[发明专利]一种接触面大变形剪切渗流试验装置及使用方法

权利要求书

1.一种接触面大变形剪切渗流试验装置，其特征在于，包括剪切渗流耦合试验盒和开设在所述剪切渗流耦合试验盒上的渗透水压单元；

所述剪切渗流耦合试验盒包括上下对称设置的上剪切盒和下剪切盒；

所述下剪切盒底部的一侧连接一水平加载单元；所述水平加载单元沿平行接触面剪切方向设置；所述水平加载单元上设置一拉力传感器；所述下剪切盒的侧面固定一水平位移计；所述下剪切盒的上端面开设一结构物安装槽；所述结构物安装槽外依次设置内圈密封凹槽和外圈密封凹槽；所述内圈密封凹槽内固定内防水构件；所述外圈密封凹槽内固定外防水构件；

所述上剪切盒的顶部连接一法向加载单元；所述法向加载单元上设置一法向压力传感器；所述上剪切盒的下端面开设与结构物安装槽、内圈密封凹槽和外圈密封凹槽分别对应的试样安装槽、内圈固定槽和外圈固定槽；所述试样安装槽的尺寸小于所述结构物安装槽的尺寸；所述试样安装槽中的试样伸出所述试样安装槽；

所述渗透水压单元包括依次连通的渗透水流进水通道、渗透水流进水口、渗透水流出水通道、渗透水流出水口、第一渗水压力体积控制器和第二渗水压力体积控制器；

其中，所述渗透水流进水通道和所述渗透水流出水通道沿垂直接触面剪切方向设置；所述渗透水流进水通道设置于所述下剪切盒的一侧并引出，所述渗透水流出水通道设置于所述上剪切盒远离下剪切盒的一侧并引出；

所述渗透水流进水口和渗透水流出水口开设在所述内防水构件上；

所述第一渗水压力体积控制器与渗透水流进水口连接，所述第二渗水压力体积控制器与渗透水流出水口连接；

控制单元控制所述法向加载单元施加法向载荷至设定值，所述法向压力传感器通过数据采集器反馈信号至所述控制单元，以维持法向载荷的设定值；所述控制单元控制所述水平加载单元施加剪切力至设定值，所述拉力传感器通过所述数据采集器反馈信号至所述控制单元，以维持剪切力设定值；所述控制单元控制所述水平加载单元施加剪切位移至设定值，所述水平位移计通过所述数据采集器反馈信号至所述控制单元，以维持剪切位移设定值。

2.根据权利要求1所述的接触面大变形剪切渗流试验装置，其特征在于，所述上剪切盒上设置围压进水孔和排气孔；所述围压进水孔沿平行接触面剪切方向设置；所述围压进水孔连接围压压力体积控制器。

3.根据权利要求2所述的接触面大变形剪切渗流试验装置，其特征在于，平行接触面剪切方向上，试样与试样安装槽之间形成空腔；围压水经所述围压进水孔进入所述空腔。

4.根据权利要求3所述的接触面大变形剪切渗流试验装置，其特征在于，进一步包括一对隔水条；平行接触面剪切方向上，所述隔水条固定在所述试样安装槽的内壁上；所述隔水条位于试样的两侧并贴合所述试样；所述隔水条位于所述空腔的下方以形成所述空腔的底部。

5.根据权利要求1所述的接触面大变形剪切渗流试验装置，其特征在于，进一步包括一传力板和反力架；所述传力板固定在所述上剪切盒顶部；所述法向加载单元固定在反力架上。

6.根据权利要求1所述的接触面大变形剪切渗流试验装置，其特征在于，进一步包括滑动组件；所述滑动组件形成于所述下剪切盒的底部和底板之间。

7.根据权利要求1所述的接触面大变形剪切渗流试验装置，其特征在于，所述结构物安装槽内固定混凝土试样；所述试样安装槽内固定黏土试样；所述黏土试样为方形，所述混凝土试样为方形。

8.一种接触面大变形剪切渗流试验装置的使用方法，包括以下步骤：

1）制作试样：制作黏土试样、混凝土结构物试样并养护，压实黏土试样，养护完成后，在黏土试样外包裹一层乳胶膜；

2）安装试样：将隔水条粘接在上剪切盒的试样安装槽内壁两侧并挤压，然后将包裹乳胶膜的黏土试样放置于试样安装槽中，在垂直接触面剪切方向上，黏土试样与试样安装槽内壁接触，在平行接触面剪切方向上，黏土试样与隔水条接触，黏土试样高度伸出试样安装槽；将混凝土试样放置于下剪切盒结构物安装槽中，黏土试样横截面尺寸小于混凝土试样横截面尺寸；

3）布设密封单元：在试样安装槽和结构物安装槽的外侧分别设置有两道密封凹槽，两道密封凹槽保持对应；在下剪切盒的内圈密封凹槽和外圈密封凹槽内分别对应固定内防水构件和外防水构件；之后碾压内防水构件和外防水构件使其粘结；在下剪切盒的内防水构件和外防水构件的上端面涂上结构胶，同时在上剪切盒的内圈密封凹槽和外圈密封凹槽内涂上结构胶；将已填充黏土试样的上剪切盒按照密封凹槽位置对齐放置在下剪切盒上，利用结构胶，将内防水构件和外防水构件均固定在上剪切盒和下剪切盒上；

4）安装加载单元；将步骤3中的由上剪切盒和下剪切盒组成的剪切渗流耦合试验盒放置在位于反力架内的底板轨道上；将传力板固定在上剪切盒顶部，依次安装法向加载单元和法向压力传感器，在下剪切盒侧面设置水平位移计，同时在下剪切盒侧面依次安装水平加载单元和拉力传感器，将法向压力传感器、拉力传感器和水平位移计分别通过数据线与数据采集器电连，数据采集器与计算机电连；运行数据采集器检查各部件是否处在正常工作状态；

5）连接压力体积控制器：在平行接触面剪切方向上，将上剪切盒两侧的围压进水孔连接围压压力体积控制器，打开围压进水孔进水至上剪切盒上的排气孔出水，拧上螺栓，使黏土试样处于围压状态下，记录围压数据；在垂直接触面剪切方向上，渗透水流进水通道和渗透水流出水通道均连接渗水压力体积控制器，开启压力体积控制器，检查各部件是否运行正常，并记录压力和体积数据；

6）实施剪切渗流试验：法向加载单元对传力板施加法向荷载，由数据采集器观测法向应力，达到试验应力并维持稳定后，设置渗透水流进水通道处的渗水压力体积控制器渗透水压值，监测渗透水流出水通道处的压力和体积变化值，待渗流稳定后，通过控制单元设定水平加载单元的剪切速率和剪切位移幅值，在剪切和渗流同时进行的过程中，利用渗水压力体积控制器记录渗透水流出水通道处的压力和体积变化值，利用控制单元记录法向压力传感器、拉力传感器和水平位移的计数值。