装设有立杆ⅱ，所述立杆ⅱ与所述红外线加热灯固定连接。

进一步，所述容器的一侧侧壁设有可开闭的开闭门或所述容器的一侧侧壁设为可滑动的移动侧壁。

进一步，所述容器采用钢化玻璃制成。

进一步，还包括压缩试验控制系统，所述压缩试验控制系统包括计算机，所述计算机上电连接设有数据采集系统和饱水疏干控制系统；

所述数据采集系统包括数据采集处理器，所述容器外设有用于对颗粒试样摄像的高速摄像仪，所述容器内设有用于检测温度的温度传感器，所述加载装置内设有用于检测所述加载板位移的位移传感器，所述数据采集处理器分别于所述高精度压力计、高速摄像仪、温度传感器和位移传感器电连接；

所述饱水疏干控制系统包括控制器、用于控制所述通水阀门开闭的通水阀门控制电路、用于控制所述排水阀门开闭的排水阀门控制电路和用于控制所述红外线加热灯开闭的红外加热灯控制电路，所述控制器通过所述通水阀门控制电路和所述排水阀门控制电路分别与所述通水阀门和所述排水阀门电连接，所述控制器通过所述红外加热灯控制电路与所述红外线加热灯电连接。

本发明还提出了一种采用如上所述间歇性饱水疏干作用下岩土体颗粒试样压缩试验系统的压缩试验方法，包括如下步骤：

1）试验准备阶段：将所述容器清洗干净后，将颗粒试样放置在高精度压力计上，控制加载板向下移动至与颗粒试样刚好接触；

2）试样饱和阶段：通过水管向容器内缓慢注入设定容量的水，在设定时间内保持水量，直至颗粒试样的含水率达到饱和状态后，利用水管排出容器内的水；

3）试样疏干阶段：利用疏干系统对颗粒试样进行疏干处理，当所述高精度压力计检测到的压力值稳定后，完成对颗粒试样的疏干处理；

4）循环饱水疏干：循环步骤2）和步骤3）至设定次数；

5）压缩试验：利用加载板缓慢向下移动对颗粒试样加载，当颗粒试样破碎后，停止加载，得到颗粒试样的载荷-位移曲线。

本发明的有益效果在于：

本发明的间歇性饱水疏干作用下岩土体颗粒试样压缩试验系统，通过设置容器，并在容器底部安装高精度压力计，试验时，将颗粒试样放置在高精度压力计上，并利用加载板轻压在颗粒试样上，而后通过水管通入水使颗粒试样含水率饱和后再排水疏干，如此循环往复，即可实现间歇性对颗粒试样进行饱和疏干处理的技术目的，最后进行压缩试验，得到载荷位移曲线，进而查明砂岩颗粒和泥岩颗粒的差异劣化机理，为接触面弱化规律提供试验支持。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明间歇性饱水疏干作用下岩土体颗粒试样压缩试验系统实施例的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为疏干单元的结构示意图；

图4为本发明间歇性饱水疏干作用下岩土体颗粒试样压缩试验方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，为本发明间歇性饱水疏干作用下岩土体颗粒试样压缩试验系统实施例的结构示意图。本实施例的间歇性饱水疏干作用下岩土体颗粒试样压缩试验系统，包括底座1，底座1上设有承压板2，承压板2上安装设有上端开口且采用透明材质制成的容器3，容器3的底面上连接设有水管4，且容器3的底部设有用于放置颗粒试样5并检测压力值大小的高精度压力计6。容器3的一侧侧壁设有可开闭的开闭门或容器的一侧侧壁设为可滑动的移动侧壁。本实施例的容器3的一侧侧壁设为可滑动的移动侧壁，方便颗粒试样5的放置。本实施例的容器5采用钢化玻璃制成，以满足强度要求。

本实施例的底座1的上方设有加载装置，加载装置包括设置在容器3上方的加载杆7和安装在加载杆7下端并用于对颗粒试样5加载的加载板8，容器3内还设有用于疏干颗粒试样的疏干系统。

具体的，水管4上连接设有三通连接头，三通连接头的其中一个连接头上连接设有水箱9、另一个连接头上连接设有排水管10，且三通连接头与水箱9之间设有通水阀门11，排水管10上设有排水阀门12。本实施例的水管4位于容器3底面的管口处设有滤网13，防止颗粒试样压缩试验产生的颗粒破碎物进入水管4。

进一步，疏干系统包括设置在容器3内的至少一个疏干单元，疏干单元包括用于对颗粒试样5加热的红外线加热灯，承压板2上设有用于支撑红外线加热灯的灯座；红外线加热灯包括聚光灯罩14和安装在聚光灯罩14内的红外线加热灯管15。本实施例的疏干单元设为四个，四个疏干单元分别位于容器3的四个对角位置处。

本实施例的灯座包括固定安装在承压板2上的灯底座16，灯底座16上设有竖直滑套17，竖直滑套17内与其滑动配合套装设有立杆ⅰ18，立杆ⅰ18的顶端套装设有与其滑动配合的直角滑套ⅰ19，直角滑套ⅰ19的另一端与其滑动配合套装设有位于容器3上方的水平杆20，水平杆20的另一端与其滑动配合套装设有直角滑套ⅱ21，直角滑套ⅱ21的另一端与其滑动配合套装设有立杆ⅱ22，立杆ⅱ22与红外线加热灯固定连接。如此，红外线加热灯的位置可根据实际需要实现上下左右调节，以满足疏干加热的要求。

进一步，本实施例的间歇性饱水疏干作用下岩土体颗粒试样压缩试验系统还包括压缩试验控制系统，压缩试验控制系统包括计算机23，计算机23上电连接设有数据采集系统和饱水疏干控制系统。

本实施例的数据采集系统包括数据采集处理器24，容器3外设有用于对颗粒试样5摄像的高速摄像仪25，容器3内设有用于检测温度的温度传感器26，加载装置内设有用于检测加载板8位移的位移传感器，数据采集处理器24分别于高精度压力计6、高速摄像仪25、温度传感器26和位移传感器电连接，用于分别采集相应的测量数据。本实施例的高速摄像仪25设置为两台，两台高速摄像仪25位于容器3同一个侧壁的两端，并相对于高精度压力计6的中心呈轴对称设置。通过设置高速摄像仪25,可采集颗粒试样在间歇性饱水过程中以及加载过程中的变形过程及破坏过程的视频图像。

本实施例的饱水疏干控制系统包括控制器27、用于控制通水阀门11开闭的通水阀门控制电路、用于控制排水阀门12开闭的排水阀门控制电路和用于控制红外线加热灯开闭的红外加热灯控制电路，控制器27通过通水阀门控制电路和排水阀门控制电路分别与通水阀门11和排水阀门12电连接，控制器通过红外加热灯控制电路与红外线加热灯电连接。

具体的，本实施例还提出了一种采用如上所述间歇性饱水疏干作用下岩土体颗粒试样压缩试验系统的压缩试验方法，包括如下步骤：

1）试验准备阶段：将容器3清洗干净后，打开移动侧壁，利用镊子将颗粒试样放置在高精度压力计上，控制加载板8向下移动至与颗粒试样5刚好接触，达到固定颗粒的目的，此时松开镊子；随后，关闭移动侧壁，同时安装好高速摄像仪25、疏干系统等装置，并在计算机中记录高精度压力计6的压力数值。

2）试样饱和阶段：打开通水阀门11，通过水管4向容3内缓慢注入设定容量的水，而后关闭通水阀门11，在设定时间内保持水量，直至颗粒试样5的含水率达到饱和状态后，打开排水阀门12，利用水管4排出容器内的水；水量的保持时间为：试验之前通过含水率测试确定的一个标准饱和时间。

3）试样疏干阶段：利用疏干系统对颗粒试样5进行疏干处理，当高精度压力计6检测到的压力值稳定后，关闭排水阀门12，完成对颗粒试样的疏干处理；

4）循环饱水疏干：循环步骤2）和步骤3）至设定次数；

5）压缩试验：利用加载6缓慢向下移动对颗粒试样5加载，当颗粒试样5破碎后，此时计算机中显示的荷载-位移曲线发生陡降，停止加载，得到颗粒试样5的载荷-位移曲线，同时，高速摄像仪中也完整得记录了试样破坏的全过程。此时，打开移动侧壁，收集破碎后的颗粒试样5，可进行下一步的筛分、分析等工作。

本实施例的间歇性饱水疏干作用下岩土体颗粒试样压缩试验系统，通过设置容器，并在容器底部安装高精度压力计，试验时，将颗粒试样放置在高精度压力计上，并利用加载板轻压在颗粒试样上，而后通过水管通入水使颗粒试样含水率饱和后再排水疏干，如此循环往复，即可实现间歇性对颗粒试样进行饱和疏干处理的技术目的，最后进行压缩试验，得到载荷位移曲线，进而查明砂岩颗粒和泥岩颗粒的差异劣化机理，为接触面弱化规律提供试验支持。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。