[发明专利]一种变应力条件下土体渗透试验装置及方法

权利要求书

1.一种变应力条件下土体渗透试验装置，其特征在于，包括底座，底座上设有

方柱体状的土样，土样外包覆有保护膜；

盛放土样的试样室，包括沿方形各边布置的侧压力板，以及沿侧压力板两端延伸方向设置的侧限位板，相邻侧限位板两两相连，与侧压力板呈井格状布置，所述土样放置在各侧压力板围护成的中心格间；

用于向土样提供渗透水压的进水装置，包括进水管，进水管一端连通有供水水箱，进水管沿远离供水水箱方向依次连通有增压泵、第一水压力计、第一流量控制阀，进水管末端连通有进水槽，进水槽为方形且设置在所述土样上端面，进水槽下端与所述保护膜法兰连接；

用于收集试验废水的出水装置，包括出水槽，出水槽为方形且设置在所述土样底部，出水槽上端与所述保护膜法兰连接，出水槽下端连通有出水管，出水管沿远离出水槽方形依次连通有第二水压力计、流量计、第二流量控制阀和储水水箱，第二水压力计、流量计用于监测试验过程的渗流情况；

电子位移计，分别设置在各侧压力板和进水槽上，用于测量土样的侧向和竖向形变；

加载机构，包括与各侧压力板对应的侧向加荷液压缸，以及与进水槽对应的竖向加荷液压缸，侧向加荷液压缸分别与对应侧压力板连接，通过侧压力板对土样侧面施加水平荷载；竖向加荷液压缸与进水槽连接，通过进水槽对土样顶面施加竖向荷载；

计算机，计算机分别与侧向加荷液压缸、竖向加荷液压缸连接，控制输出荷载的大小；计算机还分别与第一流量控制阀、第二流量控制阀连接，控制进水装置和出水装置的启停。

2.如权利要求1所述的一种变应力条件下土体渗透试验装置，其特征在于，所述加载机构还包括反力框架，反力框架包括立柱和横梁，立柱呈十字形布置，横梁为十字形且端部分别支撑在各立柱顶端，所述侧向加荷液压缸分别安装在各立柱上，所述竖向加荷液压缸安装在横梁上。

3.如权利要求1所述的一种变应力条件下土体渗透试验装置，其特征在于，所述侧限位板为L型板，L型板侧面设有直线滑槽；所述侧压力板为U型板，U型板的腿外侧面设有嵌置在直线滑槽内的滑块。

4.如权利要求1所述的一种变应力条件下土体渗透试验装置，其特征在于，所述土样与进水槽间、土样与出水槽间均设有反滤层。

5.如权利要求1所述的一种变应力条件下土体渗透试验装置，其特征在于，所述保护膜采用乳胶套。

6.一种变应力条件下土体渗透试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用法兰盘将乳胶套下端与出水槽固定，在方形出水槽上方设置反滤层，在乳胶套外侧安装矩形钢模，按照《土工试验规程SL237-1999》要求，在出水槽上分层制备试样，记录试样底面边长L、高度h，在试样上端面放置反滤层，拆除矩形钢模，将进水槽放置在试样上，并用法兰盘将乳胶套上端与进水槽固定；

S2、将各侧向加荷液压缸安装在反力框架的立柱上，并使其输出端与对应侧向压力板连接；将竖向加荷液压缸安装在反力框架的横梁上；

S3、通过计算机控制侧向加荷液压缸、竖向加荷液压缸，使各侧向压力板与试样侧面接触，使竖向加荷液压缸且将其输出端与进水槽上端面连接；

S4、通过计算机控制侧向加荷液压缸、竖向加荷液压缸分别输出指定荷载；

S5、打开第一流量控制阀，待第一水压力计和第二水压力计数值恒定后，开启增压泵，施加水压力，并通过流量控制阀控制流量，同时打开第二流量控制阀，开始渗透试验；

S6、利用计算机控制竖向加荷液压缸和侧向加荷液压缸的输出荷载的大小，改变试样一个或多个面的受力状态，模拟土体应力变化过程，记录t时间内试样的高度形变量Δh、长度形变量ΔL₁、宽度形变量ΔL₂、透过试样的流量Q，以及该时间结束时的第一水压力计读数p₁、第二水压力计读数p₂，则渗透系数计算公式为：

S7、重复S6，可得到试样在不同应力状态下渗透特性。