一种土的剪切面及土与结构界面的环剪渗透实验装置

技术领域

本发明属于土体渗流试验装置技术领域，涉及一种土的剪切面及土与结构界面的环剪渗 透实验装置。

背景技术

传统的渗流试验装置将土样处于侧限或三轴应力状态下的渗透特性，不能测定土体在发 生大剪切变形下的渗透特性和渗透破坏比降。而处于实际土工构筑物中的土体由于施工过程 和工作应力状态的不同，往往发生了大的剪切形变。例如，高土石坝心墙与岸坡接触部位往 往发生大的剪切变形，该部位的土体在大水力梯度作用下土体剪切面或土与结构界面的渗透 破坏是造成土石坝渗透破坏事故的主要原因。研究大剪切变形条件下土体剪切面或土与结构 界面的渗流特性、尤其是土体剪切面或土与结构界面的渗透破坏比降的变化特性具有重要的 工程实用价值。

目前，现有技术还没有对上述问题提出解决方案，有必要提出一种渗透实验装置，可以 研究大剪切变形条件下土体剪切面或土与结构界面的渗流特性，对应力和水力耦合作用下土 体剪切面或土与结构界面的渗透破坏比降的变化特性提供实验研究手段。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种土的剪切面及土与结构界面的环剪渗透实验装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种土的剪切面及土与结构界面的环剪渗透实验装置，包括剪切盒、力施加装置和渗流 加压及测试系统，所述剪切盒包括固定半体和可旋转的叠放于固定半体上的剪切半体，

所述固定半体包括底板和设置在底板上同心设置的内环形凸台和外环形凸台，所述内环 形凸台和外环形凸台具有相同的高度，

所述剪切半体包括可旋转的叠放于内环形凸台的端面上的内环剪切盖和叠放于外环形凸 台的端面上的外环剪切盖，

所述内环形凸台与内环剪切盖的外径相同，所述外环形凸台与外环剪切盖的内径相同， 四者之间形成一个用于制备环形圆柱土试样的空心圆柱腔，

所述剪切半体还包括压盖，所述压盖包括加力端和压入端，所述加力端与扭矩施加装置 固定，所述压入端压入该空心圆柱腔内，

所述底板还设置有与内环形凸台和内环剪切盖一起形成的空腔相连通的进水孔，所述渗 流加压及测试系统与进水孔连通。

进一步，所述内环形凸台与内环剪切盖之间、外环形凸台与外环剪切盖之间设置有旋转 限位结构。

进一步，所述旋转限位结构包括设置于内环形凸台和外环形凸台上端面的锁钉和对应设 置在内环剪切盖和外环剪切盖下端面的锁钉滑槽，以及设置在锁钉滑槽上与锁钉对应的锁钉 进入孔。

进一步，所述锁钉分别设置在内环形凸台和外环形凸台上端面的同一直径的圆周上，任 意相邻两锁钉之间按不同夹角分布在各自所在的圆周上。

进一步，所述锁钉呈上大下小的T型结构，所述锁钉滑槽为与锁钉的T型结构相适应的 T型环形槽。

进一步，所述底板和压盖在构成空心圆柱腔的部分上设置有摩擦凹槽。

进一步，所述外环剪切盖、压盖和内环剪切盖之间设置有紧固螺钉。

进一步，所述内环剪切盖上设置有通气阀。

本发明的有益效果是：

本发明通过固定半体和可旋转的叠放于固定半体上的剪切半体，对环形柱体土样的某一 高度截面形成剪切效果，然后从环形试验的内部空腔加水进行径向渗流测试，从而实现对在 大剪切变形条件下土体剪切面或土与结构界面的渗流特性的研究，为土体渗透土体剪切面或 土与结构界面的渗透破坏比降的变化特性提供试验手段，并可据此提出解决方案，以减少大 坝或堤防工程的溃塌风险和安全事故的发生。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且 在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现 和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一 步的详细描述，其中：

图1为发明的一种土的剪切面及土与结构界面的环剪渗透实验装置的结构示意图；

图2为发明的一种土的剪切面及土与结构界面的环剪渗透实验装置的剖视图；

图3为发明的一种土的剪切面及土与结构界面的环剪渗透实验装置的固定半体的结构示 意图；

图4为发明的一种土的剪切面及土与结构界面的环剪渗透实验装置的剪切半体(不包括 压盖)的结构示意图；

图5为图4的仰视图；

图6为发明的一种土的剪切面及土与结构界面的环剪渗透实验装置的压盖的结构示意 图；

图7为图6的仰视图。

附图标记说明：

1-剪切盒；2-固定半体；3-剪切半体；4-内环形凸台；5-外环形凸台；6-内环形剪切盖； 7-外环形剪切盖；8-空心圆柱腔；9-压盖；10-进水孔；11-锁钉；12-锁钉滑槽；13-锁钉进入 孔；14-摩擦凹槽；15-紧固螺钉；16-通气阀。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例 仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图所示，本实施例一种土的剪切面及土与结构界面的环剪渗透实验装置，包括剪切盒 1、力施加装置(图中未示出)和渗流加压及测试系统(图中未示出)，所述剪切盒1包括固 定半体2和可旋转的叠放于固定半体2上的剪切半体3，使剪切半体3在力施加装置的作用 下可相对于固定半体2作旋转运动，实现对土样施加剪切扭矩，

所述固定半体2包括底板3和设置在底板3上同心设置的内环形凸台4和外环形凸台5， 所述内环形凸台4和外环形凸台5具有相同的高度，可对土样的同一截面进行渗透试验，

所述剪切半体3包括可旋转的叠放于内环形凸台4的端面上的内环剪切盖6和叠放于外 环形凸台5的端面上的外环剪切盖7，

所述内环形凸台4与内环剪切盖6的外径相同，所述外环形凸台5与外环剪切盖7的内 径相同，在在四者之间形成同一直径的空心圆柱腔8，从而制备同一直径的环形圆柱土试样，

所述剪切半体3还包括压盖9，所述压盖9包括加力端和压入端，所述加力端与扭矩施 加装置固定，所述压入端压入该空心圆柱腔8内，压紧环形圆柱土试样，与内环剪切盖6和 外环剪切盖7形成一整体，在力施加装置施加的扭矩作用下对土试样在剪切半体3与固定半 体的接合处所在的平面进行剪切。

所述底板3还设置有与内环形凸台4和内环剪切盖6一起形成的空腔相连通的进水孔10， 所述渗流加压及测试系统与进水孔10连通，对环形圆柱土试样受剪面施加压力水，检测其渗 流特性。

本实施例通过同高度的固定半体和可旋转的叠放于固定半体上的剪切半体，对环形柱体 土样的某一高度截面形成剪切效果，然后加水进行渗流检测，从而实现对在大剪切变形条件 下土体剪切面或土与结构界面的渗流特性的研究，为土体渗透土体剪切面或土与结构界面的 渗透破坏比降的变化特性提供试验手段，并可据此提出解决方案，以减少大坝或提防工程的 溃塌风险和安全事故的发生。

作为本实施例的改进，所述内环形凸台4与内环剪切盖6之间、外环形凸台5与外环剪 切盖7之间设置有旋转限位结构，所述旋转限位结构包括设置于内环形凸台4和外环形凸台 5上端面的锁钉11，与内环形凸台4上的锁钉11对应设置在内环剪切盖6下端面的锁钉滑槽 12，与外环形凸台5上的锁钉11对应设置在外环剪切盖7下端面的锁钉滑槽12，以及设置 在锁钉滑槽12上与锁钉11对应的锁钉进入孔13，所述锁钉11分别设置在内环形凸台和外 环形凸台上端面的同一直径的圆周上，对准锁钉11进入孔装入锁钉11，即将内环剪切盖6 及外环剪切盖7分别装入内环形凸台4和外环形凸台5上，并可相对于内环形凸台4和外环 形凸台5上作旋转运动，而不脱落。

作为本实施例的改进，所述锁钉11呈上大下小的T型结构，所述锁钉滑槽12为与锁钉 11的T型结构相适应的T型环形槽，可以防止锁钉11从锁钉滑槽12脱出，从而提高其使用 的安全性。

作为本实施例的改进，任意相邻两锁钉11之间按不同夹角分布在各自所在的圆周上，如 图5所示，其设置5个锁钉，两两夹角分别为α、β、γ、δ、φ，使内环剪切盖6从内环 形凸台4上脱离时只有一个位置，且使销钉在整个圆周上离开脱离位置时，最多只有一个销 钉对准一个销钉孔，其余的销钉均处于圆环槽内，从而大大提高与圆环槽的结构力，从而进 一步增加锁紧的可靠性和使用的安全性，同时，也可避免其它复杂的锁紧结构，有利于降低 材料成本和制造费用。

作为本实施例的改进，所述底板3和压盖9在构成空心圆柱腔的部分上设置有摩擦凹槽 14，使用摩擦凹槽14可增加与土试样的摩擦力，从而使固定半体或剪切半体与土试样之间的 脱离阻力更大，在施加扭矩时，不会发生相对转动，而影响试验效果。

作为本实施例的改进，所述外环剪切盖7、压盖9和内环剪切盖6之间设置有紧固螺钉 15，使三者土试样之间形成一个整体，增加其结合力。

作为本实施例的改进，所述内环剪切盖6上设置有通气阀16，可在加水检测时，先将底 板与内环形凸台4和内环剪切盖6一起形成的空腔内的气体排尽。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳 实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发 明的权利要求范围当中。