基于轴向渗透和侧向围压作用下的混凝土竖向机械荷载作用试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及混凝土载荷试验装置领域，特别是基于轴向渗透和侧向围压作用下的混凝土竖向机械荷载作用试验装置试验方法。

背景技术

目前，对于混凝土材料在受到轴向渗透和侧向围压环境的轴向受压试验装置还未有记载，但是针对此类混凝土在多种复杂情况下耦合作用的研究也因为此类实验仪器的限制还不能开展，这主要是因为传统围压桶在进行混凝土水环境时，不能做到轴向渗透水环境和侧向围压水环境相对独立，而本专利可以巧妙地解决这一大问题。

发明内容

为了解决基于轴向渗透和侧向围压作用下的混凝土竖向机械荷载作用试验装置。本发明型将轴向渗透环境和侧向围压环境相互独立，同时可以考虑多种尺寸的混凝土试件、多种渗透水速率、多级围压水压力和不同轴向静动荷载等情况下的混凝土轴向渗透和侧向围压试验装置及试验方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：基于轴向渗透和侧向围压作用下的混凝土竖向机械荷载作用试验装置，它包括承压台底座，所述承压台底座的外缘加工有固定卡槽，所述固定卡槽上安装有围压水箱，所述承压台底座的中心安装有承压平台，所述承压平台的顶部设置有下部钢制套环，在下部钢制套环内部安装有混凝土试件，所述混凝土试件的顶部安装有上部钢制套环，所述上部钢制套环内部通过螺纹连接旋紧有上部渗透板，所述上部渗透板上均布加工有细密小孔，所述上部渗透板的中心卡槽插装有渗透板钥匙，所述承压平台上固定安装有混凝土变形位移计，所述承压平台内部贯穿设有渗透水排水管道直至承压台底座的侧面，所述围压水箱的内部顶端焊接固定有上部传力柱，上部传力柱中部设有贯穿的渗透水通道。

所述混凝土试件的底部与下部钢制套环相接触的位置套装有隔水胶套，所述混凝土试件顶部与上部钢制套环相接触的位置套装有隔水胶套。

所述下部钢制套环的内部通过螺纹连接旋紧有下部密封板。

所述混凝土试件通过试件固定钢块固定在承压平台上，所述试件固定钢块通过多条移动卡槽固定在承压平台的顶部。

所述混凝土变形位移计的上部探头下侧焊接位移计杆部弹簧。

所述围压水箱的底端外部安装有固定钢块，利用固定垫条箍紧至围压水箱侧面，通过固定垫条上部的多个固定螺栓稳定固定垫条及固定钢块。

所述上部传力柱下部设有与混凝土上部钢制套环对接的卡槽，保证钢制套环可以完全嵌入传力柱底部。

所述围压水箱的外壁上固定安装有渗透水进水阀门和围压水进水阀门，在承压台底座的外壁上固定安装有渗透水排水阀门和围压水排水阀门。

所述围压水箱的顶部设置有围压水箱上部换气口，和围压桶加压通道。

所述围压水箱的内壁上安装有围压水箱内部压力传感器。

基于轴向渗透和侧向围压作用下的混凝土竖向机械荷载作用试验装置的试验方法，其特征在于它包括以下步骤：

步骤一，实验前，先将混凝土试件进行打磨处理加工，检查圆柱体混凝土试件保证其上下表面无明显裂纹，将其从底部嵌套入下部钢制套环，通过下部钢制套环后，将其套入钢制套环上的隔水胶套直至上部钢制套环，将渗透板钥匙插入上部渗透板中部卡槽，将上部渗透板旋紧至上部钢制套环内侧的螺纹，至此保证混凝土试件上部达到完全密封状态，同理利用下部带孔洞的下部密封板将其旋紧至下部钢制套环，保证混凝土试件下部渗透水空间与外部围压水空间绝对隔绝。

步骤二，将混凝土试件摆放至承压平台中部，保证下部密封板中部的孔洞与渗透水排水管道入口对接成功，利用承压平台上部四面的试件固定钢块通过四条移动卡槽将混凝土试件固定在承压平台中部，向下按动混凝土变形位移计探头，检测混凝土变形位移计杆部弹簧是否正常运作，利用电脑终端的位移变化曲线检验高水压作用下的混凝土变形位移计是否正常运行。

步骤三，利用吊装装置，将吊装至承压平台下部的承压台底座上，承压台底座侧面设置有固定卡槽，将围压水箱内侧卡槽对接至承压台底座侧面的固定卡槽，并利用围压水箱外部的桶围压固定钢块及固定垫条卡住围压水箱，旋紧固定垫条上的固定螺栓，保证围压水箱在高围压水作用下依旧稳定。

步骤四，利用加载框架将上部传力柱向下移动至混凝土试件上部，以此将上部传力柱内侧的卡槽对接上部钢制套环，保证混凝土试件上部完全密封，至此渗透水通道与外围围压水空间互不接触，使混凝土试件轴向渗透水空间与外部围压水空间绝对隔绝，当混凝土变形位移计传出的数据显示达到预设位移时，说明上部传力柱已经完全压紧混凝土试件，此时暂停加载框架。此时打开渗透水进水阀门和渗透水排水阀门，渗透水排水阀门通过承压平台内部渗透水排水管道通向围压水箱外部空间，当渗透水从渗透水排水阀门排出时，说明此时混凝土试件已被渗透水完全浸入，此装置可以考虑通过调节不同渗透水浸入速度研究其对混凝土的影响。

步骤五，关闭围压水箱下部的围压水排水阀门，打开围压水箱进水阀门将纯净水导入围压水箱，当围压水箱上部换气口出水后，说明围压水箱已经完全被纯净水填满，此时反复开关围压水箱上部换气口三至五次，使得围压水箱内的空气被完全排出，利用加压泵通过围压桶加压通道对围压水箱内部围压水进行加压，利用围压水箱内部压力传感器测定水压大小，当围压接近预设围压值时，关闭围压桶加压通道。

步骤六，通过轴向传力柱对混凝土进行轴向加压，通过混凝土变形位移计传出的数据信息，控制轴向传力柱加载试验。

步骤七，实验结束后，关闭渗透水进水阀门，利用渗透水排水阀门将渗透水空间的渗透水排净，同时打开围压水箱下部的围压水排水阀门，将围压水排净，当两个排水阀门不在排水后，打开围压水箱，取出混凝土试件残渣，并将仪器归位。

本发明有如下有益效果：

通过将混凝土轴向渗透水和侧向围压水环境实现完全独立，可以实现混凝土在受到轴向渗透情况下和侧向高水头作用下的混凝土轴向机械荷载作用下多耦合作用的复杂情况的试验研究，该专利同时可以考虑多种尺寸的混凝土试件、多种渗透水速率、多级围压水压力和不同轴向静动荷载等情况下的混凝土轴向渗透和侧向围压试验装置。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的主剖视图。

图2是本发明上部钢制套环和围压水箱配合结构示意图。

图3是本发明渗透板钥匙和上部钢制套环配合结构示意图。

图中，混凝土试件1、下部钢制套环2、隔水胶套3、上部钢制套环4、渗透板钥匙5、上部渗透板6、下部密封板7、承压平台8、试件固定钢块9、移动卡槽10、渗透水通道11、混凝土变形位移计12、围压水箱13、承压台底座14、固定卡槽15、固定钢块16、固定垫条17、固定螺栓18、上部传力柱19、卡槽20、渗透水进水阀门21、渗透水排水阀门22、围压水排水阀门23、围压水进水阀门24、围压水箱上部换气口25、围压桶加压通道26、围压水箱内部压力传感器27。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

如图1-3，基于轴向渗透和侧向围压作用下的混凝土竖向机械荷载作用试验装置，它包括承压台底座14，所述承压台底座14的外缘加工有固定卡槽15，所述固定卡槽15上安装有围压水箱13，所述承压台底座14的中心安装有承压平台8，所述承压平台8的顶部设置有下部钢制套环2，在下部钢制套环2内部安装有混凝土试件1，所述混凝土试件1的顶部安装有上部钢制套环4，所述上部钢制套环4内部通过螺纹连接旋紧有上部渗透板6，所述上部渗透板6上均布加工有细密小孔，所述上部渗透板6的中心卡槽插装有渗透板钥匙5，所述承压平台8上固定安装有混凝土变形位移计12，所述承压平台8内部贯穿设有渗透水排水管道直至承压台底座14的侧面，所述围压水箱13的内部顶端焊接固定有上部传力柱19，上部传力柱19中部设有贯穿的渗透水通道11。

进一步的，所述混凝土试件1的底部与下部钢制套环2相接触的位置套装有隔水胶套3，所述混凝土试件1顶部与上部钢制套环4相接触的位置套装有隔水胶套。其中所述隔水胶套3的大小可以根据试件大小更换，连接处经过防水乳胶处理，达到绝对密封，外部水无法从连接处进入胶套内部。

进一步的，所述下部钢制套环2的内部通过螺纹连接旋紧有下部密封板7。

进一步的，所述混凝土试件1通过试件固定钢块9固定在承压平台8上，所述试件固定钢块9通过多条移动卡槽10固定在承压平台8的顶部。通过四条移动卡槽10将该试件卡住保持稳定。

进一步的，所述混凝土变形位移计12的上部探头下侧焊接位移计杆部弹簧。保证位移计弹性恢复能力。

进一步的，所述围压水箱13的底端外部安装有固定钢块16，利用固定垫条17箍紧至围压水箱13侧面，通过固定垫条17上部的多个固定螺栓18稳定固定垫条17及固定钢块16。

进一步的，所述上部传力柱19下部设有与混凝土上部钢制套环4对接的卡槽20，保证钢制套环可以完全嵌入传力柱底部。

进一步的，所述围压水箱13的外壁上固定安装有渗透水进水阀门21和围压水进水阀门24，在承压台底座14的外壁上固定安装有渗透水排水阀门22和围压水排水阀门23。

进一步的，所述围压水箱13的顶部设置有围压水箱上部换气口25，和围压桶加压通道26。

进一步的，所述围压水箱13的内壁上安装有围压水箱内部压力传感器27。

实施例2：

实验前，先将混凝土试件进行打磨处理加工。

使用所述的基于轴向渗透和侧向围压作用下的混凝土竖向机械荷载作用试验装置，包括如下步骤：

步骤一：检查圆柱体混凝土试件1保证其上下表面无明显裂纹，将其从底部嵌套入下部钢制套环2，通过下部钢制套环2后，将其套入钢制套环2上的隔水胶套3直至上部钢制套环4。将渗透板钥匙5插入上部渗透板6中部卡槽，将上部渗透板6旋紧至上部钢制套环4内侧的螺纹，至此保证混凝土试件1上部达到完全密封状态，同理利用下部带孔洞的下部密封板7将其旋紧至下部钢制套环2，保证混凝土试件1下部渗透水空间与外部围压水空间绝对隔绝。

步骤二：将混凝土试件1摆放至承压平台8中部，保证下部密封板中部的孔洞与渗透水排水管道入口对接成功，利用承压平台8上部四面的试件固定钢块9通过四条移动卡槽10将混凝土试件1固定在承压平台8中部。向下按动混凝土变形位移计12探头，检测混凝土变形位移计12杆部弹簧是否正常运作，利用电脑终端的位移变化曲线检验高水压作用下的混凝土变形位移计12是否正常运行。

步骤三：利用吊装装置，将吊装至承压平台8下部的承压台底座上14，承压台底座14侧面设置有固定卡槽15，将围压水箱13内侧卡槽对接至承压台底座14侧面的固定卡槽15，并利用围压水箱13外部的桶围压固定钢块16及固定垫条17卡住围压水箱13，旋紧固定垫条上的固定螺栓18，保证围压水箱13在高围压水作用下依旧稳定。

步骤四：利用加载框架将上部传力柱19向下移动至混凝土试件1上部，以此将上部传力柱19内侧的卡槽20对接上部钢制套环4，保证混凝土试件1上部完全密封，至此渗透水通道11与外围围压水空间互不接触，使混凝土试件1轴向渗透水空间与外部围压水空间绝对隔绝。当混凝土变形位移计12传出的数据显示达到预设位移时，说明上部传力柱19已经完全压紧混凝土试件1，此时暂停加载框架。此时打开渗透水进水阀门21和渗透水排水阀门22，渗透水排水阀门22通过承压平台8内部渗透水排水管道通向围压水箱13外部空间，当渗透水从渗透水排水阀门22排出时，说明此时混凝土试件1已被渗透水完全浸入，此装置可以考虑通过调节不同渗透水浸入速度研究其对混凝土的影响。

步骤五：关闭围压水箱13下部的围压水排水阀门23，打开围压水箱进水阀门24将纯净水导入围压水箱13，当围压水箱上部换气口25出水后，说明围压水箱13已经完全被纯净水填满，此时反复开关围压水箱上部换气口25三至五次，使得围压水箱13内的空气被完全排出，利用加压泵通过围压桶加压通道26对围压水箱13内部围压水进行加压，利用围压水箱内部压力传感器27测定水压大小，当围压接近预设围压值时，关闭围压桶加压通道26。

步骤六：通过轴向传力柱19对混凝土进行轴向加压，通过混凝土变形位移计11传出的数据信息，控制轴向传力柱19加载试验。

步骤七：实验结束后，关闭渗透水进水阀门21，利用渗透水排水阀门22将渗透水空间的渗透水排净，同时打开围压水箱13下部的围压水排水阀门23，将围压水排净，当两个排水阀门不在排水后，打开围压水箱13，取出混凝土试件1残渣，并将仪器归位。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。