[发明专利]一种多功能岩土三维模型试验装置及其使用方法

权利要求书

1.一种多功能岩土三维模型试验装置，其特征在于，包括：

试验箱(1)，所述试验箱(1)内部具有用于压制试验土样(18)的制样空间；

第一加载气囊(2)，设置在所述试验箱(1)内顶部，并通过顶面加载板(7)与所述试验土样(18)的顶面接触，用于向所述试验土样(18)施加轴向加载力；

第二加载气囊(5)，设置在所述试验箱(1)内一侧，并通过侧面加载板(6)与所述试验土样(18)的侧面接触，用于向所述试验土样(18)施加径向加载力；

充气加压装置(26)，分别与所述第一加载气囊(2)和第二加载气囊(5)连接。

2.根据权利要求1所述的多功能岩土三维模型试验装置，其特征在于，所述试验箱(1)包括：

箱体(4)，呈长方体且顶部敞口；

顶板(27)，盖合在所述箱体(4)的敞口端；

顶部排气孔(3)，设置在所述顶板(27)上并与外界联通，用于饱和所述试验土样(18)时进行排气；

渗压上水孔(9)和上水水槽(16)，所述渗压上水孔(9)设置在所述箱体(4)的一侧底部并通过所述上水水槽(16)与所述箱体(4)内部连通；

排水孔(10)和排水水槽(13)，所述排水孔(10)设置在与所述渗压上水孔(9)相对的所述箱体(4)另一侧底部并通过所述排水水槽(13)与所述箱体(4)内部连通。

3.根据权利要求2所述的多功能岩土三维模型试验装置，其特征在于，该装置还包括加热测温管(21)，所述加热测温管(21)包括塑料管(22)、分布在所述塑料管(22)外部的温度传感器(23)以及设置在所述塑料管(22)内的恒温加热棒(24)；同时，在所述箱体(4)的背板上开设有多个均匀分布的传感器孔(25)，所述温度传感器(23)和恒温加热棒(24)通过所述传感器孔(25)与外界设备相连。

4.根据权利要求2所述的多功能岩土三维模型试验装置，其特征在于，所述上水水槽(16)和排水水槽(13)上均盖有排水板(12)和土工布(11)。

5.根据权利要求2所述的多功能岩土三维模型试验装置，其特征在于，在所述箱体(4)的前侧设置有观察窗(20)。

6.根据权利要求1所述的多功能岩土三维模型试验装置，其特征在于，所述试验箱(1)放置在可移动底座(14)上。

7.一种如权利要求1到6任一项所述多功能岩土三维模型试验装置的使用方法，其特征在于，包括以下内容：

1)制样前，首先将侧面加载板(6)固定在箱体(4)的一侧，以形成一个固定的制样空间；然后，按照与常规三轴试验类似的制样方法，将透水材料和一定含水量的试验土逐层铺入试验箱(1)，逐层击实形成透水层(17)和试验土样(18)，且透水层(17)位于试验土样(18)的两侧；

2)制样完成后，在试验土样(18)顶部放置透水板后盖上顶板(27)，将水源与渗压上水孔(9)相连以及孔压传感器与排水孔(10)相连后，利用顶部排气孔(3)抽气，完成试验土样(18)的饱和，并通过孔压传感器监测试验土样(18)的饱和度；

3)当需要进行加载试验时，在顶板(27)上放置好第一加载气囊(2)、顶面加载板(7)和橡胶块(8)后盖上顶板(27)，且橡胶块(8)分别抵顶在顶面加载板(7)的侧壁和顶板(27)的侧壁之间及侧面加载板(6)的顶壁和顶板(27)的侧壁之间，然后将充气加压装置(26)与第一加载气囊(2)和第二加载气囊(5)连接进行加载；

4)当需要同时进行渗流试验时，首先对箱体(4)背板上的传感器孔(25)做止水处理，同时对箱体(4)转角处和试验土样(18)四周用防水材料做防水处理；然后将外部反压装置与渗压上水孔(9)连接，同时将量水管(15)与排水孔(10)连接，通过渗压上水孔(9)向试验土样(18)施加渗压水，再通过量水管(15)测量一定时间内通过试验土样(18)的水量，从而了解试验土样(18)的渗透特性；

5)当需要进行加热测温试验时，则在制样时，预先将加热测温管(21)埋设到需要测量的位置，并将温度传感器(23)和恒温加热棒(24)通过导线与外界设备相连，然后通过恒温加热棒(24)给试验土样(18)加热，再利用温度传感器(23)测量试验土样(18)在应力、渗流加载情况下的温度分布；

6)当需要研究异常渗流、软弱夹层或裂缝相关的问题时，在试验土样(18)内部需要预设裂缝的位置设置异常渗透区、软弱夹层或剪切带(19)，来构造裂缝与周围试验土样(18)抗剪强度的差异。