[发明专利]一种法向压力作用下接触面颗粒侵蚀试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种法向压力作用下接触面颗粒侵蚀试验装置及方法，具体包括气泵、控制采集仪、水泵、颗粒侵蚀试验仪、流量和颗粒侵蚀量测试装置、压力水罐、气管和水管。所述的气泵与控制采集仪通过气管相连，为颗粒侵蚀试验仪提供气压，所述的气压控制装置的出气口通过气管分别与颗粒侵蚀试验仪和压力水罐连接，通过控制采集仪将气泵中固定气压转化为可控制的气压，所述水泵通过水管与颗粒侵蚀试验仪连接，用于提供颗粒侵蚀试验仪内的压力用水，所述压力水罐与通过水管与颗粒侵蚀试验仪连接，提供实验过程中的渗流。

技术领域

本发明涉及于岩土工程领域，具体涉及一种法向压力作用下接触面颗粒侵蚀试验装置及其使用方法。

背景技术

在水利工程、土木工程、建筑工程以及交通工程都普遍存在着土与结构接触面。土与结构接触面是指存在于土与结构接触处，因为受到结构的约束作用，与周围土体及周围结构的力学特性都不相同的区域，如面板坝的面板与垫层之间、建筑物的地基与土体之间、桩与周围土体之间、挡土墙与墙后土体之间的接触面。土与结构接触面在渗流和应力耦合作用下已发生颗粒侵蚀现象，但是不同压力作用下发生颗粒侵蚀的水力条件，目前还没有明确的公式进行计算。通过室内试验研究这一现象是最直接的手段，但是目前的设备还无法实现压力和渗流耦合作用下接触面颗粒侵蚀作用的模拟和测试。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种法向压力作用下接触面颗粒侵蚀试验装置及其使用方法，本发明可用于监测土质结构物的沉降变形

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种法向压力作用下接触面颗粒侵蚀试验装置，包括控制采集仪、颗粒侵蚀试验仪、压力水罐；

所述的颗粒侵蚀试验仪包括压力仓、橡皮膜、加载锤和侵蚀装置，所述的加载锤上设有进水通道和出水口，所述的加载锤与压力水罐相连，加载锤穿过压力仓的顶盖为试验中的土样提供渗流压力；所述的橡皮膜用于包裹土样，橡皮膜顶部与加载锤相连，底部与压力仓底板相连，在土样内设有有机玻璃板，所述的有机玻璃板用于模拟试验中的接触面；所述的控制采集仪用于控制压力仓内部的气压和水压。

作为进一步的技术方案，所述的顶盖为圆盘状结构，顶盖上设置有水气流动口、过锤口、气压计；所述的水气流动口与顶盖焊接连接，用于通过试验中的水和气。所述的过锤口用于通过加载锤。

作为进一步的技术方案，在所述的过锤口内壁上还有设有密封圈，过锤口顶部向内侧凸起形成档口，第一弹簧的一端与密封圈相连，另一端顶住过锤口的挡口。在安装顶盖过程中通过过锤口的挡口给加载锤施加初始的压力，以保证加载锤与侵蚀装置之间紧密相连。

作为进一步的技术方案，所述底板设置有圆环卡扣、半圆形隔气垫、半球形稳流器，所述的半球形稳流器内堆放钢珠，保证水流平稳流入土体，防止土体直接被水流冲刷。

作为进一步的技术方案，所述的加载锤包括上、下两部分，上部为圆柱形加载杆和下部为圆盘状加载板，加载杆与加载板之间刚性连接，加载杆内部设置进水通道；加载板上设有与进水通道连通的出水口。

更近一步的，在所述的加载板中间部位设置凹形卡槽，用以安装有机玻璃板，凹形卡槽与有机玻璃之间设置第二弹簧，以保障试验过程中加载锤可以竖向移动。所述的橡皮膜连接加载锤和顶板，保证试验过程中土体内的水分不与外界发生交换。

作为进一步的技术方案，还包括流量和颗粒侵蚀量测试装置，所述的流量和颗粒侵蚀量测试装置包括天平、烧杯、异形量水杯。所述的天平分别用于测量烧杯和异形量水杯及其内物体的质量。所述的异形量水杯设置有纱网和溢流口，用于过滤冲蚀颗粒。

第二方面，本发明基于上述装置，还提供了一种使用方法

(1)配置试验所需的土料，按照试验要求的含水率准备土料。

(2)有机玻璃板插入底座上卡板槽，并将大号钢珠和小号钢珠放入底板上的半球形侵蚀口。