[发明专利]一种三轴试验中模拟降雨湿化的试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种三轴试验中模拟降雨湿化的试验装置，其特征在于，该试验装置包括三轴试验仪和外置供水装置及控制系统；

所述三轴试验仪包括压力室、橡胶模、三轴试样体和三轴仪控制系统，所述压力室底部设置有进出水控制阀，所述压力室顶部穿设有加载杆，所述橡胶模用于包裹所述三轴试样体放置在所述压力室内且位于所述加载杆正下方；

所述三轴试样体包括圆柱土样、三轴试样顶帽、微孔均匀布水装置、土工织物、第一滤纸、第二滤纸和透水石，所述圆柱土样顶部设置所述三轴试样顶帽，所述圆柱土样与所述三轴试样顶帽之间放置所述第一滤纸和微孔均匀布水装置，所述微孔均匀布水装置与所述三轴试样顶帽之间设置所述土工织物，所述圆柱土样的底部固定设置所述第二滤纸和透水石，所述三轴试验仪底部开设有一个以上的试样排水孔，所述圆柱土样中的水通过所述试样排水孔经试样排水管路排放到所述压力室外部，每一所述试样排水管路的外端部固定设置有试样排水阀，所述三轴仪控制系统用于控制所述压力室的压力及加载杆的加卸载；其中，所述微孔均匀布水装置采用与所述三轴试样顶帽大小相同的圆柱，所述微孔均匀布水装置顶部开设有凹槽成为储水空腔，所述储水空腔的底部均匀设置有大小相同的微孔；

所述外置供水装置及控制系统包括水箱、伺服电机、活塞、滚珠丝杠和计算机，所述水箱内滑动插设所述活塞，所述活塞的外端部固定连接所述滚珠丝杠，所述伺服电机的输出端固定连接所述滚珠丝杠，所述水箱的出水口通过出水管路进入所述压力室连接所述三轴试样顶帽的进水口，所述出水管路上设置有顶帽进水控制阀，所述计算机通过控制所述伺服电机工作进而模拟不同降雨条件。

2.如权利要求1所述的一种三轴试验中模拟降雨湿化的试验装置，其特征在于，所述三轴试样顶帽采用圆柱，所述三轴试样顶帽顶部设置有用于接触所述加载杆的定位槽，所述三轴试样顶帽一侧贯穿设置有进水通孔，所述三轴试样顶帽下部设置有用于容纳所述土工织物的空腔，所述三轴试样顶帽底部周向还设置有若干个螺丝孔。

3.如权利要求2所述的一种三轴试验中模拟降雨湿化的试验装置，其特征在于，所述微孔均匀布水装置的顶部还设置有一用于放置O型密封圈的环形密封槽沟，对应于所述三轴试样顶帽的螺丝孔的位置，所述微孔均匀布水装置外周对应间隔设置有若干螺丝通孔。

4.如权利要求3所述的一种三轴试验中模拟降雨湿化的试验装置，其特征在于，所述储水空腔内还间隔设置有若干承压凸起。

5.如权利要求3所述的一种三轴试验中模拟降雨湿化的试验装置，其特征在于，每一所述微孔的直径≤0.2mm。

6.一种三轴试验中模拟降雨湿化的试验方法，其特征在于包括以下内容：

1)制备三轴试样体，具体过程为：

按照预设密度制作圆柱土样，圆柱土样上方依次放置第一滤纸、微孔均匀布水装置、土工织物和三轴试样顶帽，并将微孔均匀布水装置与三轴试样顶帽进行密封，圆柱土样下方依次放置第二滤纸和透水石，并采用橡胶模包裹三轴试样体，其中，微孔均匀布水装置采用与三轴试样顶帽大小相同的圆柱，微孔均匀布水装置顶部开设有凹槽成为储水空腔，储水空腔的底部均匀设置有大小相同的微孔；2)将三轴试样体放置在压力室，并使压力室的加载杆接触三轴试样体的三轴试样顶帽顶部；

3)将外置供水装置及控制系统的水箱通过出水管路连接到三轴试样顶帽的进水口；

4)打开压力室的进出水控制阀向压力室注水，当压力室充满水后关闭进出水控制阀，按照试验方案，通过三轴仪控制系统调节压力室压力至设定值；

5)打开三轴试样体底部试样排水管路的试样排水阀，通过加载杆施加偏差应力，按照试验方案使常规三轴剪切试验至设定的应力状态，自动控制保持该应力状态；

6)外置供水装置及控制系统的计算机启动伺服电机进行工作，按照试验目标雨强变化调节流量，外置供水装置及控制系统的计算机实时记录供水流量；

7)打开三轴试样顶帽的顶帽进水控制阀，进行一定应力条件下降雨非饱和湿化试验，通过与三轴试验仪控制系统相连的传感器实时采集上述湿化过程中的试样湿化变形数据；

8)试验目标降雨过程完成后，关闭三轴试样顶帽的顶帽进水控制阀，继续进行三轴剪切试验；

9)试验结束后，撤去围压，打开压力室的进出水控制阀，使压力室内水排空。