[发明专利]一种变应力条件下土体渗透试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种变应力条件下土体渗透试验装置及方法，包括底座，底座上设有土样、试样室、进水装置、出水装置、电子位移计、侧向加荷液压缸、竖向加荷液压缸，计算机，土样为方柱体状的且设置在试样室的中心格间，进水装置用于向土样提供渗透水压，储水装置用于收集试验废水和监测试验过程的渗流情况，侧向加荷液压缸通过侧压力板对土样侧面施加水平荷载，竖向加荷液压缸通过进水槽对土样顶面施加竖向荷载，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。本发明在试验过程中可以模拟试样真实受力状态，可根据需要改变试样某一面或多个面的受力状态，精确获得土体在应力增减过程中渗透系数变化规律。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，尤其涉及一种变应力条件下土体渗透试验装置及方法。

背景技术

在饱和土中，在压力作用下水通过孔隙而流动形成渗透现象。渗透性是土的重要特性，渗流会引起土体变形，直接影响工程安全，研究土的渗透性与渗流规律对工程实践具有重要的意义。土体的渗透特性可以通过现场或室内两种途径来获得，现场大多采用抽水法或注水法，室内则采用渗透试验装置，比如达西渗透试验装置。但是，现有的渗透试验装置及方法对土体开展渗透试验时，均采用恒定的应力状态下土样，大多忽略了土体的应力状态及其变化过程，这明显不实际情况不相符。例如，在隧道开挖过程中，掌子面前方的围岩原处于六面受力状态，随着隧道开挖，靠近掌子面处的一面地应力将逐渐释放，从而导致围岩状态改变，进而影响渗透特性；在高路堤填筑过程中，随着上部土体的填筑，下部土体的应力逐渐增大，土体的渗透特性也将发生变化。因此，现有的渗透试验装置不能精度地模拟变应力条件下土的渗透特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种变应力条件下土体渗透试验装置及方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种变应力条件下土体渗透试验装置，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，所述土样与进水槽间、土样与出水槽间均设有反滤层。