[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

说明书

本发明涉及一种三轴试验中模拟降雨湿化的试验装置及试验方法，其特征在于，该试验装置包括三轴试验仪、三轴试样顶帽、微孔均匀布水装置、外置供水装置及控制系统；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，水箱内滑动插设活塞，活塞的外端部固定连接滚珠丝杠，伺服电机的输出端固定连接滚珠丝杠，水箱的出水口通过出水管路进入压力室连接三轴试样顶帽的进水口，且出水管路上设置有顶帽进水控制阀，计算机通过控制伺服电机工作进而模拟不同降雨条件。本发明填补了岩土室内试验中单线法测定坝料降雨条件下非饱和湿化试验的技术空白，不仅具有重要的研究价值，还具有极其广阔的实际应用前景。

技术领域

本发明涉及一种岩土工程中模拟天然降雨的试验装置及试验方法，特别是关于一种在三轴试验中实现测试降雨条件下粗粒料湿化变形特性的试验装置及试验方法，属于岩土工程室内试验领域。

背景技术

降雨是土石坝坝体后期变形的重要外因之一，会造成坝体与心墙应力变形的不利影响。我国已建、在建或拟建的许多高土石坝位于西南多雨地区，因此，深入研究降雨条件下坝料的湿化变形机理和规律，有助于保证土石坝工程的安全运行，具有重要的工程实践意义与推广应用前景。进行土体室内湿化试验是研究上述问题的基本手段。现有的湿化试验使用的仪器主要为压缩仪和三轴仪。压缩仪仅能测定侧限条件下土体的湿化变形，无法得到土体湿化变形模型参数。三轴仪可进行不同应力状态下土体的湿化变形试验，较压缩仪有一定优势。

传统的湿化试验方法有单线法与双线法。双线法是分别测量处于湿态和干态的两个试样在相同应力状态下的应变，将两者之差作为该应力状态下的湿化变形。但是一方面双线法与实际湿化过程相差较大，另一方面对于透水性大的粗粒料，难以制作一定含水率的非饱和试样，因此鲜少采用双线法进行粗粒料的非饱和湿化试验。单线法是将干态试样沿着某一应力路径加载到一定的应力状态，在控制应力状态不变的条件下，将试样增湿至特定含水量，测量该过程中的变形增量，从而得到某应力状态下的湿化变形。在单线法试验过程中，如何模拟自然降雨、对试样进行一定含水率的湿化是试验的关键。受三轴仪压力室结构所限，目前所进行的粗粒料三轴湿化试验多为从底部排水孔进水使试样浸水饱和，研究其饱和湿化特性，与天然降雨条件下的非饱和湿化状态相差较大。目前，迫切需要有针对降雨条件下粗粒料非饱和湿化的试验装置。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够实现三轴试验中进行降雨条件下粗粒料湿化变形特性试验的模拟天然降雨的试验装置及试验方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：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；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。