[实用新型]土石坝心墙水力劈裂试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测试土石坝心墙水力劈裂试验装置。 

背景技术

目前，室内测试土石坝心墙水力劈裂常用的模型试验有静力模型试验和离心模型试验。静力模型试验通常包括普通三轴水力劈裂试验和真三轴水力劈裂试验，一般是在圆柱体或者长方体试样中心开孔或者开缝，再通过试样底部往孔或者缝里面注水直到试样被劈开。

采用在试样中心直接开孔进行水力劈裂试验，方法简单，操作方便，运用较多。但是其存在以下一些问题：①首先，在试样中心直接开孔或者开缝，试验过程中，在一定的应力状态下，开孔的变形会对试样的变形和强度产生影响，直接导致土体力学参数的偏差；②再者，从试样底部往开孔或者开缝注水时，在试样底面与压力室底座的接触面处会产生渗流，改变了试验底部边界条件，从而进一步影响试验的变形和强度；③其次，往试样圆柱形开孔注水时产生的径向压力，使试样弦上受拉，沿竖向开裂，这也就是水力劈裂试验中主要表现为竖向裂缝的原因；④此外，根据通常的概念,由于心墙与坝壳堆石的模量差而产生的“拱作用”是可能出现水力劈裂的根本原因之一。根据这一初步的判断,在试样中心开孔然后注水使其产生劈裂的方法并不满足水力劈裂的受力条件。因此,利用这样的试验模拟心墙堆石坝水力劈裂的发生条件和发展过程将具有较大的难度,其相关成果也很难应用于土石坝的工程实践。

利用离心模型试验进行水力劈裂试验,是近年来发展起来的一种试验方法。是利用离心力场和重力场等价的原理,在小比尺模型中再现原型结构物的应力、变形状态。但是，①有研究表明，采用离心试验模拟美国Teton坝破坏的试验时，结果表明心墙并没有发生水力劈裂现象，这与1976年Teton坝蓄水失事的分析结果完全相悖，这表明离心试验结果有时也并不可靠；②在离心试验的实践过程中发现,通过调整土柱侧边接触条件产生的拱作用并不明显,土柱经常不会发生水力劈裂。可见离心试验进行水力劈裂分析，其结果具有不确定性，有时甚至会出现与实际相悖的结论，也不足以利用其对心墙水力劈裂进行判断与预测，在工程运用中有待进一步完善。 

发明内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种土石坝心墙水力劈裂试验装置，满足水力劈裂的受力条件，保证试验结果的真实性和准确性

本实用新型的技术方案为，一种土石坝心墙水力劈裂试验装置，包括压力室、压力室内的用于支撑试样的底座，底座内设有注水孔，所述底座中心设有圆柱形凹槽，圆柱形凹槽的内侧壁设有底座螺纹，所述注水孔的一端延伸至该圆柱形凹槽的底部；所述试验装置还包括置于试样内部并向试样内部注水的注水装置，该注水装置包括中空套筒和套装在套筒内的空心圆柱形构件，所述套筒的外径与圆柱形凹槽的内径一致，并在套筒的侧壁开有套筒喷水孔，套筒底部外壁设有与底座螺纹配合的套筒底部螺纹，而套筒顶部外壁设有套筒顶部螺纹；所述构件的外径与套筒的内径为间隙配合，并在构件的顶部设有可盖装在套筒顶部的帽盖，帽盖在与套筒顶部螺纹对应处设有与套筒顶部螺纹配套的帽盖螺纹，所述帽盖螺纹与套筒顶部螺纹完全旋紧时与套筒喷水孔对应位置的构件外壁设有构件喷水孔。

所述套筒外壁设有月牙形螺纹，一是使土体在压缩过程中产生土拱效应，二是螺纹使得套筒外壁周围土体表面产生微裂隙，为水力劈裂试验的顺利实施提供了重要条件和保障。

所述帽盖顶部为六棱锥，方便装卸，其顶部设计成六凌锥，起到减小顶部竖向压力的作用，防止因竖向压力过大套筒产生弯曲变形导致止水失效。

所述底座圆柱形凹槽的底部设有环形底座凹槽，并在底座凹槽内安装套筒底部密封圈。

所述帽盖置于套筒顶部的位置设有环形帽盖凹槽，并在帽盖凹槽内安装套筒顶部密封圈。

所述圆柱形凹槽的直径为试样直径的1/10-1/5。

所述套筒高度为试样高度的1/2-2/3。

本装置的安装方法如下：

 (1)试验时，先将套筒底部密封圈安装在试样底座凹槽处，再将套筒通过套筒底部螺纹和底座螺纹固定在底座上，然后将中间带孔洞的透水石穿过套筒放置到底座上。

(3)接下来将套筒顶部密封圈安置到帽盖凹槽处，将构件放入套筒内，拧动套筒，拧到一半左右停止拧动，此时套筒喷水孔与构件喷水孔并不重合，套筒喷水孔被构件筒壁挡住，目的是防止制样击实过程中土体挤进套筒喷水孔中。