[发明专利]一种施加竖向应力的分离式剪切渗流仪及其使用方法

说明书

本发明公开了一种施加竖向应力的分离式剪切渗流仪，包括固定框架，固定框架顶部固定有顶部位移荷载单元，固定框架侧方固定有侧向位移荷载单元，底座上固定有底部位移荷载单元，顶部位移荷载单元下面设置有上部剪切盒，上部剪切盒顶面密封设置有上活动推板，上活动推板顶部通过安装上滑动导轨与顶部位移荷载单元相连，上部剪切盒下面设置有下部剪切盒，下部剪切盒底面密封设置有下活动推板，下活动推板与底部位移荷载单元相连，下部剪切盒侧壁上设置有进水口接头和出水口接头。本发明还公开分离式剪切渗流仪的使用方法。本发明提供的一种施加竖向应力的分离式剪切渗流仪及其使用方法，能够实现土石材料在剪切过程中保持通水渗流，能够通过施加双向竖向应力模拟不同埋深下岩土结构体的受力情况。

技术领域

本发明涉及一种施加竖向应力的分离式剪切渗流仪及其使用方法，属于剪切实验装置技术领域。

背景技术

第一次全国水利普查数据显示，我国已建成水库大坝近10万座，其中土石坝占比最高，数量最大。由于土石坝坝料用量极大，一般会在坝趾附近就地取材，不同料场土石料的变形模量等物理力学性质不尽相同，不协调沉降变形问题日益突出，这一问题在岩土工程安全性评价中尤为关键。大量学者研究发现，沉降差异极易诱发坝体与岸坡、坝趾与基岩等岩土体接触部位较大的剪切变形，这些剪切变形带在上游蓄水位的水头驱动下可能形成集中渗漏通道，继而引起坝体渗流量增大并最终发生冲蚀、流土等渗透破坏现象，严重威胁大坝的安全运行。因而针对大变形剪切前后岩土体接触部位的渗流特性研究迫在眉睫，同时该研究可起到保障水库大坝安全运行的关键作用。

目前，可对上述关键问题提供试验支撑的技术手段仍相当有限，绝大部分渗流试验仪器尚不具备剪切土样能力，而小部分较为先进的三轴渗流仪、环剪渗流仪尽管可开展剪切渗流试验，但上述装置封闭式模型箱的设计特点决定了其在实现不同岩土层制样要求，例如多种土层填筑、饱和情况、压实度、土体缺陷等不同工况时困难重重；此类三轴剪切装置的剪切形式往往依赖于刚性面板对土样的往复剪切，而非岩土层在接触部位的直接剪切，这与坝体接触部位多发的大变形剪切工况不完全相符；同时，环剪渗流仪仅可实现垂直剪切方向的渗流，而三轴渗流仪一般也仅能开展单向渗流，上述装置难以在一种接触土层配置中考虑剪切变形对不同方向接触面渗流的影响；环剪渗流仪亦不易实现竖向应力的施加，从而使其研究对象局限于表层浅土，难以将剪切渗流规律扩展至不同埋深土样。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种能够真实地还原岩土工程中岩土结构体因大剪切变形而引起的接触部位渗流变化情况，同时能够通过施加双向竖向应力模拟不同埋深下岩土结构体的受力情况的施加竖向应力的分离式剪切渗流仪及其使用方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种施加竖向应力的分离式剪切渗流仪，包括固定框架，所述固定框架顶部固定有顶部位移荷载单元，所述固定框架侧方固定有侧向位移荷载单元，所述固定框架底部设置有底座，所述底座上表面固定有支撑座，所述底座上固定有底部位移荷载单元，所述顶部位移荷载单元、侧向位移荷载单元和底部位移荷载单元的位移触头上均设置有压力传感器，所述顶部位移荷载单元下面设置有上部剪切盒，所述上部剪切盒为顶面和底面开口结构，所述上部剪切盒顶面密封设置有上活动推板，所述上活动推板顶部通过安装上滑动导轨与所述顶部位移荷载单元相连，所述固定框架两侧设置有可上下调节的限位支架，所述限位支架底部安装有下滑动导轨，所述下滑动导轨与所述上部剪切盒侧壁相连，所述上部剪切盒下面设置有下部剪切盒，所述下部剪切盒为顶面和底面开口结构，所述下部剪切盒固定在所述支撑座上，所述下部剪切盒底面密封设置有下活动推板，所述下活动推板与所述底部位移荷载单元相连，所述下部剪切盒侧壁上设置有进水口接头和出水口接头，所述进水口接头进水口设置有入流流量阀和入流流量计，所述出水口接头出水口设置有出流流量阀和出流流量计。

所述上部剪切盒和下部剪切盒的材质包括透明树脂玻璃。

所述上活动推板和下活动推板的滑动面设置有开槽并嵌入双层橡胶止水条。