一种柱剪渗透测试试样的制备方法与流程

本发明涉及大坝心墙黏土渗流测试技术领域，具体涉及一种柱剪渗透测试试样的制备方法。

背景技术：

圆柱体试样内部旋转剪切出一个较小直径的圆柱体，从而形成贯通圆柱体上下顶面的圆柱面，即剪切面，该圆柱面会导致试样竖向的渗透特性发生变化，而柱剪渗透试验装置就是用于研究剪切面导致试样渗透特性变化的仪器。仪器的黏土圆柱体试样用于模拟土石坝的黏土心墙防渗体。通过在试样上下两端设置击实的砂石，可以模拟心墙防渗体的上游材料和下游材料，进而研究在上、下游材料的作用下试样渗透特性的变化规律和上、下游材料对剪切面的愈合作用效果。

为实现上述的研究，本发明人提出了解决方案，并已申请了名称为一种土体圆柱剪切渗透试验装置及测试方法、申请号为201710891349.2的发明专利。该方案可以很好的进行在反滤料(下游材料)的作用下试样渗透特性变化规律的研究，但该试验的土样要经过制样、真空饱和两个步骤才能装到仪器上进行试验，其中间筒状部件既是制样器也是测试仪的组成部分，故每次只能制作一个试样，且要经过长时间真空饱和后才能试验，极大地降低了试验效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种柱剪渗透测试试样的制备方法，以解决现有技术制样效率低问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种柱剪渗透测试试样的制备方法，包括黏土制样和上、下游材料的装填，具体包括以下步骤：

1、一种柱剪渗透测试试样的制备方法，其特征在于：包括黏土制样和上、下游材料的装填，具体包括以下步骤：

1)通过土工试验标准三瓣模将心墙材料围裹固定在十字剪切柱外围，并用击实垫和土工标准击实器将心墙材料夯实，形成标准的圆柱体试样，即黏土试样，在黏土试样两端放置带孔透水石，用饱和器进行饱和处理，所述黏土试样的高度与十字剪切柱的剪切作用段的长度相同；

2)在试样底座内填入下游材料并击实，形成下游材料试样；

3)将上述饱和处理后的黏土试样从三瓣模中取出，叠放于下游材料试样上；

4)在两段试样外用标准承膜筒套上三轴乳胶膜，并在上端作一定长度的预留，然后在乳胶膜外套上土工试验标准对开模，并在对开模外用钢喉箍箍紧；

5)在预留乳胶膜内放入侧限筒，填入上游材料并击实，击实后的上游材料上表面应与侧限筒上边缘平齐，形成上游材料试样。

6)在上游材料上、乳胶膜内放置试样顶帽；

7)松开钢喉箍，拆卸对开模，在乳胶膜两端用乳胶带扎紧，使乳胶膜下端与试样底座外壁紧密贴合、乳胶膜上端与试样顶帽外壁紧密贴合，从而形成密封完整的试样组件。

黏土试样底部设置有防滑结构，

击实过程中，设置有击实垫，

饱和处理时，在圆柱体试样两端设置有带孔透水石。

进一步，所述十字剪切柱包括剪切作用段和设置在剪切作用段两端中心的长方体延长段。

进一步，填充下游材料前，在试样底座中同轴设置有传力杆，所述传力杆下端与驱动机构插入相连，上端与长方体延长段插入相连。

进一步，填充上游材料前，对中固定杆与位于上端的长方体延长段插入相连，其外围设置有成形限位结构。

进一步，所述成形限位结构包括对开模和侧限筒，所述对开模固定在乳胶膜的外围，对试样底座、黏土试样、侧限筒三者起侧限对中的作用，所述侧限筒放置于对开筒内侧且处于乳胶膜的内侧，叠放于黏土试样上。

进一步，根据权利要求1所述的一种柱剪渗透测试试样的制备方法，其特征在于：所述乳胶膜下端套于试样底座的外壁，上端套于试样顶帽的外壁，且两端用乳胶箍箍紧，使乳胶膜与所述外壁均紧密贴合，在乳胶膜的作用下，从试样顶帽往下到试样底座形成了一个密封不透水的整体。

进一步，所述防滑结构包括防滑圈和试样底座上边缘的卡槽，所述防滑圈上设置有多个沿径向延伸的扇形防滑齿，任一所述扇形防滑齿的下方设置有卡齿，所述扇形防滑齿固定于黏土试样内部，所述卡齿突出于黏土试样的下端，与试样底座上边缘的卡槽相对应。

进一步，所述圆柱底座和三瓣模，所述三瓣模可活动地套装于圆柱底座上，所述圆柱底座中心具有长方体延长段过孔。

进一步，所述击实垫为具有剪切作用段过孔的圆柱体。

本发明的有益效果在于：

1、本发明分步进行黏土试样、下游材料试样和上游材料试样的制作，特别是黏土试样是采取土工试验标准的击实器进行制作，制样设备价格低廉，使用成本低，且制样设备与测试装置分离，可以同时制作多个试样并进行饱和，当一个试样做完试验后可以马上换上新的饱和好的试样进行下一个试验，大大地提高了试验效率；

2、本发明的制备方法保证了只对黏土试样进行剪切，可基于只针对心墙防渗体或对心墙防渗体与上、下游材料进行组合情况进行测试；

附图说明

图1为本发明制备方法步骤1的示意图；

图2为本发明制备方法步骤2的示意图；

图3为本发明制备方法步骤3的示意图；

图4为本发明制备方法步骤4的示意图；

图5为本发明制备方法步骤5的示意图；

图6、图7为本发明制备方法步骤6的示意图；

图8为本发明制备方法步骤7的示意图；

图9为本发明制备方法步骤8的示意图；

图10为本发明制备方法步骤9的示意图；

图11为本发明制备方法步骤10的示意图；

图12为本发明制备方法步骤11的示意图；

图13为本发明制备方法步骤12的示意图；

图14为本发明制备方法步骤13的示意图；

图15为本发明制备方法步骤15的示意图；

图16为本发明制备方法步骤16的示意图；

图17为本发明制备方法步骤17的示意图；

图18为本发明制备方法步骤18的示意图；

图19为本发明制备方法步骤19的示意图；

图20为本发明制备方法步骤20的示意图；

图21为本发明制备方法步骤21的示意图。

附图标记说明：

1－圆柱底座；2－击实器底座；3－防滑圈；4－扇形防滑块；5－卡齿；6－卡槽；7－十字剪切柱；8－剪切作用段；9－长方体延长段；10－三瓣模；11－击实垫；12－带孔透水石；13－减速齿轮；14－管路底座；15－试样底座；16－传力杆；17－下游材料；18－对开模；19－对中固定杆；20－侧限筒；21－上游材料；22－试样顶帽；23－剪切作用段过孔；24－扭力底座；25－黏土试样。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的上述描述中，需要说明的是，术语“一侧”、“另一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“相同”等术语并不表示要求部件绝对相同，而是可以存在微小的差异。术语“垂直”仅仅是指部件之间的位置关系相对“平行”而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。

本实施例的一种柱剪渗透测试试样的制备方法，包括以下步骤：

1、如图1所示，将圆柱底座1装入击实器底座2，圆柱底座用于调节三瓣模内部空间的高度，以控制试样高度；

2、如图2所示，安装防滑结构；该结构包括防滑圈3和柱形筒，卡圈上设置有多个沿径向延伸的扇形防滑齿4，任一所述扇形防滑块的下方设置有卡齿5，所述圆柱底座即为柱形筒，在其顶部对应设置有与卡齿相配合的卡槽6，进行试验时，将卡齿卡入试样底座上边缘的卡槽形成固定，防止黏土试样与下游材料试样在接触面上产生转动从而导致不能形成黏土试样内的圆柱剪切面；

3、如图3所示，安装十字剪切柱7，十字剪切柱包括剪切作用段8和设置在剪切作用段两端中心的长方体延长段9，剪切作用段实质为十字形切块，可对试样进行旋转剪切，此时，长方体延长段插入圆柱底座顶部设置的固定孔内形成固定；

4、如图4所示，安装三瓣模10，击实器底座的内壁与三瓣模的外表面形成限位固定，

5、装入黏土材料，用击实垫11和土工标准击实器击实，如图5所示，击实垫上为具有剪切作用段过孔23的圆柱体，圆柱体的外径与三瓣模的内径相匹配，击实垫在锤击过程中，可沿十字剪切柱滑动，且可最大可能的对试样进行夯实，完成后如图6所示；

6、如图7所示，两端放置带孔透水石12，用饱和器进行饱和处理，取下带孔透水石，制成黏土试样25，待用；

7、如图8所示，将减速齿轮13安装至扭力底座24上；

8、如图9所示，将管路底座14安装至扭力底座上；

9、如图10所示，试样底座15安装至管路底座上；

10、如图11所示，安装传力杆16；传力杆的端部为四方头，四方头插入减速齿轮中心上的四方孔，形成力驱动；

11、如图12所示，在试样底座中装填下游材料17并击实；

12、如图13所示，从三瓣模中取出饱和处理后的黏土试样；

13、如图14所示，将黏土试样放置于试样底座上；

14、在试样底座和黏土试样外用标准承膜筒套上三轴乳胶膜，并在上端作一定长度的预留，由于承膜筒为短暂使用的可拆卸的标准配件且三轴乳胶膜为半透明弹性薄膜，故不在图中表示出来。

15、如图15所示，安装对开模18，对开模最后可不取下时为一维压缩状态；

16、如图16所示，安装对中固定杆19，固定在十字剪切柱的上端，防止偏心；

17、如图17所示，安装侧限筒20，用于限制上游材料在轴力作用下的侧向膨胀，使轴力施加于黏土试样顶部；

18、如图18所示，装填上游材料21；

19、如图19所示，放置带孔透水石12；

20、如图20所示，安装试样顶帽22；

21、如图21所示，拆卸对开模，在乳胶膜两端用乳胶带扎紧，完成试样的制备。

分步进行黏土试样、上游材料试样和下游材料试样的制作，特别是黏土试样是采取标准的击实器和饱和器进行制样，且制样设备价格低廉，使用成本低，制样设备与测试装置分离，可以同时制作多个试样并进行饱和，当一个试样做完试验后可以马上换上新的饱和好的试样进行下一个试验，大大地提高了试验效率；

同时，本制备方法保证了只对黏土试样进行剪切，可基于只针对心墙防渗体或针对心墙防渗体及上、下游材料进行组合情的况进行测试。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。