本發(fā)明涉及土工試驗(yàn)領(lǐng)域，涉及一種高土石壩心墻摻礫黏土的拉伸、剪切斷裂試驗(yàn)裝置，特別是零摩擦的高土石壩心墻摻礫黏土拉伸-剪切斷裂試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

1、在高壩規(guī)劃與建設(shè)中，土石壩憑借其自身良好的基礎(chǔ)適應(yīng)性、建材經(jīng)濟(jì)性，占比越來(lái)越高。我國(guó)擁有數(shù)量最多的土質(zhì)高心墻堆石壩，且大多數(shù)集中在中國(guó)西南部地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)在役且高度超過(guò)100.0m的心墻壩有獅子坪(136.0m)、小浪底(160.0m)、瀑布溝(186.0m)、糯扎渡(261.5m)和兩河口(295.0m)等。在建和擬建的300m級(jí)心墻壩有如美(315.0m)、古水(305.0m)、日冕(346.0m)和其宗(356.0m)等。

2、傳統(tǒng)的中低土石壩常采用壓實(shí)純黏土心墻作為防滲體系，但隨著建設(shè)高度的提升，黏土抗壓性能差的缺點(diǎn)逐漸凸顯，心墻和堆石體的不均勻沉降會(huì)使心墻黏土產(chǎn)生裂縫，高土石壩常在心墻中摻入礫石以提高防滲心墻的抗壓性能，減少不均勻沉降。心墻裂縫的本質(zhì)是土體承受的應(yīng)力應(yīng)變超過(guò)其抗拉強(qiáng)度或抗剪強(qiáng)度后而發(fā)生的剪切破壞、張拉破壞或剪切-張拉復(fù)合破壞?，F(xiàn)階段，心墻摻礫黏土斷裂特性的相關(guān)成果較少，因此，研究摻礫黏土斷裂特性、探明摻礫黏土裂縫演化規(guī)律具有重要的工程意義和實(shí)用價(jià)值。

3、目前，土體斷裂試驗(yàn)裝置多集中于研究黏土或砂土的斷裂特性，可用于研究高土石壩心墻摻礫黏土斷裂特性的試驗(yàn)裝置尚為空白，且無(wú)法測(cè)量摻礫黏土拉伸斷裂和剪切斷裂特性。此外，如何消除模具與底盤(pán)間的摩擦，一直是土工試驗(yàn)裝置研發(fā)需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題。因此，有必要針對(duì)西南地區(qū)高土石壩心墻摻礫黏土，開(kāi)發(fā)一種既可以測(cè)量拉伸斷裂特性、又可以測(cè)量剪切斷裂特性的試驗(yàn)裝置，以彌補(bǔ)現(xiàn)有摻礫黏土斷裂特性試驗(yàn)裝置的空缺，并盡可能消除摩擦。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明主要解決的問(wèn)題是現(xiàn)有摻礫黏土試驗(yàn)技術(shù)的不足，提供一種零摩擦的高土石壩心墻摻礫黏土拉伸-剪切斷裂試驗(yàn)裝置，既可以測(cè)量摻礫黏土拉伸斷裂特性，又可以測(cè)量摻礫黏土剪切斷裂特性，功能性和實(shí)用性顯著增強(qiáng)，一機(jī)多用，降低了購(gòu)置試驗(yàn)設(shè)備所需成本，且裝置通過(guò)浮力原理，從根本上解決模具與地板的摩擦，極大地豐富了摻礫黏土斷裂特性的試驗(yàn)手段，提高了檢測(cè)精度。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、零摩擦的高土石壩心墻摻礫黏土拉伸-剪切斷裂試驗(yàn)裝置，包括壓實(shí)斷裂模具和中空試驗(yàn)槽，其中壓實(shí)斷裂模具用于制作摻礫黏土土樣，其包括試驗(yàn)承載部以及長(zhǎng)方形環(huán)壁和z形壓實(shí)板，所述中空試驗(yàn)槽頂部中心位置處開(kāi)設(shè)有長(zhǎng)方形的凹槽，所述凹槽內(nèi)填充能夠使裝載摻礫黏土土樣的試驗(yàn)承載部漂浮的水體；

4、制備的所述摻礫黏土土樣具有土樣斷裂段，其兩側(cè)分別設(shè)置為土樣前端部和土樣后端部；

5、所述試驗(yàn)承載部包括模具前半部、模具后半部、前漂浮腔體、后漂浮腔體和腔體連接板，其中模具前半部和模具后半部分別可拆卸安裝在前漂浮腔體和后漂浮腔體上，且前漂浮腔體和后漂浮腔體通過(guò)腔體連接板可拆卸連接；

6、所述模具前半部與前漂浮腔體的組合結(jié)構(gòu)和模具后半部與后漂浮腔體的組合結(jié)構(gòu)相同，且兩個(gè)組合結(jié)構(gòu)呈中心對(duì)稱(chēng)分布，所述前漂浮腔體和后漂浮腔體底部開(kāi)口并嵌設(shè)有氣囊組，用于調(diào)節(jié)前漂浮腔體和后漂浮腔體的浮力及其在水面漂浮的角度，且模具前半部與前漂浮腔體上均設(shè)置有水平氣泡，用于檢測(cè)裝載摻礫黏土土樣的試驗(yàn)承載部的水平度；

7、所述中空試驗(yàn)槽的左右兩側(cè)分別設(shè)置有呈中心對(duì)稱(chēng)分布的左側(cè)推進(jìn)器和右側(cè)推進(jìn)器，左側(cè)推進(jìn)器和右側(cè)推進(jìn)器分別向試驗(yàn)裝置中心處推進(jìn)模具前半部和模具后半部，用于對(duì)摻礫黏土土樣施加剪切力；所述中空試驗(yàn)槽的前后兩側(cè)分別設(shè)置有呈軸對(duì)稱(chēng)分布的前側(cè)牽拉器和后側(cè)牽拉器，前側(cè)牽拉器和后側(cè)牽拉器分別向試驗(yàn)裝置前后兩側(cè)牽拉模具前半部和模具后半部，用于對(duì)摻礫黏土土樣施加拉伸力。

8、優(yōu)選地，所述模具前半部和模具后半部均包括由側(cè)向推板、軸向拉板和固定底板組成的承載盒，且側(cè)向推板和軸向拉板分別垂直固定在固定底板的相鄰側(cè)壁上，所述側(cè)向推板和軸向拉板的中部分別開(kāi)設(shè)有側(cè)向連接孔和軸向連接孔，所述固定底板遠(yuǎn)離軸向拉板的一側(cè)兩端分別設(shè)置有呈軸對(duì)稱(chēng)分布的第一制縫板和第二制縫板，用于在土樣左右兩側(cè)預(yù)制縫，所述第一制縫板和第二制縫板均與固定底板可拆卸安裝；

9、所述固定底板一側(cè)兩端均開(kāi)設(shè)有凹口，第一制縫板和第二制縫板分別嵌設(shè)于兩側(cè)的凹口內(nèi)，且第一制縫板和第二制縫板的厚度與凹口的深度相吻合，同一個(gè)所述固定底板上的第一制縫板與第二制縫板之間預(yù)留有間隙，前后兩個(gè)固定底板上對(duì)應(yīng)的兩組第一制縫板與第二制縫板相互貼合。

10、優(yōu)選地，z形壓實(shí)板采用鋁合金材質(zhì)制成，其兩側(cè)開(kāi)設(shè)有壓板中間隙，且壓板中間隙與前后兩個(gè)固定底板上對(duì)應(yīng)的兩組第一制縫板與第二制縫板相互貼合后的形狀相適應(yīng)；

11、所述z形壓實(shí)板與模具前半部和模具后半部的形狀相適應(yīng)；

12、所述z形壓實(shí)板頂部設(shè)置有壓板端拉手。

13、優(yōu)選地，所述第一制縫板和第二制縫板上均設(shè)置有定位塊和組合塊，其中組合塊位于第一制縫板和第二制縫板下部側(cè)面，其通過(guò)螺栓與固定底板連接組合；

14、所述定位塊位于第一制縫板和第二制縫板側(cè)面中部，其表面貫穿有勾拉孔；

15、長(zhǎng)方形環(huán)壁采用長(zhǎng)方形的環(huán)形鋁合金圈體，其兩側(cè)底部均開(kāi)設(shè)有定位槽，且定位槽與前后兩個(gè)固定底板上對(duì)應(yīng)的兩組第一制縫板與第二制縫板相互貼合的結(jié)構(gòu)相匹配，長(zhǎng)方形環(huán)壁內(nèi)部與試驗(yàn)承載部外部相貼合，且套設(shè)在試驗(yàn)承載部外側(cè)后其頂部與試驗(yàn)承載部齊平。

16、優(yōu)選地，所述固定底板的三個(gè)側(cè)面上均開(kāi)設(shè)有第一螺紋孔，且前漂浮腔體和后漂浮腔體頂部均設(shè)置有與三組第一螺紋孔相匹配的凸起部，承載盒卡接于三組凸起部?jī)?nèi)側(cè)，并通過(guò)螺栓與前漂浮腔體或后漂浮腔體固定連接；

17、所述前漂浮腔體和后漂浮腔體相對(duì)的一側(cè)兩端均開(kāi)設(shè)有第二螺紋孔，通過(guò)腔體連接板和螺栓將前漂浮腔體和后漂浮腔體固定連接。

18、優(yōu)選地，所述氣囊組包括呈矩形陣列分布的多個(gè)氣囊體，采用橡膠材質(zhì)，其內(nèi)部填充有氫氣；

19、多個(gè)氣囊體之間設(shè)置有隔膜，且隔膜上設(shè)置有通道，在通道內(nèi)嵌入電磁閥，每個(gè)氣囊體上均設(shè)置有獨(dú)立的充、放氣孔，使多個(gè)氣囊體能夠同步充、放氣或者調(diào)節(jié)局部區(qū)域的氣囊體中的氣體量。

20、優(yōu)選地，所述中空試驗(yàn)槽外壁開(kāi)設(shè)有貫穿凹槽的進(jìn)水孔洞和出水孔洞，且進(jìn)水孔洞和出水孔洞分別用于對(duì)凹槽內(nèi)的水體進(jìn)行補(bǔ)充和更換。

21、優(yōu)選地，所述左側(cè)推進(jìn)器、右側(cè)推進(jìn)器、前側(cè)牽拉器和后側(cè)牽拉器通過(guò)升降機(jī)構(gòu)安裝在中空試驗(yàn)槽上；

22、左側(cè)推進(jìn)器包括左側(cè)連接部以及用于連接并控制左側(cè)連接部輸出端伸縮的左側(cè)控制部；

23、右側(cè)推進(jìn)器包括右側(cè)連接部以及用于連接并控制右側(cè)連接部輸出端伸縮的右側(cè)控制部；

24、前側(cè)牽拉器包括前側(cè)連接部以及用于連接并控制前側(cè)連接部輸出端伸縮的前側(cè)控制部；

25、后側(cè)牽拉器包括后側(cè)連接部以及用于連接并控制后側(cè)連接部輸出端伸縮的后側(cè)控制部；

26、所述左側(cè)連接部和右側(cè)連接部的輸出端分別與兩個(gè)承載盒上的側(cè)向連接孔相對(duì)接；

27、所述前側(cè)連接部和后側(cè)連接部的輸出端分別與兩個(gè)承載盒上的軸向連接孔相對(duì)接。

28、優(yōu)選地，所述左側(cè)連接部、右側(cè)連接部、前側(cè)連接部和后側(cè)連接部均設(shè)置為伸縮驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其采用氣缸、電動(dòng)推桿、液壓缸和直線(xiàn)模組中的至少一種。

29、優(yōu)選地，所述左側(cè)連接部、右側(cè)連接部、前側(cè)連接部和后側(cè)連接部的連接端均設(shè)置有位移傳感器和應(yīng)力傳感器，分別用于感測(cè)左側(cè)連接部、右側(cè)連接部、前側(cè)連接部和后側(cè)連接部伸縮作業(yè)時(shí)的位移量以及應(yīng)力值。

30、本發(fā)明具有如下有益效果：

31、1、通過(guò)漂浮腔體的設(shè)計(jì)，巧妙地利用氣囊組和浮力原理，將壓實(shí)斷裂模具試驗(yàn)部分與工作平臺(tái)分離，從根本上解決模具與平臺(tái)的摩擦，極大地豐富了摻礫黏土斷裂特性的試驗(yàn)手段，氣囊組中多個(gè)氣囊體設(shè)計(jì)，便于對(duì)壓實(shí)斷裂模具的試驗(yàn)部分進(jìn)行調(diào)平，操作簡(jiǎn)單便捷，能夠顯著提高檢測(cè)精度，分析得出準(zhǔn)確的高土石壩摻礫黏土土樣的拉伸斷裂特征以及剪切斷裂特征；

32、2、通過(guò)設(shè)置組合式的壓實(shí)斷裂模具，不僅能夠應(yīng)用于制作摻礫黏土土樣，其試驗(yàn)承載部作為壓實(shí)斷裂模具的試驗(yàn)部分，配合中空試驗(yàn)槽工作，既可以測(cè)量摻礫黏土拉伸斷裂特性，又可以測(cè)量摻礫黏土剪切斷裂特性的試驗(yàn)裝置，彌補(bǔ)了現(xiàn)有摻礫黏土斷裂試驗(yàn)裝置的空白，使本裝置的功能性和實(shí)用性顯著增強(qiáng)，一機(jī)多用，降低了購(gòu)置試驗(yàn)設(shè)備所需成本；

33、3、通過(guò)兩側(cè)的推進(jìn)器和前后的牽拉器改變對(duì)壓實(shí)斷裂模具試驗(yàn)部分施加力的方向和方式，控制摻礫黏土土樣拉伸斷裂和剪切斷裂的速率，為研究不同加載速率對(duì)摻礫黏土拉伸斷裂和剪切斷裂的影響規(guī)律提供便利。