專利名稱：富水裂隙巖體靜動載-滲流耦合試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種試驗裝置，特別是一種富水裂隙巖體靜動載-滲流耦合試驗
直O(jiān)
背景技術(shù)：
我國既有鐵路隧道，經(jīng)過數(shù)十年的運營，特別是在地下水發(fā)育的情況下，一般的隧道底部便出現(xiàn)吊空，底部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂，破損，下陷，向兩側(cè)外擠，并出現(xiàn)翻漿、冒泥等現(xiàn)象。 根據(jù)資料統(tǒng)計，鄭州鐵路局管內(nèi)有隧道1152座，直接影響行車的隧道底部翻漿冒泥病害約占20% ；成昆線鋪設(shè)整體道床的30座隧道中有20座發(fā)生鋪底病害；貴陽鐵路分局翻漿冒泥等鋪底病害的隧道有42座。隧道基底病害對鐵路運營會造成嚴重危害，它惡化了行車條件，限制了行車速度，嚴重危及行車安全和列車運營效率。調(diào)查分析表明，隧道基底病害主要發(fā)生在富水軟巖地段，表現(xiàn)為隧道基底巖層在列車動載及地下水的耦合作用下被碾磨成泥漿，并隨著地下水在巖層裂隙中的流動，基巖破損形成的漿液被水帶走，久而久之，隧道底部基巖逐漸形成空洞，使隧道底部基礎(chǔ)條件逐漸惡化，最終導(dǎo)致隧道底部結(jié)構(gòu)破壞，形成底部病害。因此，隧道基底地下水滲流、列車反復(fù)動載以及軟弱裂隙基巖是隧道底部病害產(chǎn)生的主要原因。要徹底解決隧道底部病害問題，須對列車動載及地下水滲流耦合作用下裂隙軟巖的損傷、漿化、流失過程進行系統(tǒng)研究。目前，針對隧道底部結(jié)構(gòu)病害問題，國內(nèi)一些學(xué)者從加強隧道底部結(jié)構(gòu)設(shè)計及改善排水系統(tǒng)等方面開展了一些整治措施方面的研究工作，但對病害產(chǎn)生的機理沒有進行深入的理論分析，更缺少這方面的試驗工作。隧道底部結(jié)構(gòu)病害的產(chǎn)生是一個動載-地下水滲流-流失耦合過程，軟弱基巖在列車沖擊荷載作用下，處于隧道基底的地下水來不及消散，產(chǎn)生很高的孔隙水壓力，卸載后，基底地形水來不及補充，使得基底孔隙處于負壓狀態(tài)，這種拉壓交變的孔隙水壓力和列車沖擊荷載疊加，共同作用于隧道底部軟弱基巖上，引起軟弱基巖的破損、漿化，在地下水滲流作用下將漿液帶走，如此往復(fù)，最終導(dǎo)致底部結(jié)構(gòu)破壞。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種方便利用實驗室已有加載設(shè)備提供動載，同時實現(xiàn)了靜動應(yīng)力-滲流耦合試驗，可模擬不同動載和滲流條件下富水裂隙巖體的動載-滲流-流失耦合作用的富水裂隙巖體靜動載-滲流耦合試驗裝置。一種富水裂隙巖體靜動載-滲流耦合試驗裝置，包括軸向動應(yīng)力加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、壓力室、機架、孔隙水壓力測量裝置和流失量收集裝置，其特征在于所述機架上安裝有工作臺座，所述工作臺座上固裝有壓力室承壓板，所述壓力室承壓板上安裝有所述壓力室，所述壓力室包括基座、下底、支撐立柱、壓力室罩、活塞桿、上蓋、加壓帽和活塞密封套，所述基座安裝在所述壓力室承壓板上，所述下底密封安裝在所述基座上，所述上蓋上設(shè)有排氣孔，所述排氣孔上安裝有密封所述排氣孔的排氣塞，所述上蓋和下底之間通過所述支撐立柱連接，所述支撐立柱內(nèi)側(cè)設(shè)有上端與所述上蓋密封連接、下端與所述下底密封連接的壓力室罩，所述壓力室罩為密封的筒體，所述基座的中部設(shè)有裂隙巖樣安裝臺，所述上蓋上安裝有活塞密封套，所述活塞桿安裝在所述活塞密封套內(nèi)，所述活塞桿的一端設(shè)置在所述壓力室罩內(nèi)并且與所述基座同軸安裝的所述加壓帽連接，所述加壓帽和所述基座安裝臺之間為裂隙巖樣存放處，所述活塞桿的另一端上安裝有所述傳感器基座并且所述活塞桿的另一端設(shè)置在所述壓力室罩外，所述基座的安裝臺上設(shè)有出水孔，所述出水孔的一端與所述基座安裝臺的頂部連通，所述出水孔的另一端上安裝有連接接頭，所述基座的上還設(shè)有連通外界和壓力室罩內(nèi)的第一流通孔、第二流通孔和進水孔三個孔，所述加壓帽上還設(shè)有第三流通孔，所述第三流通孔的一端與所述加壓帽的底部連通，所述第三流通孔的另一端安裝有連接接頭，所述連接接頭通過水管與所述進水孔連通，所述進水孔上安裝有連接接頭。本實用新型中，所述加壓帽底面上以所述第三流通孔為中心設(shè)有多個環(huán)形凹槽， 所述基座頂面上以所述出水孔為中心設(shè)有多個環(huán)形凹槽。本實用新型中，所述加壓帽和所述基座之間的裂隙巖樣存放處外安裝有一端與所述加壓帽密封、另一端與所述基座安裝臺密封的膜套。采用上述方案，本實用新型通過改進壓力室結(jié)構(gòu)，方便利用實驗室已有加載設(shè)備提供動載，同時實現(xiàn)了靜動應(yīng)力-滲流耦合試驗，可模擬不同動載和滲流條件下富水裂隙巖體的動載-滲流-流失耦合作用，可用于研究富水裂隙巖體在循環(huán)荷載和滲流耦合作用下的累積變形、損傷演化、流失和滲透性演化的耦合關(guān)系，試驗結(jié)果可應(yīng)用于鐵路隧道底部結(jié)構(gòu)疲勞和耐久性研究領(lǐng)域。

圖1為本實用新型壓力室結(jié)構(gòu)示意圖。圖2(a)為本實用新型基座的俯視圖。圖2(b)為圖2(a)A-A處的剖視圖。圖2(c)為圖2(a)B處的剖視圖。圖3為孔隙水壓力測量和流失量收集裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圍壓加載系統(tǒng)構(gòu)造示意圖。附圖1至4中，1、傳感器基座，2、活塞桿，3、排氣塞，4、活塞密封套，5、螺栓，6、螺桿，7、上蓋，8、直插式直角接頭，9、加壓帽，10、膜套，11、裂隙巖樣，12、支撐立柱，13、壓力室罩，14、水管，15、下底，16、進水孔，17、出水孔，18、壓力室承壓板，19、工作臺座，20、直插式直通接頭，21、基座，22、第一流通孔，23、第二流通孔，M、第三流通孔，25、凹槽，沈、進水箱， 27、集水箱，28、第一孔隙水壓力計，29、第二孔隙水壓力計，30、進水閥門，31、出水閥門，32、 進水管，33、出水管，34、油箱，35、油泵，36、電動機，37、蓄能器，38、壓力表，39、溢流閥，40、 注油閥，41、回油閥，42、進油管，43、出油管。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。實施例由圖1、圖2、圖3和圖4可知，用地錨將工作臺座19錨固在機架上，壓力室承壓板18和工作臺座19由螺栓固定，上蓋7有一個排氣孔，排氣孔上設(shè)有密封排氣孔的排氣塞3， 排氣孔用于往壓力室加圍壓時排出壓力室內(nèi)的空氣，上蓋7與活塞密封套4通過螺栓5固定，兩者之間墊上0型密封圈加強密封效果。上蓋7、支撐立柱12、壓力室罩13和下底15 用螺栓固定在一起，壓力室罩指的是壓力室的外殼，是鋼或高強玻璃材料制成，可以防水防油，壓力室罩13與上蓋7、下底15的接觸面墊上0型密封圈加強密封效果?；钊芊馓? 內(nèi)與活塞桿2接觸的部分設(shè)有兩個Y型密封圈保證了加載過程中壓力室的密封性。活塞桿2和加壓帽9固定在一起，加壓帽9上鉆有一個L型的第三流通孔M，第三流通孔M的一端與加壓帽9的底面連接，另一端上安裝有直插式直角接頭8，基座21上鉆有L型的第一流通孔22、第二流通孔23和進水孔16，基座21的中部還鉆有一個直通的出水孔17，在第一流通孔22、第二流通孔23、進水孔16和出水孔17上都安裝有直插式直通接頭20，第三流通孔M上的直插式直角接頭8通過水管14與進水孔16上的直插式直通接頭20連接，加壓帽9底面上以所述第三流通孔M為中心設(shè)有多個環(huán)形凹槽25，所述基座21頂面上以所述出水孔17為中心設(shè)有多個環(huán)形凹槽25，環(huán)形凹槽25作為滲流和流失量收集通道；如圖4所述，圍壓加載系統(tǒng)由油箱34、油泵35、電動機36、蓄能器37、壓力表38、溢流閥39、注油閥40、回油閥41、進油管42和出油管43組成，所述進油管42連接在第一流通孔22上的直插式直通接頭20上，所述出油管43連接在第二流通孔23上的直插式直通接頭20上，孔隙水壓力測量裝置包括進水箱沈、第一孔隙水壓力計觀、進水閥門30和進水管 32組成，流失量收集裝置包括集水箱27、第二孔隙水壓力計29、出水閥門31和出水管33， 所述進水管32與進水孔16上的直插式直通接頭20連接，所述出水管33與出水孔17上的直插式直通接頭20連接，傳感器基座1并與軸向動應(yīng)力加載系統(tǒng)的加載頭固定在一起，這里的軸向動應(yīng)力加載系統(tǒng)采用MTS加載機。試驗時將基座21放在壓力室承壓板18上，用膜套10套上裂隙巖樣11后放在基座21上，膜套10的一端套住基座21并用橡皮筋密封。將加壓帽9放在裂隙巖樣11上，膜套10的另一頭套住加壓帽9并用橡皮筋密封，安裝好水管14，用含壓力室罩13的組合體套住巖樣放在基座21上，下底15和基座21的接觸面墊上0型密封圈并用螺栓緊密固定。 圍壓加載系統(tǒng)、孔隙水壓力測量和流失量收集裝置通過油管和水管與壓力室連接。打開進水閥門30、出水閥門31將裂隙巖樣11和膜套10內(nèi)的空氣排出，設(shè)置好溢流閥39，打開注油閥門40，關(guān)閉回油閥門41，啟動電動機36往壓力室內(nèi)注油，待油注滿壓力室時關(guān)閉電動機36，關(guān)閉注油閥門40，擰上排氣塞3 ；然后打開注油閥門40，啟動電動機36往壓力室內(nèi)加壓，壓力室內(nèi)壓力達到試驗要求時關(guān)閉注油閥門40，由蓄能器37維持壓力室內(nèi)壓力的穩(wěn)定，圍壓施加完畢后關(guān)閉出水閥門31，讀取第二孔隙水壓力計四上的孔隙水壓力，設(shè)置好 MTS加載機的加載參數(shù)，開始加載，打開出水閥門31收集流失量，在加載一定次數(shù)后關(guān)閉出水閥門31讀取第二孔隙水壓力計四，由MTS加載機自帶的位移測量裝置測量試樣的軸向變形量，通過施加不同頻率、大小、次數(shù)的軸向荷載，改變水箱的高度、進水閥門的大小來模擬不同動載和不同滲流條件下富水裂隙巖體的損傷演化、滲透性規(guī)律、流失量變化及其耦合關(guān)系。
權(quán)利要求1.一種富水裂隙巖體靜動載-滲流耦合試驗裝置，包括軸向動應(yīng)力加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、壓力室、機架、孔隙水壓力測量裝置和流失量收集裝置，其特征在于所述機架上安裝有工作臺座，所述工作臺座上固裝有壓力室承壓板，所述壓力室承壓板上安裝有所述壓力室，所述壓力室包括基座、下底、支撐立柱、壓力室罩、活塞桿、上蓋、加壓帽和活塞密封套，所述基座安裝在所述壓力室承壓板上，所述下底密封安裝在所述基座上，所述上蓋上設(shè)有排氣孔，所述排氣孔上安裝有密封所述排氣孔的排氣塞，所述上蓋和下底之間通過所述支撐立柱連接，所述支撐立柱內(nèi)側(cè)設(shè)有上端與所述上蓋密封連接、下端與所述下底密封連接的壓力室罩，所述壓力室罩為密封的筒體，所述基座的中部設(shè)有裂隙巖樣安裝臺，所述上蓋上安裝有活塞密封套，所述活塞桿安裝在所述活塞密封套內(nèi)，所述活塞桿的一端設(shè)置在所述壓力室罩內(nèi)并且與所述基座同軸安裝的所述加壓帽連接，所述加壓帽和所述基座安裝臺之間為裂隙巖樣存放處，所述活塞桿的另一端上安裝有所述傳感器基座并且所述活塞桿的另一端設(shè)置在所述壓力室罩外，所述基座的安裝臺上設(shè)有出水孔，所述出水孔的一端與所述基座安裝臺的頂部連通，所述出水孔的另一端上安裝有連接接頭，所述基座上還設(shè)有連通外界和壓力室罩內(nèi)的第一流通孔、第二流通孔和進水孔三個孔，所述加壓帽上還設(shè)有第三流通孔，所述第三流通孔的一端與所述加壓帽的底部連通，所述第三流通孔的另一端安裝有連接接頭，所述連接接頭通過水管與所述進水孔連通，所述進水孔上安裝有連接接頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富水裂隙巖體靜動載-滲流耦合試驗裝置，其特征在于所述加壓帽底面上以所述第三流通孔為中心設(shè)有多個環(huán)形凹槽，所述基座頂面上以所述出水孔為中心設(shè)有多個環(huán)形凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富水裂隙巖體靜動載-滲流耦合試驗裝置，其特征在于所述加壓帽和所述基座之間的裂隙巖樣存放處外安裝有一端與所述加壓帽密封、另一端與所述基座安裝臺密封的膜套。
專利摘要本實用新型涉及一種富水裂隙巖體靜動載-滲流耦合試驗裝置，包括軸向動應(yīng)力加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、壓力室、機架、孔隙水壓力測量裝置和流失量收集裝置，其中壓力室位于機架平臺上，壓力室包括基座、連接螺栓、支撐立柱、壓力室罩、活塞桿和活塞套，所述壓力室還包括連接在活塞桿下端的加壓帽，加壓帽內(nèi)設(shè)L型的流通孔，孔位于加壓帽中心，并在加壓帽底端面以孔位為中心刻制放射網(wǎng)狀環(huán)形凹槽；所述壓力室基座周邊設(shè)置3個L型的流通孔，基座底部中心設(shè)置1個直孔，并在基座頂斷面以孔位為中心刻制放射網(wǎng)狀環(huán)形凹槽；所述壓力室還包括連接加壓帽和基座L型孔的耐壓水管。所述活塞桿還包括傳感器座，固定于活塞桿上端部，既可與軸向作動器相連，也可與一般軸向壓力機相連，方便功能轉(zhuǎn)換。
文檔編號G01N33/24GK202210098SQ20112032312
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者丁祖德, 張運良, 彭立敏, 施成華, 楊偉超, 趙明橋, 雷明鋒, 黃娟 申請人:中南大學(xué)