[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

说明书

本发明提出了一种接触面大变形剪切渗流试验装置及使用方法，装置包括法向加载单元、法向压力传感器、水平加载单元、拉力传感器、水平位移计、剪切渗流耦合试验盒、密封单元、渗透水压单元、数据采集器和控制单元；水平加载单元连接剪切渗流耦合试验盒的底部，并沿平行接触面剪切方向设置；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、渗透水流出水口和一对渗水压力体积控制器；渗透水流进水通道和渗透水流出水通道沿垂直接触面剪切方向设置。本发明的剪切路径和渗流路径明确，可实现剪切方向和渗流方向相正交的接触面渗透特性试验，能够真实模拟实际剪切变形与渗流过程相垂直的情况。

技术领域

本发明属于岩土工程学中接触面的力学及渗透性技术领域，尤其涉及一种接触面大变形剪切渗流试验装置及使用方法。

背景技术

黏土因具有防渗能力好，适应和抵抗不均匀变形能力强的优点，被广泛用作高土石坝心墙防渗材料，在我国西部建设的两三百米级的高土石坝中发挥重要作用。由于心墙黏土与上下游坝壳和岸坡基岩等材料物理力学性质差别很大，在受自重应力及水荷载作用下易发生较大的剪切变形，这些接触部位同时存在剪切变形与渗流作用，且剪切变形方向与渗流方向接近于正交关系，若形成渗透通道，会严重威胁工程安全。因此，有必要开展大剪切变形作用下土-结构物接触面剪切渗流特性的试验研究，分析其剪切渗流机理，对工程建设具有重要的指导意义。

现有的土-结构接触面的试验装置大多只能测定接触面力学特性，而考虑渗流冲刷作用的较少，且存在以下缺陷：1）专利“一种测定土体与结构物接触面渗流冲刷特性的试验装置” （CN101561378），发明了一种改进的三轴仪来测定接触面渗流特性，其缺点是试验剪切方向与渗流方向是平行的，不能研究剪切方向与渗流方向成正交的情况，且由于其接触面板依靠弹簧支撑，限制了可以产生的最大剪切错位变形；2）专利“一种接触面大变形剪切渗流试验装置及其使用方法”（CN106932284 A）对前述专利进行了改进，利用将水冷冻的方式实现大剪切变形，但由于试样是方形的，在受到围压作用时，其土样应力状态并不一致，棱角处易出现应力集中，且试验剪切方向与渗流方向仍是平行的，尚不能应用于研究土-结构接触面剪切方向与渗流方向正交的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种接触面大变形剪切渗流试验装置及使用方法，该剪切渗流试验装置能够在土体与结构物接触面间发生大剪切错位变形时，保证土体不发生侧向变形，同时可以在垂直接触面剪切方向上对土体进行渗流特性试验，研究土体与结构物接触面在不同应力变形条件下的渗流特性演化规律，为揭示土-结构物接触面渗流冲刷机理提供试验基础。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出了一种接触面大变形剪切渗流试验装置，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；