一种模拟土体在有荷饱和环境中渗流作用的试验装置

1.本技术涉及高液限土在有荷饱和环境中渗流作用的模拟技术领域，具体而言，涉及一种模拟土体在有荷饱和环境中渗流作用的试验装置。


背景技术：

2.常规干湿循环中环刀样加载方式为在环刀样上下各放一块透水石，再施加荷载，但高液限土具有吸湿微膨胀性和脱湿收缩的特性，吸湿和脱湿时，土体在荷载作用下产生一定变形时，荷载直接作用在环刀口上而不是土体本身，更多的力由环刀口承担，因此提出一个更加准确的加载方式亟待解决。与此同时，土体渗流也是影响土体强度改变的重要因素之一。
3.如何发明一种模拟土体在有荷饱和环境中渗流作用的试验装置来改善这些问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.为了弥补以上不足，本技术提供了一种模拟土体在有荷饱和环境中渗流作用的试验装置，旨在改善通过改变水头高度可实现饱和渗流过程及非饱和渗流过程的问题。
5.本技术实施例提供了一种模拟土体在有荷饱和环境中渗流作用的试验装置，包括试验台，所述试验台上开设有三个圆形凹槽，且三个圆形凹槽内均放置有试样筒组件，所述试验台的台面上还设置有三个加载组件，三个所述加载组件与三个所述试样筒组件一一对应设置，且每个所述加载组件均从上方施力按压对应的所述试样筒组件，三个所述试样筒组件均共同连通有给排水组件，所述给排水组件包括给水件和排水件，所述给水件连通于三个所述试样筒组件顶端，所述排水件连通于三个所述试样筒组件底端。
6.在上述实现过程中，优点在于：1.该装置组成简单，拼装便捷，移动方便；2.该装置水头高度可变，可以模拟饱和渗流过程或者非饱和渗流过程，以满足不同的需要；3.该装置饱和渗流过程中水加载直接加于试样上，不会被环刀分担。
7.在一种具体的实施方案中，所有所述试样筒组件均包括筒身、排水管接口、大透水石、环刀、小透水石、顶筒、软橡胶盖、橡胶管接口和橡胶垫片。
8.在上述实现过程中，筒身为钢制圆筒，顶部开口设置。
9.在一种具体的实施方案中，每个所述筒身上端均敞开设置，且每个所述筒身均卡接在对应的圆形凹槽内，每个所述排水管接口分别连通对应的所述筒身底部，所述大透水石、所述环刀、所述小透水石和所述顶筒自下而上填装于所述筒身内，所述大透水石的直径大于所述环刀的直径，所述小透水石的直径小于所述环刀的直径。
10.在上述实现过程中，试样筒组件与试验台利用圆形凹槽拼接，筒身开口设置其内部便于填装各种试验所需要的结构，增加了整体试验所需结构拼接组装的便利性，使得试验开展能够顺利进行。
11.在一种具体的实施方案中，所述顶筒底部插接于所述环刀内，所述顶筒为空心的
圆柱筒，且其环形侧壁和底壁均匀开设有过滤孔，所述橡胶管接口预留在所述顶筒顶侧壁，所述橡胶垫片连接至所述筒身内顶部，且底部与所述顶筒贴合，所述软橡胶盖可拆式封堵于所述筒身上端敞开处，所述橡胶管接口贯穿延伸至所述软橡胶盖外侧。
12.在上述实现过程中，橡胶垫片整体呈环形状设置，且其纵截面为波纹状，利用紧贴于顶筒顶部的橡胶垫片能增加顶筒放置的稳定性。
13.在一种具体的实施方案中，三个所述加载组件均包括固定柱和加载梁以及砝码，三个所述固定柱均固定在所述试验台的台面上，且所述试验台上预留有用于安装所述固定柱的接口。
14.在上述实现过程中，利用试验台上预留有的接口，便于借助外置的螺栓将固定柱进行固定，方便固定柱与试验台的拼装或者拆解。
15.在一种具体的实施方案中，三个所述加载梁分别铰接至对应的所述固定柱的顶端，三个所述砝码分别连接至对应的所述加载梁的外端部，且所述砝码的质量可调，三个所述加载梁的力臂分别压在对应的所述软橡胶盖上。
16.在上述实现过程中，砝码的质量根据需要进行调整放置，便于灵活调整砝码的质量，加载组件根据杠杆原理，通过施加不同的砝码可对试样筒组件顶部施加不同的上覆荷载。
17.在一种具体的实施方案中，所述给水件包括箱体i和箱体ii以及水泵，所述箱体i内底部和所述箱体ii顶部之间连通有供水管道，所述箱体ii侧壁和所述箱体i顶部之间还连通有回流管道，所述水泵安装在所述供水管道上。
18.在上述实现过程中，箱体ii通过螺钉固定在外置的高度可调节且带刻度的铁架上，从而改变水头高度，模拟不同的渗流过程，利用回流管道能使得箱体ii内的水位超出设定范围后就会通过回流管道回流至箱体i内，即流至水源箱内，减少在水泵不停供水的情况下，箱体ii超出水位溢出的概况。
19.在一种具体的实施方案中，所述箱体ii底部连通有注水主橡皮管，所述注水主橡皮管靠近所述箱体ii的位置还连接有节流阀，所述注水主橡皮管上还等间隔连接有三个注水分橡皮管，三个所述注水分橡皮管末端分别与对应的所述橡胶管接口连通。
20.在上述实现过程中，借助注水主橡皮管和三个注水分橡皮管的设置能够使得试验台和箱体ii在一定范围内调节位置，增加了试验操作过程的便利性，利用节流阀能够根据需要控制注水的水流量。
21.在一种具体的实施方案中，所述排水件包括集水槽和排水主橡皮管以及三个排水分橡皮管，三个所述排水分橡皮管的一端分别与对应的所述排水管接口连接，三个所述排水分橡皮管的另一端共同连接至所述排水主橡皮管，所述排水主橡皮管一端为封堵状设置，且其另外一端部与所述集水槽连通。
22.在上述实现过程中，同样，利用排水分橡皮管和排水主橡皮管的配合也能够方便在一定范围内调节集水槽和试验台的相对位置，进一步提升试验过程的便利性，利用集水槽便于收集筒身内排出的水。
23.在一种具体的实施方案中，所述试验台底部四个拐角处还均安装有自锁式万向轮。
24.在上述实现过程中，试验台具体为一块钢板，自锁式万向轮可以选择通过螺钉固
定于试验台底部，方便试验台的位置调节。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
26.图1是本技术实施方式提供的模拟土体在有荷饱和环境中渗流作用的试验装置结构示意图；
27.图2为本技术实施方式提供的试样筒组件结构示意图；
28.图3为本技术实施方式提供的加载组件结构示意图；
29.图4为本技术实施方式提供的给水件结构示意图。
30.图中：10-试验台：20-试样筒组件：21-筒身；22-排水管接口：23-大透水石；24-环刀；25-小透水石；26-顶筒；27-软橡胶盖；28-橡胶管接口：29-橡胶垫片：30-加载组件；31-固定柱：32-加载梁：33-砝码；40-给排水组件；41-给水件：411-箱体i；412-箱体ii；413-水泵；414-供水管道；415-注水主橡皮管；416-注水分橡皮管；417-节流阀；42-排水件；421-集水槽；422-排水主橡皮管；423-排水分橡皮管。
具体实施方式
31.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
32.为使本技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，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方式，都属于本技术保护的范围。
33.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施方式。基于本技术中的实施方式，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方式，都属于本技术保护的范围。
34.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。
35.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶"、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针"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，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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技术的限制。
36.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，
除非另有明确具体的限定。
37.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连"、“连接”、“固定"等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
38.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下"、“下方”和“下面"包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
39.请参阅图1-4，本技术提供一种模拟土体在有荷饱和环境中渗流作用的试验装置，包括试验台10，试验台10上开设有三个圆形凹槽，且三个圆形凹槽内均放置有试样筒组件20，试验台10的台面上还设置有三个加载组件30，三个加载组件30与三个试样筒组件20一一对应设置，且每个加载组件30均从上方施力按压对应的试样筒组件20，三个试样筒组件20均共同连通有给排水组件40，给排水组件40包括给水件41和排水件42，给水件41连通于三个试样筒组件20顶端，排水件42连通于三个试样筒组件20底端。
40.请参阅图1、2，所有试样筒组件20均包括筒身21、排水管接口22、大透水石23、环刀24、小透水石25、顶筒26、软橡胶盖27、橡胶管接口28和橡胶垫片29，其中，筒身21为钢制圆筒。每个筒身21上端均敞开设置，且每个筒身21均卡接在对应的圆形凹槽内，每个排水管接口22分别连通对应的筒身21底部，大透水石23、环刀24、小透水石25和顶筒26自下而上填装于筒身21内，大透水石23的直径大于环刀24的直径，小透水石25的直径小于环刀24的直径，其中，试样筒组件20与试验台10利用圆形凹槽拼接，筒身21开口设置其内部便于填装各种试验所需要的结构，增加了整体试验所需结构拼接组装的便利性，使得试验开展能够顺利进行。
41.顶筒26底部插接于环刀24内，顶筒26为空心的圆柱筒，且其环形侧壁和底壁均匀开设有过滤孔，橡胶管接口28预留在顶筒26顶侧壁，橡胶垫片29连接至筒身21内顶部，且底部与顶筒26贴合，软橡胶盖27可拆式封堵于筒身21上端敞开处，橡胶管接口28贯穿延伸至软橡胶盖27外侧，软橡胶盖27自带有与橡胶管接口28贯穿紧贴的通口，其中，橡胶垫片29整体呈环形状设置，且其纵截面为波纹状，利用紧贴于顶筒26顶部的橡胶垫片29能增加顶筒26放置的稳定性。
42.请参阅图1、3，三个加载组件30均包括固定柱31和加载梁32以及砝码33，三个固定柱31均固定在试验台10的台面上，且试验台10上预留有用于安装固定柱31的接口，其中，利用试验台10上预留有的接口，便于借助外置的螺栓将固定柱31进行固定，方便固定柱31与试验台10的拼装或者拆解。三个加载梁32分别通过销轴铰接至对应的固定柱31的顶端，三个砝码33分别连接至对应的加载梁32的外端部，且砝码33的质量可调，具体的，加载梁32末端底部连接有钢丝绳，钢丝绳底端自带有托板(未图示)，砝码33的缺口处穿过钢丝绳其底端放置在托板上。三个加载梁32的力臂分别压在对应的软橡胶盖27上，砝码33的质量根据
需要进行调整放置，便于灵活调整砝码33的质量，加载组件30根据杠杆原理，通过施加不同的砝码33可对试样筒组件20顶部施加不同的上覆荷载。
43.请参阅图1、4，给水件41包括箱体i 411和箱体ii 412以及水泵413，箱体i 411内底部和箱体ii 412顶部之间通过法兰连通有供水管道414，箱体ii 412侧壁和箱体i 411顶部之间还通过法兰连通有回流管道，水泵413通过法兰安装在供水管道414上，其中，箱体ii 412通过螺钉固定在外置的高度可调节且带刻度的铁架(未图示)上，从而改变水头高度，模拟不同的渗流过程，利用回流管道能使得箱体ii 412内的水位超出设定范围后就会通过回流管道回流至箱体i 411内，即流至水源箱内，减少在水泵413不停供水的情况下，箱体ii 412超出水位溢出的概况。
44.箱体ii 412底部连通有注水主橡皮管415，注水主橡皮管415靠近箱体ii 412的位置还连接有节流阀417，注水主橡皮管415上还等间隔连接有三个注水分橡皮管416，三个注水分橡皮管416末端分别与对应的橡胶管接口28连通，其中，借助注水主橡皮管415和三个注水分橡皮管416的设置能够使得试验台10和箱体ii 412在一定范围内调节位置，增加了试验操作过程的便利性，利用节流阀417能够根据需要控制注水的水流量，同时上述所提到的注水主橡皮管415与注水分橡皮管416为一体成型设置，注水分橡皮管416与橡胶管接口28连通的方式以及注水主橡皮管415与箱体ii 412连接的方式为现有技术，不再阐述。
45.请继续参阅图1，排水件42包括集水槽421和排水主橡皮管422以及三个排水分橡皮管423，三个排水分橡皮管423的一端分别与对应的排水管接口22连接，三个排水分橡皮管423的另一端共同连接至排水主橡皮管422，排水主橡皮管422一端为封堵状设置，且其另外一端部与集水槽421连通，其中，同样，利用排水分橡皮管423和排水主橡皮管422的配合也能够方便在一定范围内调节集水槽421和试验台10的相对位置，进一步提升试验过程的便利性，利用集水槽421便于收集筒身21内排出的水，同时上述所提到的排水主橡皮管422与排水分橡皮管423为一体成型设置，排水分橡皮管423与排水管接口22连通的方式以及排水主橡皮管422与集水槽421连接的方式为现有技术，不再阐述。
46.另外，试验台10底部四个拐角处还均安装有自锁式万向轮，其中，试验台10具体为一块钢板，自锁式万向轮可以选择通过螺钉固定于试验台10底部，方便试验台10的位置调节。
47.该模拟土体在有荷饱和环境中渗流作用的试验装置开展相关试验时，具体步骤或者说工作原理如下：
48.1.制备好原状土样或者重塑土环刀样，依照顺序将大透水石23、环刀24、小透水石25、顶筒26放入筒身21内，用软橡胶盖27封堵住筒身21上部开口处，并使得橡胶管接口28贯穿软橡胶盖27上自带的贯穿孔，将三个注水分橡皮管416一边接通顶筒26上部连通的橡胶管接口28，与三个注水分橡皮管416共同连通的注水主橡皮管415的开口端接通箱体ii 412，将三个排水分橡皮管423分别接通对应的排水管接口22，三个排水分橡皮管423所共同连接的排水主橡皮管422的开口端接通集水槽421；
49.2.将加载梁32的一端铰接于固定柱31的顶部，加载梁32的力臂端顶在筒身21顶部的软橡胶盖27处，通过改变砝码33质量大小实施不同上覆荷载；
50.3.将箱体ii 412调整至目标高度，打开水泵413和节流阀417，试样开始吸水渗流过程；
51.4.待步骤3实施一定渗流时间后，关闭节流阀417，取下三个注水分橡皮管416及排水分橡皮管423以及软橡胶盖27，将试验台10整体放入外置的大鼓风烘箱中进行有荷脱湿过程，完成一次干湿循环。
52.需要说明的是，环刀24、大透水石23、小透水石25、橡胶垫片29、软橡胶盖27、水泵413和节流阀417具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。
53.水泵413和节流阀417的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。
54.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。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。
55.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。