可控制坡率的斜坡面填筑料水平渗透变形试验装置及方法与流程

本发明涉及土工模型试验领域，具体涉及一种可控制坡率的斜坡面填筑料水平渗透变形试验装置及方法。

背景技术：

目前，随我国水利工程建设的快速发展，堆石坝作为一种可充分利用当地天然材料、能适应不同的地质条件、施工方法比较简便、抗震性能好的坝型而被广泛应用。通常堆石坝都呈上窄下宽的梯形，两侧具有一定的坡率，各层填筑料在填筑过程中也都依据坝体坡率而具有一定的坡度，而在开展原级配填筑料室内水平渗透变形试验时，现有的常规室内渗透变形试验仍存在一定的不足，迎水面只能为垂直断面，而不能做成斜坡，不能反映出实际坝体坡率下填筑料的水平渗透特性。

技术实现要素：

为了克服现有迎水面只能为垂直断面，而不能做成斜坡，不能反映出实际坝体坡率下填筑料的水平渗透特性的问题，本发明提供一种可控制坡率的斜坡面填筑料水平渗透变形试验装置及方法，本发明通过设置坡度控制装置，有效的反映了现场实际大坝坡率条件下填筑料的渗透变形特性；本发明能够控制试样斜坡面坡度，实现各个坡度条件下试验的开展，本装置结构简单且操作方便。

本发明采用的技术方案为：

一种可控制坡率的斜坡面填筑料水平渗透变形试验装置，包括渗透仪和坡度控制装置，所述的坡度控制装置设在渗透仪内，所述的坡度控制装置用于模拟不同坡度。

所述的渗透仪至少包括渗透仪箱体、箱体盖板、渗透仪出水口、渗透仪进水口和排气孔；所述的箱体盖板位于渗透仪箱体顶部，所述的排气孔设在箱体盖板上，所述的渗透仪出水口位于渗透仪箱体上部一侧，所述的渗透仪进水口位于渗透仪箱体底部，且远离渗透仪出水口；所述的渗透仪箱体外表面上设有箱体肋板。

所述的渗透仪出水口处设有法兰接头。

所述的坡度控制装置至少包括拼接式箱顶滑动轨道、轨道固定滑块、可伸缩轨道、拼接式箱底滑动轨道、钢板和透水钢板；所述的拼接式箱顶滑动轨道和拼接式箱底滑动轨道分别置于渗透仪箱体的箱顶和箱底；所述的可伸缩轨道上端与拼接式箱顶滑动轨道上对应的轨道固定滑块连接，可伸缩轨道下端与拼接式箱底滑动轨道上对应的轨道固定滑块连接，所述的可伸缩轨道为多条；所述的钢板设在可伸缩轨道中用来装填隔档具有坡率的填筑料；所述的透水钢板固定在凌空面处的可伸缩轨道中用来固定坡面。

所述的箱底处的拼接式箱底滑动轨道通过固定钢块固定。

所述的箱顶处的拼接式箱顶滑动轨道通过固定螺栓固定在箱壁伸出的箱体肋板上。

所述的拼接式箱顶滑动轨道和拼接式箱底滑动轨道尺寸根据渗透仪的渗透仪箱体尺寸相匹配。

一种可控制坡率的斜坡面填筑料水平渗透变形试验方法，具体步骤如下：

步骤1，组装坡度控制装置，并可根据试验需要在箱体内设置多组可伸缩轨道；

步骤2，固定坡度，通过调节顶部滑块和底部滑块的位置控制对应的一组伸缩轨道的坡率；其余多组伸缩轨道的坡度固定方法一致；

步骤3，装填试样，

填料时沿箱体高度方向分层填筑；将坡度确定好的多组伸缩轨道固定在装填试样的位置，伸缩轨道从右到左依次进行编号，编号从1-n；然后进行第一层的试样填充，首先在第一条伸缩轨道内放置钢板用于装填试样时挡住试样，试样装填完成后抽出钢板，然后在第二条伸缩轨道内放置钢板用于装填试样时挡住试样，试样装填完成后抽出钢板，依次类推，对第n条伸缩轨道内放置钢板用于装填试样时挡住试样，最后临空面的第n条轨道不取出钢板，完成第一层的试样填充；然后进行第二层的装填，在第二层处的第一条伸缩轨道内放置钢板并装填试样，试样装填完成后抽出钢板，然后进行第二条伸缩轨道的第二层填装，依次完成第n条伸缩轨道的第二层填装，最后临空面的第n条轨道不取出钢板；按照上述填装进行后续多层填装，直至全部填装完成；

步骤4，试验准备，

试样装填完成后，将第n条伸缩轨道上的钢板换成透水钢板；拆掉拼接式箱顶滑动轨道，通过固定螺栓固定箱体盖板。

所述的试样为填筑料，每条伸缩轨道两侧可采用的不同的填筑料。

本发明的有益效果为：

本发明通过设置坡度控制装置，反映现场实际大坝坡率条件下填筑料的渗透变形特性；本发明能够控制试样斜坡面坡度，实现各个坡度条件下试验的开展，装置简单，操作方便。

以下将结合附图进行进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的正视剖面结构示意图。

图2是本发明的俯视图。

图3是本发明的侧视剖面结构示意图。

图4a是本发明的第一层填筑料15-1装填示意图。

图4b是本发明的第一层填筑料15-2装填示意图。

图4c是本发明的第一层填筑料15-3装填示意图。

图4d是本发明的第二层填筑料15-1装填示意图。

图5是本发明试样制备完成示意图。

图中，附图标记为：1、渗透仪箱体；2、拼接式箱顶滑动轨道；3、轨道固定滑块；4、可伸缩轨道；5、拼接式箱底滑动轨道；6、箱体肋板7、固定钢块；8、固定螺栓；9、箱体盖板；10、渗透仪出水口；11、渗透仪进水口；12、钢板；13、法兰接头；14、透水钢板；15、填筑料；16、排气管。

具体实施方式

实施例1：

为了克服现有迎水面只能为垂直断面，而不能做成斜坡，不能反映出实际坝体坡率下填筑料的水平渗透特性的问题，本发明提供如图1-5所示的一种可控制坡率的斜坡面填筑料水平渗透变形试验装置及方法，本发明通过设置坡度控制装置，有效的反映了现场实际大坝坡率条件下填筑料的渗透变形特性；本发明能够控制试样斜坡面坡度，实现各个坡度条件下试验的开展，本装置结构简单且操作方便。

一种可控制坡率的斜坡面填筑料水平渗透变形试验装置，包括渗透仪和坡度控制装置，所述的坡度控制装置设在渗透仪内，所述的坡度控制装置用于模拟不同坡度。

本装置结构简单且操作方便。本发明通过设置坡度控制装置，能够控制试样斜坡面坡度，实现各个坡度条件下试验的开展。

实施例2：

基于实施例1的基础上，本实施例中，优选的，所述的渗透仪至少包括渗透仪箱体1、箱体盖板9、渗透仪出水口10、渗透仪进水口11和排气孔16；所述的箱体盖板9位于渗透仪箱体1顶部，所述的排气孔16设在箱体盖板9上，所述的渗透仪出水口10位于渗透仪箱体1上部一侧，所述的渗透仪进水口11位于渗透仪箱体1底部，且远离渗透仪出水口10；所述的渗透仪箱体1外表面上设有箱体肋板6。

优选的，所述的渗透仪出水口10处设有法兰接头13。

优选的，所述的坡度控制装置至少包括拼接式箱顶滑动轨道2、轨道固定滑块3、可伸缩轨道4、拼接式箱底滑动轨道5、钢板12和透水钢板14；所述的拼接式箱顶滑动轨道2和拼接式箱底滑动轨道5分别置于渗透仪箱体1的箱顶和箱底；所述的可伸缩轨道4上端与拼接式箱顶滑动轨道2上对应的轨道固定滑块3连接，可伸缩轨道4下端与拼接式箱底滑动轨道5上对应的轨道固定滑块3连接，所述的可伸缩轨道4为多条；所述的钢板12设在可伸缩轨道4中用来装填隔档具有坡率的填筑料15；所述的透水钢板14固定在凌空面处的可伸缩轨道4中用来固定坡面。

本发明中，透水钢板14可固定在可伸缩轨道4中用来固定坡面，确保开展渗透变形试验时试样坡面的稳定性。

本发明中可伸缩轨道4为现有结构，本发明中将不再进行进一步的说明。可伸缩轨道4长度可调节，根据坡度要求不相同，调整长度，保证坡度的精确性。可伸缩轨道4呈空心的框体状，钢板12沿着可伸缩轨道4的倾斜面插在框体空心内。钢板12与渗透仪箱体1前后两个侧面接触连接，将渗透仪箱体1箱体进行了分隔。

拼接式箱顶滑动轨道2和拼接式箱底滑动轨道5为现有轨道，本发明中将不再进行进一步的描述。

优选的，所述的钢板12的高度为渗透仪箱体高度的1/10。

优选的，所述的箱底处的拼接式箱底滑动轨道5通过固定钢块7固定。

优选的，所述的箱顶处的拼接式箱顶滑动轨道2通过固定螺栓8固定在箱壁伸出的箱体肋板6上。

优选的，所述的拼接式箱顶滑动轨道2和拼接式箱底滑动轨道5尺寸根据渗透仪的渗透仪箱体1尺寸相匹配。

本发明中，坡度控制装置组装具体过程为：

如图1、图2和图3所示，根据箱体尺寸，确定各长度组合的拼接式箱顶滑动轨道2和拼接式箱底滑动轨道5，确定可伸缩轨道4伸缩节数。在坡面两侧的箱底处放置拼接式箱底滑动轨道5并用固定钢块7固定，与拼接式箱底滑动轨道5对应的箱顶处放置拼接式箱顶滑动轨道2并用固定螺栓8固定，将可伸缩轨道利用轨道固定滑块3固定在箱顶滑动轨道2和箱底滑动轨道5之间，同时可根据试验需要在箱体内设置多组轨道固定滑块3和可伸缩轨道4，轨道固定滑块3分为顶部滑块3-1和底部滑块3-2。可伸缩轨道4内壳插入钢板12，钢板12卡在渗透仪箱体1的前后两个侧壁上，用来分隔每条可伸缩轨道4两侧的填筑料15。

一种可控制坡率的斜坡面填筑料水平渗透变形试验方法，具体步骤如下：

步骤1，组装坡度控制装置，并可根据试验需要在箱体内设置多组可伸缩轨道4；

步骤2，固定坡度，通过调节顶部滑块3-1和底部滑块3-2的位置控制对应的一组伸缩轨道4的坡率；其余多组伸缩轨道4的坡度固定方法一致；

步骤3，装填试样，

填料时沿箱体高度方向分层填筑；将坡度确定好的多组伸缩轨道4固定在装填试样的位置，伸缩轨道4从右到左依次进行编号，编号从1-n；然后进行第一层的试样填充，首先在第一条伸缩轨道4内放置钢板12用于装填试样时挡住试样，试样装填完成后抽出钢板12，然后在第二条伸缩轨道4内放置钢板12用于装填试样时挡住试样，试样装填完成后抽出钢板12，依次类推，对第n条伸缩轨道4内放置钢板12用于装填试样时挡住试样，最后临空面的第n条轨道不取出钢板12，完成第一层的试样填充；然后进行第二层的装填，在第二层处的第一条伸缩轨道4内放置钢板12并装填试样，试样装填完成后抽出钢板12，然后进行第二条伸缩轨道4的第二层填装，依次完成第n条伸缩轨道4的第二层填装，最后临空面的第n条轨道不取出钢板12；按照上述填装进行后续多层填装，直至全部填装完成；

步骤4，试验准备，

试样装填完成后，将第n条伸缩轨道4上的钢板换成透水钢板14；拆掉拼接式箱顶滑动轨道2，通过固定螺栓7固定箱体盖板9。

优选的，所述的试样为填筑料15，每条伸缩轨道4两侧可采用的不同的填筑料15。

本发明中，将坡度确定好的伸缩轨道4固定在装填试样的位置，在伸缩轨道4内放置钢板12，用于装填试样时挡住试样，试样装填完成后抽出钢板（12），倾斜设置的钢板12的竖直高度至多为渗透仪箱体高度的1/10，分层装样时，放置钢板12的高度控制在每层试样高度的2倍为宜。

如图4a、4b、4c、4d和图5所示，当填筑料15按坡率分为多级填筑料，填料时仍沿箱体高度方向分层填筑，第一层填筑料15-1装填完成后，装填第一层填筑料15-2，以此类推，直至第一层填筑料装填完成，再装填第二层填筑料15-1，15-2，15-3…，依次类推。直至填筑料15全部装填完成。试样装填完成后，凌空面处的伸缩轨道4中钢板12更替为透水钢板14，在起固定坡面作用的同时可保证水流无阻通过。拆掉拼接式箱顶滑动轨道2，利用固定螺栓7固定箱体盖板9。本发明其通过设置坡度控制装置，可反映现场实际大坝坡率条件下填筑料的渗透变形特性；该装置能够控制试样斜坡面坡度，实现各个坡度条件下试验的开展，装置简单，操作方便。

以上举例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本发明中未详细描述的装置结构及其方法步骤均为现有技术，本发明中将不再进行进一步的说明。