一种测量尾矿材料力学性质的三轴流变实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测量尾矿材料力学性质的三轴流变实验装置，属于矿山岩土工程技术领域。
【背景技术】
[0002]随着现代土木工程愈来愈多样化、复杂化、大型化，对岩土工程学科提出了更高的要求。虽然土力学经过近百年的发展，已取得长足的进步。许多理论还是沿用了连续介质力学理论，没能很好地解决实际工程问题，因此考虑土体多孔介质特性，开展相关力学理论的研宄很为必要。另外由于土体的复杂性，抗剪强度参数取值和一些土压力计算方法出现多样性，不能选取准确的参数和计算方法会造成安全隐患和经济损失，因此通过考虑土体本身的特性，研宄这些抗剪强度指标之间的关系以及土压力计算方法差异的原因尤为迫切。本文研宄了不固结不排水、固结不排水和固结排水三种不同的强度指标，并通过考虑物理性质指标，探索了三种参数之间的大小和关系。为工程中选用参数时提供参考。基于土的物理指标一一孔隙率，提出了新的有效应力原理，并推导了考虑孔隙率的II 1t固结方程，使公式更符合土的实际情况。基于土的物理指标一一渗透系数，提出了新的水-土计算方法。这使土压力的计算公式更为合理。基于土的物理性质，开展相关力学性质和理论研宄，不仅具有很高的理论意义，也有很大的工程应用前景。
[0003]尾矿库是矿山企业最大的环境保护工程项目。可以防止尾矿向江、河、湖、海沙漠及草原等处任意排放。一个矿山的选矿厂只要有尾矿产生，就必须建有尾矿库。所以说尾矿库是矿山选矿厂生产必不可少的组成部分。尾矿坝作为整个矿山企业最大的人造危险源，其安全性对矿区人民的生命、财产以及社会的安全稳定造成了严重影响，引起了社会各界的高度重视。但由于外界环境的干扰性、传感器的局限性、监测手段的不完善性以及坝体结构的动态变化性等因素的影响，使得监测信息和风险模态信息常常是不完备的，且具有随机、模糊、不完整等不确定性，进而造成了两者间映射关系的复杂多变性，严重制约了监测系统的评估功效。因此，如何对坝体的监测信息和风险模态信息进行不确定性分析，建立两者间的复杂多变性映射关系是解决评估效果差、评估难问题的关键。
[0004]所以本发明设计了一种测量尾矿材料力学性质的三轴流变实验装置，本装置可模拟在各种情况下，开展恒定围压、轴压和非恒定围压、非恒定轴压下的流变实验；同时，可以开展“排水”和“不排水”条件下尾矿材料的三轴流变实验。另外，本装置通过竖直隔水板装置，把充水容腔分为两个部分，容腔一边连接加压活塞，另一遍连接土样，靠加压活塞给水体施加压力，水压和大气压力把水压向土样，以保持或增大围压。这样获得的压力更加“安全”、“稳定”、“持久”，且能节省大量水资源。因此，本发明装置不仅节省水资源，还大大提高了所测尾矿材料流变参数的可靠性和准确性。从而为矿山尾矿坝坝体的稳定性研宄提供更可靠的流变参数。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种测量尾矿材料力学性质的三轴流变实验装置，该装置可以针对矿山尾矿坝的尾矿材料及土样开展室内的三轴流变实验研宄，以获取更接近于土体实际的力学特性，也可通过此装置寻找到土样中的相对弱面，测得相对弱面的强度值，以更准确的获取土体的流变力学参数。
[0006]本发明所述三轴流变实验装置，包括压力杆1、加压板2、固定橡皮塞3、上部承压钢筒4、上隔水板5、竖直隔水板6、承压板7、加压活塞8、加压杆9、橡皮膜10、加密铁丝网
11、下隔水板12、孔隙水排水连接管13、排水管钉14、测压管钉15、孔隙水测压连接管16、注水管钉17、围压测压管18、排水管19、孔隙水排水管20、注水管21、孔隙水测压管22、容器底板23，压力杆I依次穿过加压板2、上部承压钢筒4与承压板7连接；加压板2上对称设有两个加压杆9，两个加压杆9均穿过上部承压钢筒4与加压活塞8连接；上部承压钢筒4的内部设有竖直隔水板6，竖直隔水板6与上部承压钢筒4的顶部相连，与下部承压钢筒25的底部相离；加压活塞8镶嵌于上部承压钢筒4与竖直隔水板6之间，将上部承压钢筒4与竖直隔水板6之间的间隙分隔为加压容腔29和充水容腔30 ;上部承压钢筒4和下部承压钢筒25可拆卸连接，下部承压钢筒25位于容器底板23上；橡皮膜10的上端固定有上隔水板5，上端固定有下隔水板12，承压板7位于上隔水板5的上面，橡皮膜10的下面固定在下部承压钢筒25上，橡皮膜10位于竖直隔水板6内部；下部承压钢筒25的底部与围压测压管18、排水管19、注水管21连通，孔隙水排水管20、孔隙水测压管22穿过下部承压钢筒25与橡皮膜10连通；围压测压管18和孔隙水测压管22上均设有压力表28。
[0007]本发明所述三轴流变实验装置还包括加压装置，加压装置包括气压输入口 I 33、气压输入口 II 34、玻璃罩I 35、玻璃罩II 36、液压隔水板I 37、液压隔水板II 38，玻璃罩
I35位于玻璃罩II 36的内部，玻璃罩I 35的上端设有气压输入口 I 33，玻璃罩II 36的上端设有气压输入口 II 34 ;玻璃罩I 35的内部设有液压隔水板I 37，在压力作用下液压隔水板I 37可沿玻璃罩I 35的内壁上下滑动，液压隔水板I 37与压力杆I的上端接触；玻璃罩II 36的内部设有液压隔水板II 38，在压力作用下液压隔水板II 38可沿玻璃罩II 36的内壁上下滑动，玻璃罩II 36与加压板2接触。
[0008]本发明所述加压杆9、压力杆I与上部承压钢筒4通过固定橡皮塞3连接。
[0009]本发明所述上部承压钢筒4和下部承压钢筒25连接处设有隔水塞26 ;排水管19、注水管21、孔隙水排水管20上均设有阀门27。
[0010]本发明所述下部承压钢筒25的底部为加密铁丝网11。
[0011]本发明所述孔隙水排水连接管13与孔隙水排水管20相连，排水管钉14与排水管19相连，测压管钉15与围压测压管18相连，孔隙水测压连接管16与孔隙水测压管22相连，注水管钉17与注水管21相连；排水管19穿过隔水板排水口 31与排水管钉14相连、孔隙水测压连接管16穿过隔水板测压口 32与孔隙水测压管22相连；注水管钉17、排水管钉14和测压管钉15，三个管钉的下部呈“尖状”结构，管钉长度超出下部承压钢筒25。
[0012]本发明所述上隔水板5、承压板7、橡皮膜10、下隔水板12、排水管钉14、测压管钉
15、注水管钉17、下部承压钢筒25等组成试样容器装置。在试样容器装置的下部承压钢筒25设置了凹凸槽，以便在流变实验过程中固定橡皮膜10，防止橡皮膜10的滑动；另外，在下部承压钢筒25的底部设置了注水管钉17，排水管钉14，测压管钉15，三个管钉固定于下部承压钢筒25上，三个管钉的下部呈“尖状”结构且“长出”下部承压钢筒25，同时注水管钉17，排水管钉14，测压管钉15都是各自连通的，注水管钉17，排水管钉14，测压管钉15的作用在于:第一，能测定充水容腔30中的水压并进行充、放水；第二，三个管钉的下部“长出”承压钢筒16的目的在于保证实验过程中注水管钉17，排水管钉14，测压管钉15不脱离容器底板23的连通孔，以防止充水容腔30的水渗出；第三，三个管钉的下部呈“尖状”结构的目的是为了在安装橡皮膜10时，便于戳破与注水管钉17，排水管钉14，测压管钉15位置相对应的橡皮膜10，以便于与下部容器底板23连通。
[0013]本发明所述加压板2、上部承压钢筒4、竖直隔水板6、加压活塞8、加压容腔29、充水容腔30等组成水加压装置；加压板2中间开一个小孔，可让压力杆I和玻璃罩II 35无摩擦通过；实验时，首先，从施压装置获得压力，从而推动加压板2，然后，由加压板2带动加压活塞8对上部承压钢筒4、下部承压钢筒25中的水进行压缩，使水体在压力下绕过竖直隔水板6，并且充满土样周围的空间，随着加压板2上压力的增大，围压相应增大从而对三轴流变实验施加不同压力的稳定围压。
[0014]本发明所述压力杆1、上隔水板5、承压板7等组成轴向加载装置；在实验过程中，先将上隔水板5放于实验的土样上，之后将承压板7放置于上隔水板9之上，最后将压力杆I穿过上部承压钢筒4和加压杆I的预留孔并与承压板13连接起来，然后从施压装置获得压力，从而推动压力杆I。本装置是通过对压力杆对土样施加不同的稳定轴压。
[0015]本发明所述隔水板测压口 32、气压输入口 I 33、气压输入口 II 34、玻璃罩I 35、玻璃罩II 36等组成施压装置。首先，从气压输入口 I 33玻璃罩I 35内压入气体，使得其内部油品内压增大从而使液压隔水板II 38推动压力杆I ;其中液压隔水板II 38和液压隔水板I 39两端设计为“T”型，并且两端与玻璃罩紧密接触，可以用来稳固压力杆I和加压板2，还可以在推动液压隔水板II 38和液压隔水板I 39时防止油品渗出。
[0016]本发明所述固定橡皮塞3、加密铁丝网11、下隔水板12、围压测压管18、排水管19、孔隙水排水管20、注水管21、孔隙水测