一种混凝土内压应力与水压耦合的试验装置及试验方法与流程

[0001]
本发明涉及一种混凝土内压应力与水压耦合的试验装置及试验方法，属于混凝土实验技术领域。


背景技术：

[0002]
混凝土的抗渗性能是混凝土的一项基本性能，在地下工程或者其它有防渗要求的工程结构中该性能尤为重要。混凝土内部存在一定的压应力，该压应力影响着混凝土的的抗渗性能。
[0003]
为研究混凝土内压应力对其抗渗性能的影响，需进行试验。传统的抗渗试验由于环向环箍力的存在而影响混凝土真实的抗渗性能的测量，虽然利用环向环箍力可以模拟水平压应力与水压力耦合作用下混凝土抗渗性能的研究，但水平压应力与水压力相关，因此不可调整，不便于进行混凝土内压应力改变对抗渗性能影响的研究。


技术实现要素：

[0004]
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种混凝土内压应力与水压耦合的试验装置及试验方法，该装置和方法能明显调节或消除环向环箍力，提高试验效率和精度，使试件在试验过程中的应力和渗水量分布更均匀，客观准确地得到混凝土实际的抗渗能力，同时能够实现对混凝土内压应力大小的控制，方便地达到所需的试验条件，用定量的分析方法研究混凝土内应力对抗渗的影响。
[0005]
为了实现上述目的，本发明提供一种混凝土内压应力与水压耦合的试验装置，包括钢模，钢模内腔与试块锥度相同，还包括混凝土内压应力调节机构；
[0006]
所述的混凝土内压应力调节机构包括钢垫板、螺旋千斤顶、顶板、丝杆、荷载传感器和荷载显示器，钢垫板同轴设置于钢模内部，其上端与螺旋千斤顶的底座下端面连接，螺旋千斤顶的上部为荷载传感器，荷载传感器与荷载显示器连接；钢垫板、螺旋千斤顶和荷载传感器同轴设置；
[0007]
荷载传感器的上端连接顶板，顶板与钢模通过多根丝杆连接，其中，丝杆上端通过螺帽与顶板连接，下端焊接于钢模外壁上。
[0008]
进一步地，所述丝杆为三根，且以钢模轴心为中心环形等距布置。
[0009]
进一步地，所述钢垫板为中部镂空的钢垫圈。
[0010]
与现有技术相比，该试验装置通过设置千斤顶，根据试验水压值计算出所需的加载值，通过旋转螺旋千斤顶增加推力，当到达设定推力值时，停止旋转，方便的达到所需的试验条件，实现了对混凝土内压应力大小的可控；该装置通过顶板与丝杆的配合实现了对钢模内的钢垫板高度的调节，使得钢垫板的下端面在试验时能与试块的上端面紧密接触，从而在抗渗试验过程中对试块顶升起到限位作用，极大地减小甚至消除水平环向压力作用，使试块在试验过程中的应力和渗水量分布更均匀，使渗水液面呈水平线分布，从而客观准确的得到混凝土实际的抗渗能力，提高了试验效度和精度。
[0011]
本发明还提供了一种混凝土内压应力与水压耦合的试验方法，包括如下步骤：
[0012]
s1：确定试验所需的水压p
水压
和混凝土内的压应力σ；
[0013]
s2：根据确定的所需水压p
水压
计算水压力f
水压力
：
[0014]
f
水压力
＝p
水压
×
π
×
d2/4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；
[0015]
式中，d为试块底部直径，p
水压
的单位为n/mm2，f
水压力
的单位为n；
[0016]
s3：根据试验所需混凝土的水平方向压应力来确定水压力f
水压力
与千斤顶推力f
推力
之间的差值f
差值
，即f
差值
＝f
水压力-f
推力
，f
差值
大小通过公式(2)进行计算；
[0017]
f
差值
＝c
×
σ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)；
[0018]
该公式是通过数值模拟计算出的结果拟合的公式，式中，c为混凝土内单位压应力所需f
差值
,单位为mm2；σ为混凝土内的压应力，单位为n/mm2；
[0019]
s4：确定f
差值
的大小后，根据公式(3)计算出千斤顶推力f
推力
；
[0020]
f
推力
＝f
水压力-f
差值
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)；
[0021]
s5：将混凝土试块推入钢模中，并称量混凝土试块和钢模的初始总重量t1；
[0022]
s6：将钢模安装在混凝土抗渗仪的试验平台上，首先施加测试溶液压力至试验所需的水压p
水压
，然后旋转螺旋千斤顶施加推力达到s4公式所计算的f
推力
值，此时混凝土试块内部的水平压应力即可达到试验所需的压应力；
[0023]
s7：保持水压p
水压
和螺旋千斤顶的推力f
推力
值，实现混凝土试块内压应力与水压耦合；
[0024]
s8：达到规定时间后，取下装有试块的钢模，进行总重量t2的称量，并与试验前初始重量t1相减，得到渗入混凝土内总水量的重量t3；
[0025]
s9：利用压力试验机将从钢模中取出的混凝土试块竖向劈开，测量得到渗水高度。
[0026]
作为一种优选，步骤s6中的测试溶液为水。
[0027]
作为一种优选，步骤s6中的测试溶液为盐溶液，在步骤s9中，混凝土试块劈开后沿高度方向取样测试即可得到盐的浓度分布规律及传输速率。
[0028]
该方法快速准确地实现了混凝土内压应力与水压耦合的试验，便于定量分析混凝土内压应力对混凝土抗渗性能的影响，得到混凝土在受到一定压应力状态下实际的抗渗能力，消除工程中渗水的隐患，为工程实例提供了研究方法。
附图说明
[0029]
图1是本发明的结构示意图；
[0030]
图中：1、钢模，2、钢垫板，3、螺旋千斤顶，4、顶板，5、丝杆，6、荷载传感器。
具体实施方式
[0031]
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
[0032]
如图1所示，一种混凝土内压应力与水压耦合的试验装置，包括钢模1，钢模1内腔与试块锥度相同，还包括混凝土内压应力调节机构；
[0033]
所述的混凝土内压应力调节机构包括钢垫板2、螺旋千斤顶3、顶板4、丝杆5、荷载传感器6和荷载显示器，钢垫板2同轴设置于钢模1内部，其上端与螺旋千斤顶3的底座下端面连接，螺旋千斤顶3的上部为荷载传感器6，荷载传感器6与荷载显示器连接；钢垫板2、螺
旋千斤顶3和荷载传感器6同轴设置；
[0034]
荷载传感器6的上端连接顶板4，顶板4与钢模1通过多根丝杆5连接，其中，丝杆5上端通过螺帽与顶板4连接，下端焊接于钢模1外壁上。
[0035]
为了保证对顶板4的承载稳固性，所述丝杆5为三根，且以钢模轴心为中心环形等距布置。
[0036]
为了避免应力集中，所述钢垫板2为中部镂空的钢垫圈。
[0037]
本发明还提供了一种混凝土内压应力与水压耦合的试验方法，包括如下步骤：
[0038]
s1：确定试验所需的水压p
水压
和混凝土内的压应力σ；
[0039]
s2：根据确定的所需水压p
水压
计算水压力f
水压力
：
[0040]
f
水压力
＝p
水压
×
π
×
d2/4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；
[0041]
式中，d为试块底部直径，p
水压
的单位为n/mm2，f
水压力
的单位为n；
[0042]
s3：根据试验所需混凝土的水平方向压应力来确定水压力f
水压力
与千斤顶推力f
推力
之间的差值f
差值
，即f
差值
＝f
水压力-f
推力
，f
差值
大小通过公式(2)进行计算；
[0043]
f
差值
＝c
×
σ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)；
[0044]
该公式是通过数值模拟计算出的结果拟合的公式，式中，c为混凝土内单位压应力所需f
差值
,单位为mm2，根据实验c＝2149mm2；σ为混凝土内的压应力，单位为n/mm2；
[0045]
s4：确定f
差值
的大小后，根据公式(3)计算出千斤顶推力f
推力
；
[0046]
f
推力
＝f
水压力-f
差值
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)；
[0047]
s5：将混凝土试块推入钢模1中，并称量混凝土试块和钢模1的初始总重量t1；
[0048]
s6：将钢模1安装在混凝土抗渗仪的试验平台上，首先施加测试溶液压力至试验所需的水压p
水压
，然后旋转螺旋千斤顶3施加推力达到s4公式所计算的f
推力
值，此时混凝土试块内部的水平压应力即可达到试验所需的压应力；
[0049]
s7：保持水压p
水压
和螺旋千斤顶3的推力f
推力
值，实现混凝土试块内压应力与水压耦合；
[0050]
s8：达到规定时间后，取下装有试块的钢模1，进行总重量t2的称量，并与试验前初始重量t1相减，得到渗入混凝土内总水量的重量t3；
[0051]
s9：利用压力试验机将从钢模1中取出的混凝土试块竖向劈开，测量得到渗水高度。
[0052]
步骤s6中，按照现有混凝土抗渗仪的加压操作规程对测试溶液进行加压。
[0053]
作为一种优选，步骤s6中的测试溶液为水。
[0054]
作为一种优选，步骤s6中的测试溶液为盐溶液；在步骤s9中，混凝土试块劈开后沿高度方向取样测试即可得到盐的浓度分布规律及传输速率。
[0055]
实例分析：
[0056]
利用该装置进行混凝土内压应力与水压耦合试验，试验要求的水压为3.6mpa，混凝土内的压应力为10mpa。
[0057]
计算f
差值
＝2149
×
σ＝2149
×
10＝21490n；
[0058]
此时的水压力为f
水压力
＝3.6
×
π
×
185
×
185/4＝96720n；
[0059]
计算千斤顶推力f
推力
：
[0060]
f
推力
＝f
水压力-f
差值
＝96720-21490＝75230n
[0061]
施加水压到要求压力3.6mpa；逐渐旋转螺旋千斤顶3，f
推力
推力由小到大，达到计算值75230n，停止旋转螺旋千斤顶3，并保持当前推力；到达规定时间后进行渗透情况的测量，如渗水深度、总渗水量、各深度处有害离子含量等。
[0062]
通过本发明，可以定量分析混凝土内压应力对混凝土抗渗性能的影响，得到混凝土在受到一定压应力状态下实际的抗渗能力，消除工程中渗水的隐患，为工程实例提供研究方法和装置。