专利名称：一种防渗墙刺入土体变形的物理模型试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及岩土力学土与结构相互作用模拟技术领域，具体是一种防渗墙刺入土体变形的物理模型试验装置。
背景技术：
进入21世纪后，我国水利水电建设迎来前所未有的建设高峰，雅砻江、大渡河、澜沧江、金沙江，乃至怒江、雅江上将兴建数十座高土石坝及高土石围堰。目前在建和已建的 200m以上高土石坝中，绝大部分是采用土质心墙下接混凝土防渗墙的心墙堆石坝；高土石围堰采用防渗墙上接土工膜的防渗形式。因此，必然存在防渗墙与周围介质相互作用问题， 采用物理模型试验研究相互作用机理，建立本构关系及参数是岩土力学试验的重要内容。 对于刚度较大的防渗墙与粘土或粗粒土相互作用，要准确揭示其强度及变形特性，特别是墙顶与填料的接触面的特性，应进行物理模型试验。目前采用界面元模拟墙顶与填料的接触面，还是作为连续介质模拟，都导致计算的防渗墙竖向位移与应力大大偏高，因为防渗墙顶刺入堰体填料将导致墙顶接触压力释放和墙顶竖向变形大大减小，其根本原因是没有弄清墙顶与填料相互作用变形机理和建立能合理描述墙顶刺入土体变形的本构关系。由于高土石坝和高土石围堰施工过程的复杂性，要得到防渗墙墙顶应力随刺入位移的变化过程十分困难，因此，墙顶刺入土体变形本构关系试验研究也成为了岩土力学试验中的难点问题。若要按传统思维方法进行试验，采用施加土体压力来量测模型墙端压力和刺入变形，不能保证刺入变形的准确定性，另外直接在土体上加压力会使土体固结排水产生变形， 使试验稳定的周期加长，也会影响刺入变形的量测，无论是从试验仪设备性能还是试验时间上都是难以接受的。因此迫切需要新的试验方法和思路，本发明人创造的新型试验方法是采用逆向思维来模拟此试验，即采用三轴试验加载系统给防渗墙模型施加刺入位移，采用气囊加压模拟大坝的分层填筑，采用微型压力盒量测墙端压力，这样可以较为准确得到不同上覆初始压力(模拟大坝的分层填筑)下墙端压力随刺入变形发展变化规律，但现有技术中尚无现成的防渗墙刺入土体变形的物理模型试验装置。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种防渗墙刺入土体变形的物理模型试验装置，能准确反映高土石坝和高土石围堰施工过程中防渗墙墙端应力随刺入变形的发展规律。一种防渗墙刺入土体变形的物理模型试验装置，包括有机玻璃桶、模型防渗墙，所述有机玻璃桶用于装入土试样，所述机玻璃桶的上部预留一定空间作为上覆压力腔，上覆压力腔中设置气囊，所述模型防渗墙的底端插入土试样，顶部与连接有百分表的加压杆连接，模型防渗墙的底部埋入压力传感器，压力传感器通过导线与读数仪连接。进一步的，所述有机玻璃桶的直径为24. 4cm,高度为40cm，壁厚2. 5cm。[0008]进一步的，所述有机玻璃桶的上部设有顶盘，下部设有底盘，顶盘和底盘采用带有螺纹的拉杆旋紧密封。进一步的，顶盘上设有供气囊进气口穿出的上覆压力进出连接口。进一步的，所述压力传感器为微型土压力盒，从微型土压力盒引出的导线经过变换器护套后，沿有机玻璃桶的边壁走线从底部引出后接读数仪。进一步的，所述的读数仪为静态应变仪。进一步的，所述模型防渗墙采用圆柱形有机钢化玻璃或长方体形木板制成。本实用新型采用三轴试验加载系统给模型防渗墙施加刺入位移，采用气囊加压模拟大坝的分层填筑，采用压力传感器量测墙端压力，这样可以较为准确得到不同上覆初始压力下墙端压力随刺入变形发展变化规律。本实用新型设计合理、结构简洁、操作方便、完全满足防渗墙刺入土体变形的物理模型试验要求。

图I是本实用新型防渗墙刺入土体变形的物理模型试验装置其中一个实施例的首丨J视图;图2是某工程墙端压力与刺入变形关系的试验曲线与采用本实用新型得到的拟合曲线。图中1_加压杆；2_百分表；3_拉杆；4_上覆压力腔；5_变换器护套；6_导线； 7-压力传感器；8_读数仪；9_上覆压力进出口 ；10_螺丝；11-过渡层；12-土试样；13_有机玻璃桶；14-砂垫层；15-底盘；16-模型防渗墙；17-顶盘。
具体实施方式
下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。图I所示为本实用新型防渗墙刺入土体变形的物理模型试验装置其中一个实施例的剖视图，所述防渗墙刺入土体变形的物理模型试验装置包括有机玻璃桶13、模型防渗墙16、加载系统及荷载量测系统。本实施例中有机玻璃桶13的直径为24. 4cm,高度为40cm，壁厚2. 5cm,桶体自上而下每隔6cm采用胶带箍加固，可确保试验过程中安全性及密封性，有机玻璃桶13的上部预留一定空间作为上覆压力腔4。所述模型防渗墙16可采用圆柱形有机钢化玻璃或长方体形木板制成，模型防渗墙16的顶部与所述加载系统连接，本实施例中所述加载系统为典型三轴试验加载系统。具体的，模型防渗墙16的顶部与加压杆I连接，百分表2与加压杆I连接，用于量测加压杆I 的位移，从而得到模型防渗墙16刺入土试样12的变形量。模型防渗墙16的底部埋入压力传感器7，本实施例中所述压力传感器7为微型土压力盒，从微型土压力盒弓I出的导线6先通过变换器护套5以防被拉断，然后导线6沿有机玻璃桶13的边壁走线从底部引出后接读数仪8,本实施例中所述读数仪8为静态应变仪。所述有机玻璃桶13上部的上覆压力腔4内采用气囊充入高压气体，其顶部设有上覆压力进出口 9。[0022]采用本实用新型试验装置进行试验的步骤具体如下I)首先将有机玻璃桶13放在底盘15上，周边填上细砂垫层14，使模型底部平整。2)将土试样分层装入有机玻璃桶13中,控制土试样在一定密度下进行击实,击实后采用细砂在土试样12中间设置标志层，试验每隔2cm设置一层标志层，土试样12 —直装到预定的高度。3)在土试样12中心开一定深度的深槽，孔径能将装有微型土压力盒的模型防渗墙16放入其中，并确保模型防渗墙16不偏位正好在土试样12中心位置。然后在土样上表面加上3cm的黄油过渡层11密封土样，在其上留有气囊。4)将有机玻璃桶13加上带有反力杆的顶盘17，气囊进气口从顶盘17预留的上覆压力进出口 9穿出。采用带有螺纹的拉杆3连接顶盘17和底盘15，然后用螺丝10拧紧拉杆3以密封有机玻璃桶13，然后采用气囊在土试样12上加预定的上覆压力，最后将整个模型静置12小时后进行试验。5)重复上述步骤，至不同上覆压力下的试验完成。附图2为某工程墙端压力与刺入变形的试验曲线与采用本实用新型得到的拟合曲线，从图中可以看出采用本试验成果得到的拟合曲线与试验曲线基本重合在一起，由此证明本新型试验装置是合理的。以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求1.一种防渗墙刺入土体变形的物理模型试验装置，其特征在于包括有机玻璃桶(13)、模型防渗墙(16)，所述有机玻璃桶(13)用于装入土试样(12)，所述机玻璃桶(13)的上部预留一定空间作为上覆压力腔(4)，上覆压力腔(4)中设置气囊，所述模型防渗墙(16) 的底端插入土试样(12)，顶部与连接有百分表(2)的加压杆(I)连接，模型防渗墙(16)的底部埋入压力传感器(7)，压力传感器(7)通过导线(6)与读数仪(8)连接。
2.如权利要求I所述的防渗墙刺入土体变形的物理模型试验装置，其特征在于所述有机玻璃桶(13)的直径为24. 4cm,高度为40cm，壁厚2. 5cm。
3.如权利要求I或2所述的防渗墙刺入土体变形的物理模型试验装置，其特征在于 所述有机玻璃桶(13)的上部设有顶盘(17)，下部设有底盘(15)，顶盘(17)和底盘(15)采用带有螺纹的拉杆(3)旋紧密封。
4.如权利要求3所述的防渗墙刺入土体变形的物理模型试验装置，其特征在于顶盘(17)上设有供气囊进气口穿出的上覆压力进出连接口(9)。
5.如权利要求I所述的防渗墙刺入土体变形的物理模型试验装置，其特征在于所述压力传感器(7)为微型土压力盒，从微型土压力盒引出的导线(6)经过变换器护套(5)后， 沿有机玻璃桶(13)的边壁走线从底部引出后接读数仪(8)。
6.如权利要求I或5所述的防渗墙刺入土体变形的物理模型试验装置，其特征在于 所述的读数仪(8)为静态应变仪。
7.如权利要求I所述的防渗墙刺入土体变形的物理模型试验装置，其特征在于所述模型防渗墙(16)采用圆柱形有机钢化玻璃或长方体形木板制成。
专利摘要本实用新型提供一种防渗墙刺入土体变形的物理模型试验装置，包括有机玻璃桶、模型防渗墙，所述有机玻璃桶用于装入土试样，所述机玻璃桶的上部预留一定空间作为上覆压力腔，上覆压力腔中设置气囊，所述模型防渗墙的底端插入土试样，顶部与连接有百分表的加压杆连接，模型防渗墙的底部埋入压力传感器，压力传感器通过导线与读数仪连接。本实用新型采用三轴试验加载系统给模型防渗墙施加刺入位移，采用气囊加压模拟大坝的分层填筑，采用压力传感器量测墙端压力，这样可以较为准确得到不同上覆初始压力下墙端压力随刺入变形发展变化规律。本实用新型设计合理、结构简洁、操作方便、完全满足防渗墙刺入土体变形的物理模型试验要求。
文档编号G01N3/00GK202351119SQ20112046965
公开日2012年7月25日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者徐晗, 徐言勇, 潘家军, 程展林, 饶锡保, 黄斌 申请人:长江水利委员会长江科学院