[发明专利]一种土体应力路径管涌三轴试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种土体应力路径管涌三轴试验装置，其特征在于，包括压力水头控制装置、水压控制装置、三轴压力试验主机、流速测定装置和涌土采集装置；其中，所述三轴压力试验主机用于承载装有试验试样的压力室并提供轴向荷载，所述压力水头控制装置和水压控制装置提供压力水头、轴压和反压，对试验试样进行不同应力路径加载，并在各固定位置设置有压力传感器和位移传感器，实现试验数据自动采集并实时；所述试验试样在压力水头下产生的土水混合物流入涌土采集装置；

所述三轴压力试验主机包括底部轴力控制装置，所述底部轴力控制装置上方设有荷载架支撑杆，所述荷载架支撑杆连接有反向横梁，所述反向横梁底部设有万向铰，所述万向铰连接轴压传感器和轴压加载杆，所述底部轴力控制装置上设有多孔压力室底盘，所述多孔压力室底盘与通过侧立柱连接的压力室由螺栓连接，其间放置隔水密封圈，所述压力式顶盖上设有压力室放气阀，所述试验试样设置于所述压力室腔内，所述轴压加载杆和试验试样之间设有带槽试样帽，所述试样帽内设有上输水管道，所述多孔压力室底盘内设有下输水管道、上输水管道阀门、下输水管道阀门、孔压测量管道阀门、围压控制管道阀门和反压控制管道阀门，所述上、下输水管道适用于不同的管涌路径及渗透破坏模式的试验方法，所述孔压测量管道阀门连接孔压传感器；

压力室外壁采用透明有机玻璃，所述试验试样外部包裹橡胶膜，根据管涌路径不同，在所述试验试样上下分别设置多孔板；

水压控制装置包括围压控制装置和反压控制装置，所述围压控制装置包括围压控制单元和围压供水筒，所述围压供水筒的供水管路通过所述围压控制单元连接至所述多孔压力室底盘的围压控制管道，所述反压控制装置包括反压控制单元和反压供水筒，所述反压供水筒的供水管路通过所述反压控制单元连接至所述多孔压力室底盘的反压控制管道；所述压力水头控制装置包括输水变水位控制器和集水箱，所述集水箱通过排水管与所述输水管道连接。

2.根据权利要求1所述的一种土体应力路径管涌三轴试验装置，其特征在于，压力水头控制装置和水压控制装置与气泵连接，所述气泵用于提供水压力供水筒内气压、压力室内围压和试验试样反压加载。

3.根据权利要求1所述的一种土体应力路径管涌三轴试验装置，其特征在于，涌土采集装置包括特制的土水分离筒和储水筒，所述土水分离筒底部开孔与所述输水管道通过排水管连接，所述土水分离筒顶部与所述储水筒连接，所述土水分离筒和储水筒分别设有称重装置和体积测量装置。

4.根据权利要求3所述的一种土体应力路径管涌三轴试验装置，其特征在于，流速测定装置包括进水流量计和出水流量计，所述进水流量计连接在所述集水箱与输水管道间的排水管上，所述出水流量计连接在所述土水分离筒与储水筒间的排水管上。

5.一种利用权利要求1至4中任一项所述的一种土体应力路径管涌三轴试验装置的土体应力路径管涌三轴试验方法，其特征在于：

所述试验方法具体为：

步骤一，将制备完成的试验试样固定在多孔压力室底盘中心的试验试样放置处，并连接试样帽，将压力室与多孔压力室底盘固定连接，由水压控制装置向压力室内提供给定围压和反压，使试验试样达到饱和固结；

步骤二，集水箱供水从试验试样顶部入渗，流经试验试样的水及侵蚀出的细颗粒通过下输水管道排出；

步骤三，渗透破坏现象发生后，观察到携带细颗粒的水流流入涌土采集装置，待涌土量不再增长时，渗透破坏过程结束；

步骤四，在保持围压的情况下去除压力水头，关闭压力水头阀门，进行三轴剪切实验步骤，按应变控制方式通过轴压加载杆施加轴压，待达到给定轴向应变值，完成试验全过程。