一种模拟库边岩土强度试验装置和方法

技术领域

本发明涉及一种模拟库边岩土强度试验装置和方法。

背景技术

水库水位旱涝交替变化引起岸坡消落带内岩石随水库水位涨落渗入和渗出，并带走岩石孔隙中的部分矿物，使岩土发生损伤，当损伤累积到一定程度，其强度将发生大幅度降低，甚至导致岩石的开裂破坏，严重者将引起岸坡的失稳。因此，为了合理评价库水位周期性变化条件下岩质岸坡的稳定性，需要通过试验确定库水位周期变化条件下岸坡消落带内的岩石强度。现有试验方式是向试样沿着垂直方向注水，试样各方向围压相同，而现实库边岩土是以水平方向向岩土注水，并且岩土各个方向上的受压情况并不相同，并且会随着水位变化、温度变化和振动等因素而变化，因此现有试验不能完全模拟岸边岩土真实受压和注水情况，使得检测的岩土强度与实际岸边岩土强度存在一定误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟库边岩土强度试验装置和方法，用于解决现有岩土强度试验不能很好模拟实际岸边岩土受压和注水情况，导致检测的岩土强度与实际岸边岩土强度存在一定误差的问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种模拟库边岩土强度试验装置，包括支腿，支腿与面板连接，面板通过多根螺杆与反力架固定连接，在面板上放置有试验箱，岩土试样放置在试验箱中心，由岩土试样将试验箱分隔成四个空腔，在各空腔一侧试验箱上安装有气缸，气缸活塞杆与万向球座连接，左右两个空腔中的万向球座与岩土试样之间设有孔板，前后两个空腔中的万向球座与岩土试样之间设有橡胶板和压板，气缸通过气管连通气源，在气管上安装有阀门组件，在试验箱顶板上开设有通孔，在通孔内岩土试样上放置有轴向测量表和压板，轴向测量表与反力架之间设有油缸，试验箱左腔底部连通有排水管，试验箱右腔底部通过进水管连通试压泵、顶部连通排气管。

支腿与面板之间设有减震器，在面板底部安装有振动器。

在进水管上连通有支管。

在排水管下方设有量杯。

所述阀门组件包括比例阀和电磁阀，比例阀和电磁阀与PLC连接。

一种模拟库边岩土强度试验装置的方法，包括以下步骤：

S1：将岩土试样装入到试验箱内，确保试验箱顶盖和前后盖与试样之间密封；

S2：各气缸同时加载，并通过阀门组件对气缸施加压力进行调节，模拟实际库边岩土试样的应力状态；

S3:打开试验箱右腔顶部排气管上的阀门，同时启动试压泵，将水灌满右边空腔，而后关闭阀门，将自来水加压至0.1Mpa以上，岩土试样从右向左渗透至左腔，当达到模拟水渗透时间t后，停止向岩土试件压水；

S4：让岩土试样处于右腔浸泡状态，模拟库边岩土试样处于浸泡状态；

S5：油缸向岩土试样持续施加轴向荷载，由轴向测量表检测岩土试样在压缩过程中应变值的大小，在保存岩土应力状态不变的条件下，岩土试样最终破坏，以获得库边岩土在库水浸泡库水中时的强度变化情况。

本发明的有益效果为：通过气缸向岩土试样四面同时施压，以模拟岩土试样在实际中受压情况下，水库边坡岩土单面泡水时的强度试验，以及退水后，潮湿岩土的强度试验，由此能够真实的模拟出水库边岩土各个方向的真实受压和注水状态，检测出岩土在此状态下的强度数据，提高检测结果的准确性和真实性。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明的主视结构示意图，

图2为图1中A-A处的结构示意图，

图3为本发明关于孔板的结构示意图。

图中：支腿1、量杯2、减震器3、面板4、试验箱5、气缸6、向球座7、孔板8、反力架9、轴向测量表10、油缸11、施力板12、排气管13、油泵14、岩土试样15、试压泵16、进水管17、振动器18、橡胶板19、压板20、比例阀21、电磁阀22、空腔23。

具体实施方式

如图1到3所示，一种模拟库边岩土强度试验装置，包括支腿1，支腿1与面板4连接，面板4通过多根螺杆与反力架9固定连接，在面板4上放置有试验箱5，岩土试样15放置在试验箱5中心，由岩土试样15将试验箱5分隔成四个空腔23，在各空腔23一侧试验箱5上安装有气缸6，气缸6活塞杆与万向球座7连接，左右两个空腔23中的万向球座7与岩土试样15之间设有孔板8，前后两个空腔23中的万向球座7与岩土试样15之间设有橡胶板19和施力板12，由橡胶板19对岩土试样15前后两面进行密封，气缸6通过气管连通气源，在气管上安装有阀门组件，在试验箱5顶板上开设有通孔，在通孔内岩土试样15上放置有轴向测量表10和压板20，轴向测量表10与反力架9之间设有油缸11，试验箱5左腔底部连通有排水管，试验箱5右腔底部通过进水管17连通试压泵16、顶部连通排气管13。

支腿1与面板4之间设有减震器3，在面板4底部安装有振动器18。振动器18是用来模拟水库在出现山洪或者地震时，库边岩土的真实状态。

在进水管上连通有支管，支管上装配有阀门。

在排水管下方设有量杯2。量杯2记录溢出的水含量，方便记录岩土试样15不同高度处的水压力。

所述阀门组件包括比例阀21和电磁阀22，比例阀21和电磁阀22与PLC连接。比例阀21为IVT电气比例阀21，通过比例阀21和电磁阀22可以方便对气缸6的施加压力进行调节。

实施例1：

一种模拟库边岩土强度试验装置的方法，本实施例是用于检测库边岩土处于泡水状态时的强度，包括以下步骤：

S1：将岩土试样15装入到试验箱内，确保试验箱5顶盖和前后盖与试样之间密封；

S2：各气缸6同时加载，并通过阀门组件对气缸6施加压力进行调节，模拟实际库边岩土试样15的应力状态，例如：岸边岩土为凸出于底面的堤坝，堤坝岩土挡水面、背水面和前后两侧面所受压力并不相同，因此采用气缸6驱动压板20和孔板8的方式来模拟库边岩土在实际状态下受压情况下，以对岩土强度进行测试；

S3:打开试验箱5右腔顶部排气管13上的阀门，同时启动试压泵16，将水灌满右边空腔23，而后关闭阀门，将自来水加压至0.1Mpa以上，岩土试样15从右向左渗透至左腔，当达到模拟水渗透时间t后，停止向岩土岩土试样15压水；岩土试样15右面相当于堤坝的挡水面，当水库涨水时，水是由挡水面向背水面渗透，就相当于本试验中，加压水从右向左对岩土试样15进行渗透，右侧气缸6驱动孔板8施加到岩土试样15的压力相当于水库中水施加到岩土试样15的压力。

S4：让岩土试样15处于右腔浸泡状态，模拟库边岩土试样15处于浸泡状态；

S5：油缸11向岩土试样15持续施加轴向荷载，由轴向测量表10检测岩土试样15在压缩过程中应变值的大小，在保存岩土应力状态不变的条件下，岩土试样15最终破坏，以获得库边岩土在库水浸泡库水中时的强度变化情况。

实施例2：

一种模拟库边岩土强度试验装置的方法，本实施例是用于检测库边岩土在先泡水、后退水状态时的强度，包括以下步骤：

S1：将岩土试样15装入到试验箱内，确保试验箱5顶盖和前后盖与试样之间密封；

S2：各气缸6同时加载，并通过阀门组件对气缸6施加压力进行调节，模拟实际库边岩土试样15的应力状态；

S3:打开试验箱5右腔顶部排气管13上的阀门，同时启动试压泵16，将水灌满右边空腔23，而后关闭阀门，将自来水加压至0.1Mpa以上，岩土试样15从右向左渗透至左腔，当达到模拟水渗透时间t后，停止向岩土试件压水；

S4：排空左腔和右腔中的水，让岩土试样15处于潮湿状态，同时右腔气缸6压力下降，左腔气缸6压力升高，模拟岸边岩土试样15的退水状态；这样就模拟出了水库涨水和退水后的库边岩土状态，因为退水，水库内水施加给岩土试样15的压力消失，所以需要将右腔气缸6压力下降。

S5：油缸11向岩土试样15持续施加轴向荷载，由轴向测量表10检测岩土试样15在压缩过程中应变值的大小，在保存岩土应力状态不变的条件下，岩土试样15最终破坏，以获得库边岩土在库水的强度变化情况。利用气缸6弹性，并且气缸6使用万向球座7与压板20和孔板8连接，使得压板20和孔板8能够受压变形，使岩土试样15受到轴向荷载需要破坏时不受影响。

在进行到步骤S5时，振动器18启动。振动器18是用来模拟水库在出现山洪或者地震时，库边岩土的真实状态。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。