模拟土石坝心墙土样分散性的试验装置的制作方法

1.本实用新型涉及土石坝土样测试技术领域，具体涉及一种模拟土石坝心墙土样分散性的试验装置。


背景技术：

2.分散性土的土体结构中的土颗粒在水中散凝呈悬浮状态，容易被雨水或者渗流冲蚀带走。当分散性土应用于土石坝心墙时，可能会影响大坝的防渗安全。为了进一步保障坝体结构的稳定性，现有技术在分散性土改性的方向做出研究，常用石灰、粉煤灰、水泥等含有高价阳离子的材料作为改性剂与分散性土进行拌和后使用到工程建设中，从而起到抑制土体分散的目的。由于采用石灰等改性材料与分散性土进行拌和，其施工工艺复杂、耗时长、成本高。除此之外，改性剂与土样拌和，还容易出现均匀性差等缺点。
3.研究表明，分散性土中都含有较多的钠离子。由于土粒表面吸附钠离子所形成的双电层半径大、电荷量低，受土粒表面的吸引作用较弱而易产生离解，常处于双电层的外层之中，并有向外扩散的趋势，使扩散层加厚而发生土颗粒分散。而钙、镁、铝等离子电荷量较大，离子半径小，土粒间的吸引力较大，能有效防止土粒发生分散。
4.综上所述，在针对分散性土改性的过程中，如何设计一种试验装置，用以模拟土石坝分散性粘土心墙结构，实现对土样试块分散性的鉴定，进而提升坝体结构的安全性，就成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于，为针对分散性土改性的过程中，提供一种试验装置，用以模拟土石坝分散性粘土心墙结构，实现对土样试块分散性的鉴定，进而提升坝体结构的安全性。
6.为实现上述目的，本实用新型采用如下方案：提出一种模拟土石坝心墙土样分散性的试验装置，包括第一端座、试样筒和第二端座，所述第一端座通过紧固组件与试样筒的首端相连，所述第二端座通过紧固组件与试样筒的尾端相连，所述第一端座的端面上设置有进水口，所述第二端座的端面上设置有出水口；
7.所述试样筒的内部有容纳土样的测试腔，所述进水口通过测试腔与出水口相连，所述试验腔内从试样筒的首端至尾端依次设置有第一砾石层、试块层和第二砾石层，所述第一砾石层和试块层之间设置有中间滤层，所述试块层的中部具有供水流通过的过水孔。
8.作为优选，试样筒的首端设置有第一法兰，试样筒的尾端设置有第二法兰，第一法兰和第二法兰上均设置有供紧固组件安装的第一安装孔。如此设置，便于试样筒的端部分别与第一端座和第二端座装配，有利于试验装置的布设，第一端座的端面和第二端座的端面上均设置有与第一安装孔相匹配的第二安装孔，利用紧固组件的锁紧力向试样筒的端部施加轴向压力，进而有利于保证试样筒内部的密封性。
9.作为优选，第一端座上设置有进水接头，进水接头与进水口相连，第二端座上设置
有出水接头，出水接头与出水口相连。如此设置，进水接头用以便于软质水管与进水口相连，出水接头用以便于软质水管与出水口相连，进而有利于模拟试验中水流依次流经进水接头、试样筒和出水接头，实现了对试样筒中土样试块分散性的鉴定。
10.作为优选，第一法兰的端面和第二法兰的端面上均设置有密封槽，密封槽内嵌入有密封垫圈。如此设置，密封槽和密封垫圈在试样筒的端部形成密封结构，进一步提升了试样筒与端座之间的密封性，有利于维持模拟试验中施加的水压，进而保证了测试结果的可靠性。
11.作为优选，中间滤层的两侧均设置有纱网。如此设置，一侧的纱网用以将中间滤层与第一砾石层相隔开，另一侧的纱网用以将中间滤层与试块层相隔开，进而有利于保证中间滤层的渗透效果。
12.作为优选，试块层与中间滤层之间设置有锥体块，锥体块嵌入在试块层中，锥体块上设置有供水流通过的圆孔，圆孔与过水孔相连。如此设置，锥体块有利于引导水流进入试块层中。
13.作为优选，第一砾石层的密度大于第二砾石层的密度。如此设置，第一砾石层用以模拟土石坝心墙的上游侧堆石料，第二砾石层用以模拟土石坝心墙的下游侧堆石料，更好地模拟了土石坝的实际工况。
14.本实用新型提供的一种模拟土石坝心墙土样分散性的试验装置与现有技术相比，具有如下实质性特点和进步：该模拟土石坝心墙土样分散性的试验装置通过在试样筒的试验腔内依次设置有第一砾石层、试块层和第二砾石层，以及在第一砾石层和试块层之间设置中间滤层，模拟了土石坝分散性黏土心墙结构，模拟试验中水流依次流经进水口、试样筒和出水口，利用中间滤层中的高价阳离子溶解于水中，并随着水流渗透至试块层中，改善了试块层中土样的分散性，结合试块层的中部的过水孔对试块层中的土样实施针孔试验，实现了对土样试块分散性的鉴定，进而为提升坝体结构的安全性提供了指导。
附图说明
15.图1是本实用新型实施例中一种模拟土石坝心墙土样分散性的试验装置的立体结构示意图；
16.图2是图1中一种模拟土石坝心墙土样分散性的试验装置的装配结构示意图；
17.图3是图1的俯视图；
18.图4是图3中a-a处的剖视图；
19.图5是图4中b处的局部放大示意图。
20.附图标记：1、第一端座；2、试样筒；3、第二端座；4、第一法兰；5、第二法兰；6、紧固组件；7、第一安装孔；8、进水接头；9、出水接头；10、密封槽；11、密封垫圈；12、第一砾石层；13、中间滤层；14、试块层；15、过水孔；16、第二砾石层；17、锥体块；18、纱网。
具体实施方式
21.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细描述。
22.如图1-5所示的一种模拟土石坝心墙土样分散性的试验装置，用以模拟土石坝分散性粘土心墙结构，实现对土样试块分散性的鉴定。该试验装置通过在试样筒的试验腔内
依次设置有第一砾石层、试块层和第二砾石层，以及在第一砾石层和试块层之间设置中间滤层，模拟了土石坝分散性黏土心墙结构。模拟试验中水流依次流经进水口、试样筒和出水口，利用中间滤层中的阳离子溶解于水中，并随着水流渗透至试块层中，改善了试块层中土样的分散性。结合试块层的中部的过水孔对试块层中的土样实施针孔试验，实现了对土样试块分散性的鉴定，进而为提升坝体结构的安全性提供指导。
23.如图1所示，一种模拟土石坝心墙土样分散性的试验装置包括第一端座1、试样筒2和第二端座3。结合图2所示，第一端座1通过紧固组件6与试样筒2的首端相连。第二端座3通过紧固组件6与试样筒2的尾端相连。第一端座1的端面上设置有进水口。第二端座3的端面上设置有出水口。
24.如图4所示，试样筒2的内部有容纳土样的测试腔。进水口通过测试腔与出水口相连。试验腔内从试样筒2的首端至尾端依次设置有第一砾石层12、试块层14和第二砾石层16。第一砾石层12和试块层14之间设置有中间滤层13。试块层14的中部具有供水流通过的过水孔15。
25.其中，根据分散性土的分散机理，土石坝分散性粘土心墙结构中增设含有高价阳离子的滤层结构。由于分散性土在流动的纯水或低含盐量水中会发生分散而使心墙结构破坏，进而影响了坝体结构的安全，故在心墙的上游侧铺设一层含高价阳离子的滤层结构。在坝体运行过程中，水分子先通过滤层结构，使滤层中的阳离子溶解于水中并随着水分子渗透至心墙，置换出分散性土中大量的钠离子，从而降低土样的分散性。
26.第一砾石层12用以模拟土石坝心墙的上游侧堆石料。第二砾石层16用以模拟土石坝心墙的下游侧堆石料。试块层14用以模拟分散性土心墙，中间滤层13中含有高价阳离子用以模拟滤层结构。例如，高价阳离子为钙离子、镁离子和铝离子。为了更好地模拟了土石坝的实际工况，第一砾石层12的密度大于第二砾石层16的密度。
27.如图3所示，试样筒2的首端设置有第一法兰4。试样筒2的尾端设置有第二法兰5。第一法兰4和第二法兰5上均设置有供紧固组件6安装的第一安装孔7。如此设置，便于试样筒2的端部分别与第一端座1和第二端座3装配，有利于试验装置的布设。第一端座1的端面和第二端座3的端面上均设置有与第一安装孔7相匹配的第二安装孔，利用紧固组件6的锁紧力向试样筒2的端部施加轴向压力，进而有利于保证试样筒2内部的密封性。其中，紧固组件6包括六角头螺栓、六角螺母、平垫圈和弹性垫圈。
28.如图2所示，第一法兰4的端面和第二法兰5的端面上均设置有密封槽10。密封槽10内嵌入有密封垫圈11。如此设置，密封槽10和密封垫圈11在试样筒2的端部形成密封结构，进一步提升了试样筒2与端座之间的密封性，有利于维持模拟试验中施加的水压，进而保证了测试结果的可靠性。
29.如图4所示，第一端座1上设置有进水接头8。进水接头8与进水口相连。第二端座3上设置有出水接头9。出水接头9与出水口相连。如此设置，进水接头8用以便于软质水管与进水口相连，出水接头9用以便于软质水管与出水口相连，进而有利于模拟试验中水流依次流经进水接头8、试样筒2和出水接头9，实现了对试样筒2中土样试块分散性的鉴定。
30.如图5所示，中间滤层13的两侧均设置有纱网18。如此设置，一侧的纱网18用以将中间滤层13与第一砾石层12相隔开。另一侧的纱网18用以将中间滤层13与试块层14相隔开，进而有利于保证中间滤层13的渗透效果。
31.试块层14与中间滤层13之间设置有锥体块17。锥体块17嵌入在试块层14中。锥体块17上设置有供水流通过的圆孔。圆孔与过水孔15相连。如此设置，锥体块17有利于引导水流进入试块层14中。
32.本实用新型不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本实用新型的保护范围之内。