一種測量尾礦材料力學性質的三軸流變實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測量尾礦材料力學性質的三軸流變實驗裝置，屬于礦山巖土工程技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著現代土木工程愈來愈多樣化、復雜化、大型化，對巖土工程學科提出了更高的要求。雖然土力學經過近百年的發展，已取得長足的進步。許多理論還是沿用了連續介質力學理論，沒能很好地解決實際工程問題，因此考慮土體多孔介質特性，開展相關力學理論的研宄很為必要。另外由于土體的復雜性，抗剪強度參數取值和一些土壓力計算方法出現多樣性，不能選取準確的參數和計算方法會造成安全隱患和經濟損失，因此通過考慮土體本身的特性，研宄這些抗剪強度指標之間的關系以及土壓力計算方法差異的原因尤為迫切。本文研宄了不固結不排水、固結不排水和固結排水三種不同的強度指標，并通過考慮物理性質指標，探索了三種參數之間的大小和關系。為工程中選用參數時提供參考。基于土的物理指標一一孔隙率，提出了新的有效應力原理，并推導了考慮孔隙率的II 1t固結方程，使公式更符合土的實際情況。基于土的物理指標一一滲透系數，提出了新的水-土計算方法。這使土壓力的計算公式更為合理。基于土的物理性質，開展相關力學性質和理論研宄，不僅具有很高的理論意義，也有很大的工程應用前景。
[0003]尾礦庫是礦山企業最大的環境保護工程項目。可以防止尾礦向江、河、湖、海沙漠及草原等處任意排放。一個礦山的選礦廠只要有尾礦產生，就必須建有尾礦庫。所以說尾礦庫是礦山選礦廠生產必不可少的組成部分。尾礦壩作為整個礦山企業最大的人造危險源，其安全性對礦區人民的生命、財產以及社會的安全穩定造成了嚴重影響，引起了社會各界的高度重視。但由于外界環境的干擾性、傳感器的局限性、監測手段的不完善性以及壩體結構的動態變化性等因素的影響，使得監測信息和風險模態信息常常是不完備的，且具有隨機、模糊、不完整等不確定性，進而造成了兩者間映射關系的復雜多變性，嚴重制約了監測系統的評估功效。因此，如何對壩體的監測信息和風險模態信息進行不確定性分析，建立兩者間的復雜多變性映射關系是解決評估效果差、評估難問題的關鍵。
[0004]所以本發明設計了一種測量尾礦材料力學性質的三軸流變實驗裝置，本裝置可模擬在各種情況下，開展恒定圍壓、軸壓和非恒定圍壓、非恒定軸壓下的流變實驗；同時，可以開展“排水”和“不排水”條件下尾礦材料的三軸流變實驗。另外，本裝置通過豎直隔水板裝置，把充水容腔分為兩個部分，容腔一邊連接加壓活塞，另一遍連接土樣，靠加壓活塞給水體施加壓力，水壓和大氣壓力把水壓向土樣，以保持或增大圍壓。這樣獲得的壓力更加“安全”、“穩定”、“持久”，且能節省大量水資源。因此，本發明裝置不僅節省水資源，還大大提高了所測尾礦材料流變參數的可靠性和準確性。從而為礦山尾礦壩壩體的穩定性研宄提供更可靠的流變參數。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種測量尾礦材料力學性質的三軸流變實驗裝置，該裝置可以針對礦山尾礦壩的尾礦材料及土樣開展室內的三軸流變實驗研宄，以獲取更接近于土體實際的力學特性，也可通過此裝置尋找到土樣中的相對弱面，測得相對弱面的強度值，以更準確的獲取土體的流變力學參數。
[0006]本發明所述三軸流變實驗裝置，包括壓力桿1、加壓板2、固定橡皮塞3、上部承壓鋼筒4、上隔水板5、豎直隔水板6、承壓板7、加壓活塞8、加壓桿9、橡皮膜10、加密鐵絲網
11、下隔水板12、孔隙水排水連接管13、排水管釘14、測壓管釘15、孔隙水測壓連接管16、注水管釘17、圍壓測壓管18、排水管19、孔隙水排水管20、注水管21、孔隙水測壓管22、容器底板23，壓力桿I依次穿過加壓板2、上部承壓鋼筒4與承壓板7連接；加壓板2上對稱設有兩個加壓桿9，兩個加壓桿9均穿過上部承壓鋼筒4與加壓活塞8連接；上部承壓鋼筒4的內部設有豎直隔水板6，豎直隔水板6與上部承壓鋼筒4的頂部相連，與下部承壓鋼筒25的底部相離；加壓活塞8鑲嵌于上部承壓鋼筒4與豎直隔水板6之間，將上部承壓鋼筒4與豎直隔水板6之間的間隙分隔為加壓容腔29和充水容腔30 ;上部承壓鋼筒4和下部承壓鋼筒25可拆卸連接，下部承壓鋼筒25位于容器底板23上；橡皮膜10的上端固定有上隔水板5，上端固定有下隔水板12，承壓板7位于上隔水板5的上面，橡皮膜10的下面固定在下部承壓鋼筒25上，橡皮膜10位于豎直隔水板6內部；下部承壓鋼筒25的底部與圍壓測壓管18、排水管19、注水管21連通，孔隙水排水管20、孔隙水測壓管22穿過下部承壓鋼筒25與橡皮膜10連通；圍壓測壓管18和孔隙水測壓管22上均設有壓力表28。
[0007]本發明所述三軸流變實驗裝置還包括加壓裝置，加壓裝置包括氣壓輸入口 I 33、氣壓輸入口 II 34、玻璃罩I 35、玻璃罩II 36、液壓隔水板I 37、液壓隔水板II 38，玻璃罩
I35位于玻璃罩II 36的內部，玻璃罩I 35的上端設有氣壓輸入口 I 33，玻璃罩II 36的上端設有氣壓輸入口 II 34 ;玻璃罩I 35的內部設有液壓隔水板I 37，在壓力作用下液壓隔水板I 37可沿玻璃罩I 35的內壁上下滑動，液壓隔水板I 37與壓力桿I的上端接觸；玻璃罩II 36的內部設有液壓隔水板II 38，在壓力作用下液壓隔水板II 38可沿玻璃罩II 36的內壁上下滑動，玻璃罩II 36與加壓板2接觸。
[0008]本發明所述加壓桿9、壓力桿I與上部承壓鋼筒4通過固定橡皮塞3連接。
[0009]本發明所述上部承壓鋼筒4和下部承壓鋼筒25連接處設有隔水塞26 ;排水管19、注水管21、孔隙水排水管20上均設有閥門27。
[0010]本發明所述下部承壓鋼筒25的底部為加密鐵絲網11。
[0011]本發明所述孔隙水排水連接管13與孔隙水排水管20相連，排水管釘14與排水管19相連，測壓管釘15與圍壓測壓管18相連，孔隙水測壓連接管16與孔隙水測壓管22相連，注水管釘17與注水管21相連；排水管19穿過隔水板排水口 31與排水管釘14相連、孔隙水測壓連接管16穿過隔水板測壓口 32與孔隙水測壓管22相連；注水管釘17、排水管釘14和測壓管釘15，三個管釘的下部呈“尖狀”結構，管釘長度超出下部承壓鋼筒25。
[0012]本發明所述上隔水板5、承壓板7、橡皮膜10、下隔水板12、排水管釘14、測壓管釘
15、注水管釘17、下部承壓鋼筒25等組成試樣容器裝置。在試樣容器裝置的下部承壓鋼筒25設置了凹凸槽，以便在流變實驗過程中固定橡皮膜10，防止橡皮膜10的滑動；另外，在下部承壓鋼筒25的底部設置了注水管釘17，排水管釘14，測壓管釘15，三個管釘固定于下部承壓鋼筒25上，三個管釘的下部呈“尖狀”結構且“長出”下部承壓鋼筒25，同時注水管釘17，排水管釘14，測壓管釘15都是各自連通的，注水管釘17，排水管釘14，測壓管釘15的作用在于:第一，能測定充水容腔30中的水壓并進行充、放水；第二，三個管釘的下部“長出”承壓鋼筒16的目的在于保證實驗過程中注水管釘17，排水管釘14，測壓管釘15不脫離容器底板23的連通孔，以防止充水容腔30的水滲出；第三，三個管釘的下部呈“尖狀”結構的目的是為了在安裝橡皮膜10時，便于戳破與注水管釘17，排水管釘14，測壓管釘15位置相對應的橡皮膜10，以便于與下部容器底板23連通。
[0013]本發明所述加壓板2、上部承壓鋼筒4、豎直隔水板6、加壓活塞8、加壓容腔29、充水容腔30等組成水加壓裝置；加壓板2中間開一個小孔，可讓壓力桿I和玻璃罩II 35無摩擦通過；實驗時，首先，從施壓裝置獲得壓力，從而推動加壓板2，然后，由加壓板2帶動加壓活塞8對上部承壓鋼筒4、下部承壓鋼筒25中的水進行壓縮，使水體在壓力下繞過豎直隔水板6，并且充滿土樣周圍的空間，隨著加壓板2上壓力的增大，圍壓相應增大從而對三軸流變實驗施加不同壓力的穩定圍壓。
[0014]本發明所述壓力桿1、上隔水板5、承壓板7等組成軸向加載裝置；在實驗過程中，先將上隔水板5放于實驗的土樣上，之后將承壓板7放置于上隔水板9之上，最后將壓力桿I穿過上部承壓鋼筒4和加壓桿I的預留孔并與承壓板13連接起來，然后從施壓裝置獲得壓力，從而推動壓力桿I。本裝置是通過對壓力桿對土樣施加不同的穩定軸壓。
[0015]本發明所述隔水板測壓口 32、氣壓輸入口 I 33、氣壓輸入口 II 34、玻璃罩I 35、玻璃罩II 36等組成施壓裝置。首先，從氣壓輸入口 I 33玻璃罩I 35內壓入氣體，使得其內部油品內壓增大從而使液壓隔水板II 38推動壓力桿I ;其中液壓隔水板II 38和液壓隔水板I 39兩端設計為“T”型，并且兩端與玻璃罩緊密接觸，可以用來穩固壓力桿I和加壓板2，還可以在推動液壓隔水板II 38和液壓隔水板I 39時防止油品滲出。
[0016]本發明所述固定橡皮塞3、加密鐵絲網11、下隔水板12、圍壓測壓管18、排水管19、孔隙水排水管20、注水管21、孔隙水測