粘性土大型三轴试样固结装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及土木水利工程试验技术领域，尤其涉及粘性土大三轴试样固结装置及其方法。
【背景技术】
[0002]土石坝由于能够适应复杂的地质条件和抗震能力强，在水利工程中得到广泛应用。高土石坝由于坝高库水容量大，一旦失事，将产生灾难性的后果。粘土心墙是土石坝稳定的重要组成部分，因此在设计和分析过程中需要对其开展大量的试验研究，以其更多的了解其静力和动力特性。研究过程中一般采用三轴试验的方法，首先根据实际工程要求制备相应密度的饱和试样，然后在设定的试验围压条件下进行试样固结，最后根据试验条件施加相应的静动应力，获得试样的静动力模型参数。
[0003]目前，室内试验中三轴试样的固结常采用的是加压固结的方法，或者在三轴试样四周贴滤纸等材料来增加三轴试样的排水通道以期降低固结时间，但这种处理方式效果并不明显，特别是当三轴试样尺寸较大时。试样的固结过程占据了整个试验的大部分时长，大大降低了试验的效率，增加了试验成本。
[0004]电渗法最大的特点是排水速率与渗透系数无关，仅仅与电渗渗透系数有关，而电渗渗透系数与土颗粒粒径无关，无论是渗透性良好的细沙还是渗透性很差的黏土，都能取得较好的效果，尤其是渗透系数小的材料，电渗法的优势较为明显，能使高含水率、低渗透性的软粘土快速排水固结。而且电渗固结也是在保持土体总应力不变的情况下通过产生负的超静孔压来提高有效应力，对试验本身不会造成影响。
[0005]在本发明之前，中国专利(专利号:ZL200910183525.2)公开了一种掺砾料大三轴试验电渗固结方法，该装置在三轴试样两端面安放电极板进行电渗，正负电极间的距离为整个三轴试样的高度，当三轴试样尺寸较大时，固结时间仍然较长，此外导线与电极板采用缠绕连接，操作不方便，并且导电稳定性难以保证。
[0006]专利“一种土体的快速三轴固结剪切试验方法(专利号:ZL200810243976.6)”改进了常规三轴试验的制样方法，采取在圆柱形三轴试样中心设置圆柱形砂芯的方法来加快三轴试样的的固结排水，为了减少影响，砂芯直径不能太大，采用该方法后三轴试样的固结时间虽然能够有所降低，但当三轴试样尺寸较大时，固结时间仍然较长。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种粘性土大型三轴试样固结装置及使用方法，完成粘性土大型三轴试样的固结。
[0008]本发明的技术方案是:
一种粘性土大型三轴试样固结装置，包括三轴试样(11)、底座(1)、顶盖(9)、电极
(12)、直流电源(8)、底透水板(4)、顶透水板(6)和绝缘组合板(3)，顶盖(9)、顶透水板
(6)、三轴试样(11)、底透水板(4)、底座(I)从上到下依次设置，且顶透水板(6)与顶盖(9)之间、底透水板(4)与底座(I)之间均设置有绝缘组合板(3);在三轴试样(11)四周等间距布置负极电极(122 )，在三轴试样(11)中轴线布置正极电极(121)，负极电极(122 )与三轴试样(11)底部的底透水板(4)连接，底透水板(4)通过绝缘组合板(3)中安装的触头(16)与直流电源(8) 极连通，正极电极(121)与顶透水板(6)连接，顶透水板(6)通过绝缘组合板(3)中安装的触头(16)与直流电源(8) “ + ”极连通。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述的绝缘组合板(3)包括绝缘板(18)以及触头
(16)，绝缘板(18)沿中部开设中心孔(19)，触头(16)安装在中心孔中，且绝缘板(18)的板面均勾布置直径不大于5_的透水孔(20)。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述的触头(16)为弹性触头，包括触头a、触头b以及连接在触头a、触头b之间的弹簧(17);所述弹簧(17)处于压缩状态时，弹性触头的厚度小于绝缘板(18)的厚度，而弹簧(17)处于自由伸展状态时，弹性触头的厚度大于绝缘板(18)的厚度。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述的底透水板(4)四周有用于负极电极(122)插入的插槽(13)，并沿板面均匀布置直径不大于5mm的透水孔(20)。
[0012]根据权利要求2所述的一种粘性土大型三轴试样固结装置，其特征在于:所述的顶透水板(6)沿板面均匀布置直径不大于5mm的透水孔(20)。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述的顶透水板(6)和底透水板(4)采用铝合金，绝缘板(18 )采用ABS塑料，正极电极(121)和负极电极(122 )采用紫铜片。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述的三轴试样顶盖(9)中心有一圆孔，内置橡胶垫(2)，橡胶垫(2)外侧有一金属垫片(15)，通过导线(7)穿过橡胶垫(2)与直流电源(8)连接，金属垫片(15)尺寸小于橡胶垫(2)尺寸；且金属垫片(15)与触头(16)相触。
[0015]作为本发明的进一步改进，所述的三轴试样底座(I)中心有一圆孔，内置橡胶垫
(2)，橡胶垫(2)外侧有一金属垫片(15)，通过导线(7)穿过橡胶垫(2)与直流电源(8)连接，金属垫片(15)尺寸小于橡胶垫(2)尺寸；且金属垫片(15)与触头(16)相触。
[0016]一种基于上述的粘性土大型三轴试样固结装置的粘性土大型三轴试样固结方法，包括以下步骤:
(1)在底座(I)上依次放置绝缘组合板(3)、底透水板(4 )和滤纸(5 );
(2)在底座(I)中心插入正极电极(121)，采用分层击实的方式制作三轴试样(11)，制备完成后沿轴线方向在三轴试样底透水板(4)四周插槽(13)内插入负极电极(122);
(3)将制备好的三轴试样(11)装入大型三轴仪(10)的压力室，在三轴试样(11)顶部依次放置滤纸(5 )、顶透水板(6 )、绝缘组合板(3 )和顶盖(9 );
(4 )给三轴试样(11)施加一定的围压，打开排水阀(14 );
(5)开启直流电源(8)开关，三轴试样(11)发生固结。
[0017]本发明的优点和效果在于:
(I)电极布置于三轴试样中，正负电极间的距离为三轴试样的半径，与电极布置于三轴试样两端面相比，仅为其电极间距离的1/4，大大加快了饱和固结速度，缩短了固结时间。
[0018](2)电极材料选用紫铜，导电性能良好，同时具有良好的塑形，避免了电极对三轴试样的变形的干扰。
[0019](3)在三轴试样透水板与顶盖和底座之间设置绝缘板，避免了三轴试样固结过程中发生漏电和短路事故。
[0020](4)在底座和顶盖中心位置设置橡胶垫，避免了三轴试样固结过程中发生漏电和短路事故。
[0021](5)导线与透水板间通过绝缘组合板中心弹簧、触头压触式连接，操作方便，安全可靠。
【附图说明】
[0022]图1本发明的整体结构示意图；
图2图1中局部A位置放大图；
图3图1中沿B-B线剖面图；
图4图1中绝缘组合板的放大图；
图5图1中顶透水板的放大图；
图6图1中底透水板的放大图；
图中:1、底座，2、橡胶垫，3、绝缘组合板，4、底透水板，5、滤纸，6、顶透水板，7、导线，8、直流电源，9、顶盖，10、三轴仪，11、三轴试样，121、正极电极，122、负极电极，13、插槽，14、排水阀，15、金属垫片，16、触头，17弹簧，18、绝缘板，19、中心孔，20、透水孔。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细描述。本发明的保护范围并不以【具体实施方式】为限，而是由权利要求加以限定。
[0024]本发明所述的粘性土大型三轴试样固结装置，包括三轴试样11、底座1、顶盖9、电极12、直流电源8、底透水板4、顶透水板6和绝缘组合板3，顶盖9、顶透水板6、三轴试样
11、底透水板