專利名稱:土石壩心墻水力劈裂試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
土石壩心墻水力劈裂試驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種測(cè)試土石壩心墻水力劈裂試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù):
[0002]目前,室內(nèi)測(cè)試土石壩心墻水力劈裂常用的模型試驗(yàn)有靜力模型試驗(yàn)和離心模型 試驗(yàn)。靜力模型試驗(yàn)通常包括普通三軸水力劈裂試驗(yàn)和真三軸水力劈裂試驗(yàn),一般是在圓 柱體或者長(zhǎng)方體試樣中心開(kāi)孔或者開(kāi)縫,再通過(guò)試樣底部往孔或者縫里面注水直到試樣被 劈開(kāi)。[0003]采用在試樣中心直接開(kāi)孔進(jìn)行水力劈裂試驗(yàn),方法簡(jiǎn)單,操作方便,運(yùn)用較多。但 是其存在以下一些問(wèn)題①首先,在試樣中心直接開(kāi)孔或者開(kāi)縫,試驗(yàn)過(guò)程中,在一定的應(yīng) 力狀態(tài)下,開(kāi)孔的變形會(huì)對(duì)試樣的變形和強(qiáng)度產(chǎn)生影響,直接導(dǎo)致土體力學(xué)參數(shù)的偏差 再者,從試樣底部往開(kāi)孔或者開(kāi)縫注水時(shí),在試樣底面與壓力室底座的接觸面處會(huì)產(chǎn)生滲 流,改變了試驗(yàn)底部邊界條件,從而進(jìn)一步影響試驗(yàn)的變形和強(qiáng)度;③其次,往試樣圓柱形 開(kāi)孔注水時(shí)產(chǎn)生的徑向壓力,使試樣弦上受拉,沿豎向開(kāi)裂,這也就是水力劈裂試驗(yàn)中主要 表現(xiàn)為豎向裂縫的原因;④此外,根據(jù)通常的概念,由于心墻與壩殼堆石的模量差而產(chǎn)生 的“拱作用”是可能出現(xiàn)水力劈裂的根本原因之一。根據(jù)這一初步的判斷,在試樣中心開(kāi) 孔然后注水使其產(chǎn)生劈裂的方法并不滿足水力劈裂的受力條件。因此,利用這樣的試驗(yàn)?zāi)?擬心墻堆石壩水力劈裂的發(fā)生條件和發(fā)展過(guò)程將具有較大的難度,其相關(guān)成果也很難應(yīng) 用于土石壩的工程實(shí)踐。[0004]利用離心模型試驗(yàn)進(jìn)行水力劈裂試驗(yàn),是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種試驗(yàn)方法。是利 用離心力場(chǎng)和重力場(chǎng)等價(jià)的原理,在小比尺模型中再現(xiàn)原型結(jié)構(gòu)物的應(yīng)力、變形狀態(tài)。但 是,①有研究表明,采用離心試驗(yàn)?zāi)M美國(guó)Teton壩破壞的試驗(yàn)時(shí),結(jié)果表明心墻并沒(méi)有發(fā) 生水力劈裂現(xiàn)象,這與1976年Teton壩蓄水失事的分析結(jié)果完全相悖,這表明離心試驗(yàn)結(jié) 果有時(shí)也并不可靠;②在離心試驗(yàn)的實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn),通過(guò)調(diào)整土柱側(cè)邊接觸條件產(chǎn)生的 拱作用并不明顯,土柱經(jīng)常不會(huì)發(fā)生水力劈裂。可見(jiàn)離心試驗(yàn)進(jìn)行水力劈裂分析,其結(jié)果 具有不確定性,有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)與實(shí)際相悖的結(jié)論,也不足以利用其對(duì)心墻水力劈裂進(jìn)行 判斷與預(yù)測(cè),在工程運(yùn)用中有待進(jìn)一步完善。發(fā)明內(nèi)容[0005]本實(shí)用新型的目的在于,針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種土石壩心墻水力劈裂試 驗(yàn)裝置,滿足水力劈裂的受力條件,保證試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為,一種土石壩心墻水力劈裂試驗(yàn)裝置,包括壓力室、壓力 室內(nèi)的用于支撐試樣的底座,底座內(nèi)設(shè)有注水孔,所述底座中心設(shè)有圓柱形凹槽,圓柱形凹 槽的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有底座螺紋,所述注水孔的一端延伸至該圓柱形凹槽的底部;所述試驗(yàn)裝置 還包括置于試樣內(nèi)部并向試樣內(nèi)部注水的注水裝置,該注水裝置包括中空套筒和套裝在套 筒內(nèi)的空心圓柱形構(gòu)件,所述套筒的外徑與圓柱形凹槽的內(nèi)徑一致,并在套筒的側(cè)壁開(kāi)有套筒噴水孔,套筒底部外壁設(shè)有與底座螺紋配合的套筒底部螺紋,而套筒頂部外壁設(shè)有套 筒頂部螺紋;所述構(gòu)件的外徑與套筒的內(nèi)徑為間隙配合,并在構(gòu)件的頂部設(shè)有可蓋裝在套 筒頂部的帽蓋,帽蓋在與套筒頂部螺紋對(duì)應(yīng)處設(shè)有與套筒頂部螺紋配套的帽蓋螺紋,所述 帽蓋螺紋與套筒頂部螺紋完全旋緊時(shí)與套筒噴水孔對(duì)應(yīng)位置的構(gòu)件外壁設(shè)有構(gòu)件噴水孔。[0007]所述套筒外壁設(shè)有月牙形螺紋,一是使土體在壓縮過(guò)程中產(chǎn)生土拱效應(yīng),二是螺 紋使得套筒外壁周圍土體表面產(chǎn)生微裂隙,為水力劈裂試驗(yàn)的順利實(shí)施提供了重要條件和 保障。[0008]所述帽蓋頂部為六棱錐,方便裝卸,其頂部設(shè)計(jì)成六凌錐,起到減小頂部豎向壓力 的作用,防止因豎向壓力過(guò)大套筒產(chǎn)生彎曲變形導(dǎo)致止水失效。[0009]所述底座圓柱形凹槽的底部設(shè)有環(huán)形底座凹槽,并在底座凹槽內(nèi)安裝套筒底部密 封圈。[0010]所述帽蓋置于套筒頂部的位置設(shè)有環(huán)形帽蓋凹槽,并在帽蓋凹槽內(nèi)安裝套筒頂部 密封圈。[0011]所述圓柱形凹槽的直徑為試樣直徑的1/10-1/5。[0012]所述套筒高度為試樣高度的1/2-2/3。[0013]本裝置的安裝方法如下[0014](I)試驗(yàn)時(shí),先將套筒底部密封圈安裝在試樣底座凹槽處,再將套筒通過(guò)套筒底 部螺紋和底座螺紋固定在底座上,然后將中間帶孔洞的透水石穿過(guò)套筒放置到底座上。[0015](3)接下來(lái)將套筒頂部密封圈安置到帽蓋凹槽處,將構(gòu)件放入套筒內(nèi),擰動(dòng)套筒, 擰到一半左右停止擰動(dòng),此時(shí)套筒噴水孔與構(gòu)件噴水孔并不重合,套筒噴水孔被構(gòu)件筒壁 擋住,目的是防止制樣擊實(shí)過(guò)程中土體擠進(jìn)套筒噴水孔中。[0016](4)按相關(guān)規(guī)范分5層擊實(shí)土樣,當(dāng)土樣高度擊實(shí)到距離帽蓋約l-2cm時(shí),再將帽 蓋擰緊,此時(shí)套筒噴水孔與構(gòu)件噴水孔重合,形成了試驗(yàn)裝置中的噴水孔。接著繼續(xù)分層擊 實(shí)試樣,這時(shí),由于下面的土層已經(jīng)擊實(shí),上面土層在擊實(shí)過(guò)程中對(duì)下層影響很小,土體不 會(huì)進(jìn)入到噴水孔內(nèi)。[0017](5)試樣制好后,按著三軸試驗(yàn)的操作規(guī)程,通過(guò)圍壓進(jìn)水口往壓力室內(nèi)注水,施 加小圍壓,然后經(jīng)由試樣頂部排水孔、控制閥門(mén)對(duì)試樣進(jìn)行抽氣飽和。飽和完成后,施加圍 壓對(duì)試樣進(jìn)行固結(jié),固結(jié)完成后,按著設(shè)定的應(yīng)力狀態(tài)對(duì)試樣進(jìn)行軸向加壓,使其達(dá)到某一 應(yīng)力水平。[0018](6)接下來(lái)進(jìn)行水力劈裂試驗(yàn),將水壓從增設(shè)的注水孔注入,水流從噴水孔射出, 對(duì)土體進(jìn)行劈裂,由于套筒外壁的螺紋作用,在試樣壓縮過(guò)程中將產(chǎn)生土拱效應(yīng),并使套筒 周圍土體表面產(chǎn)生微裂隙,保證了水力劈裂的發(fā)生、發(fā)展。最后直至試樣劈裂破壞,記錄劈 裂水頭的變化。[0019]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是在試樣內(nèi)部提供一個(gè)劈裂水頭注水裝置,①在一定應(yīng)力狀態(tài) 下,克服了因試樣開(kāi)孔的變形而影響試樣的變形和強(qiáng)度;②進(jìn)行劈裂注水時(shí),由于水只能經(jīng) 由套筒從噴水孔噴出,不會(huì)影響試樣底面與壓力室底座的接觸邊界條件;③注水時(shí)因套筒 的存在,對(duì)試樣內(nèi)部產(chǎn)生的徑向壓力可以忽略不計(jì),水流只從噴水孔方向射出對(duì)土體進(jìn)行 劈裂,不會(huì)像空心試樣一樣使試樣沿徑向受拉,導(dǎo)致土體出現(xiàn)大量豎向裂縫,改善了土體內(nèi) 部的受力條件;④在套筒外壁制做了月牙形螺紋,在豎向荷載下,因土體與套筒的相對(duì)變形產(chǎn)生“拱作用”,為水力劈裂的形成提供了重要條件;⑤與此同時(shí),由于螺紋的存在,在試樣 受壓過(guò)程中,套筒周圍土體會(huì)出現(xiàn)許多微裂縫,這為水力劈裂的發(fā)展提供了必要條件。此 夕卜,構(gòu)件的頂部設(shè)計(jì)成六棱錐,起到試樣受壓時(shí)減小對(duì)劈裂水頭注水裝置豎向壓力的作用, 其六邊形帽蓋主要起到裝、卸擰動(dòng)方便的作用。該裝置的設(shè)計(jì)解決了現(xiàn)行水力劈裂試驗(yàn)中所采用的裝置技術(shù)上的缺點(diǎn),尤其是其 滿足水力劈裂的受力條件。從而進(jìn)一步保證了試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。
圖1為本實(shí)用新型所述裝置結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為套筒結(jié)構(gòu)示意圖;圖3為構(gòu)件結(jié)構(gòu)示意圖;圖4為試樣底座結(jié)構(gòu)示意圖;示意圖中零部件的標(biāo)號(hào)說(shuō)明1.軸向壓力,2.壓力室,3.試樣頂部排水管,4.橡皮膜,5.套筒 底部密封圈,6.圍壓進(jìn)水孔,7.試樣頂部排水孔,8.試樣底座,9.加壓板, 10.試樣頂部透水石,11.試樣,12.套筒頂部密封圈,13.注水裝置,14.噴 水孔,15.試樣底部環(huán)形透水石,16.試樣底部進(jìn)水孔,17.控制閥門(mén),18.注 水孔,19.套筒,20.套筒頂部螺紋,21.套筒外壁,22.套筒噴水孔,23.月 牙形螺紋,24.套筒內(nèi)壁,25.套筒底部螺紋, 26.構(gòu)件,27.頂部六棱錐, 28帽蓋凹槽,29帽蓋螺紋,30帽蓋,31構(gòu)件噴水孔,32構(gòu)件外壁,33構(gòu)件 內(nèi)壁,34圓柱形凹槽,35底座螺紋,36底座凹槽。
具體實(shí)施方式
如圖1所示,一種土石壩心墻水力劈裂試驗(yàn)裝置,包括壓力室2、壓力室2內(nèi)的用于 支撐試樣11的底座8,底座8內(nèi)設(shè)有注水孔18。如圖4所示,底座8中心設(shè)有圓柱形凹槽34,所述圓柱形凹槽34的直徑為試樣11 直徑的1/5,圓柱形凹槽34的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有底座螺紋35,所述注水孔18的一端延伸至該圓柱 形凹槽34的底部;如圖2所示,試驗(yàn)裝置還包括置于試樣11內(nèi)部并向試樣11內(nèi)部注水的注水裝置, 其由鋼制成,該注水裝置包括中空套筒19和套裝在套筒19內(nèi)的空心圓柱形構(gòu)件26,所述套 筒19的外徑與圓柱形凹槽34的內(nèi)徑為間隙配合,所述套筒19高度為試樣11高度的2/3, 并在套筒19的側(cè)壁開(kāi)有套筒噴水孔22,套筒19底部外壁設(shè)有與底座螺紋35配合的套筒底 部螺紋25,而套筒19頂部外壁設(shè)有套筒頂部螺紋20 ;套筒外壁21設(shè)有月牙形螺紋23。如圖3所示,構(gòu)件26的外徑與套筒19的內(nèi)徑一致,并在構(gòu)件26的頂部設(shè)有可蓋 裝在套筒19頂部的帽蓋30,帽蓋30在與套筒頂部螺紋20對(duì)應(yīng)處設(shè)有與套筒頂部螺紋20 配套的帽蓋螺紋29,所述帽蓋螺紋29與套筒頂部螺紋20完全旋緊時(shí)與套筒噴水孔22對(duì)應(yīng) 位置的構(gòu)件外壁32設(shè)有構(gòu)件噴水孔31 ;所述帽蓋30頂部為六棱錐27。所述底座圓柱形凹槽34的底部設(shè)有環(huán)形底座凹槽36,并在底座凹槽36內(nèi)安裝套 筒底部密封圈5。[0032]所述 帽蓋30置于套筒19頂部的位置設(shè)有環(huán)形帽蓋凹槽28,并在帽蓋凹槽28內(nèi)安裝套筒頂部密封圈12。
權(quán)利要求1.一種土石壩心墻水力劈裂試驗(yàn)裝置,包括壓力室(2)、壓力室(2)內(nèi)的用于支撐試樣(11)的底座(8),底座(8)內(nèi)設(shè)有注水孔(18),其特征是,所述底座(8)中心設(shè)有圓柱形凹槽(34),圓柱形凹槽(34)的內(nèi)側(cè)壁設(shè)有底座螺紋(35),所述注水孔(18)的一端延伸至該圓柱形凹槽(34)的底部;所述試驗(yàn)裝置還包括置于試樣(11)內(nèi)部并向試樣(11)內(nèi)部注水的注水裝置,該注水裝置包括中空套筒(19)和套裝在套筒(19)內(nèi)的空心圓柱形構(gòu)件(26),所述套筒(19)的外徑與圓柱形凹槽(34)的內(nèi)徑一致,并在套筒(19)的側(cè)壁開(kāi)有套筒噴水孔(22),套筒(19)底部外壁設(shè)有與底座螺紋(35)配合的套筒底部螺紋(25),而套筒(19)頂部外壁設(shè)有套筒頂部螺紋(20);所述構(gòu)件(26)的外徑與套筒(19)的內(nèi)徑為間隙配合,并在構(gòu)件(26)的頂部設(shè)有可蓋裝在套筒(19)頂部的帽蓋(30),帽蓋(30)在與套筒頂部螺紋(20)對(duì)應(yīng)處設(shè)有與套筒頂部螺紋(20)配套的帽蓋螺紋(29),所述帽蓋螺紋(29)與套筒頂部螺紋(20 )完全旋緊時(shí)與套筒噴水孔(22 )對(duì)應(yīng)位置的構(gòu)件外壁(32 )設(shè)有構(gòu)件噴水孔(31)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述土石壩心墻水力劈裂試驗(yàn)裝置,其特征是,所述套筒外壁(21)設(shè)有月牙形螺紋(23)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述土石壩心墻水力劈裂試驗(yàn)裝置,其特征是,所述帽蓋(30)頂部為六棱錐(27)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述土石壩心墻水力劈裂試驗(yàn)裝置,其特征是,所述底座圓柱形凹槽(34)的底部設(shè)有環(huán)形底座凹槽(36),并在底座凹槽(36)內(nèi)安裝套筒底部密封圈(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述土石壩心墻水力劈裂試驗(yàn)裝置,其特征是,所述帽蓋(30)置于 套筒(19)頂部的位置設(shè)有環(huán)形帽蓋凹槽(28),并在帽蓋凹槽(28)內(nèi)安裝套筒頂部密封圈(12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述土石壩心墻水力劈裂試驗(yàn)裝置,其特征是,所述圓柱形凹槽(34)的直徑為試樣(11)直徑的1/10-1/5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述土石壩心墻水力劈裂試驗(yàn)裝置,其特征是,所述套筒(19)高度為試樣(11)高度的1/2-2/3。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種測(cè)試土石壩心墻水力劈裂試驗(yàn)裝置,具體是在普通三軸儀壓力室底座對(duì)應(yīng)于試樣中心位置處增設(shè)一個(gè)進(jìn)水孔,在進(jìn)水孔上固定一個(gè)直立的帶螺紋的套筒,套筒內(nèi)再安裝一個(gè)帶筒壁的旋轉(zhuǎn)式空心圓柱形鋼制構(gòu)件,并在套筒與構(gòu)件筒壁一定位置處預(yù)設(shè)一個(gè)噴水孔,通過(guò)底座增設(shè)的進(jìn)水孔加入水壓,在噴水孔處形成劈裂水頭。該實(shí)用新型克服了現(xiàn)行直接采用空心試樣進(jìn)行水力劈裂試驗(yàn)的缺點(diǎn),也解決了離心水力劈裂試驗(yàn)土拱效應(yīng)不明顯的問(wèn)題,更合理的反映了水力劈裂的條件和作用方式,適用于土石壩心墻水力劈裂試驗(yàn)及劈裂水頭的確定。
文檔編號(hào)G01N3/10GK202869901SQ201220594028
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者彭凱, 馮樹(shù)榮, 蔡昌光 申請(qǐng)人:中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院