本实用新型涉及一种利用真空固结方法制备类岩石透明材料的试验装置，属于岩土工程中土工试验技术领域。
背景技术：
土体变形的测量是土力学研究的重要基础之一。传统的室内模型试验测量只能获得土体宏观的变形和边界区域的变形。
为了实现对土体内部变形、渗流等的可视化观测，研究者开发了透明土实验技术。透明土的基本原理是利用透明颗粒材料和利用具有相同折射率的孔隙液体混合，排出空气得到的透明饱和土，该土体与天然土体具有相似的岩土工程性质。
类岩石透明材料属于透明土材料，其要求是饱和度高、抗剪强度高、防渗性能好，可用作防渗体的制作，若饱和度达不到实验要求或过低则会严重影响模型的透明度，无法观测其内部变形规律及介质变化情况，抗剪强度和防渗性能不满足要求则达不到实验效果，故需对透明颗粒材料和混合液体进行真空饱和固结排水。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可以同时实现真空排气泡与固结排水，制得的试样透明度高，抗剪强度和抗渗性能好的试验装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种利用真空固结方法制备类岩石透明材料的试验装置，包括真空装置、固结装置以及控制装置，所述固结装置包括由双层内外筒构成的筒体结构、对应内筒尺寸的下压顶盖以及位于内筒上方的千斤顶；
所述内筒下半部与所述下压顶盖形成空间为试样室，试样室内全包覆有反滤层，所述下压顶盖中心与所述千斤顶柱塞对应，面上均匀密布有排水孔以及安装有位移传感器，所述内筒下半部内壁以及筒底密布有排水孔，上半部内壁上设有开孔胶塞，所述开孔胶塞孔径与所述千斤顶柱塞密封配合；
所述外筒底部与所述真空装置通过排水管连接，可形成真空室，所述外筒壁上还设有进水管，所述外筒内底部安装有孔隙水压计；
所述千斤顶安装在反力架顶板上，还安装有压力传感器；
所述真空装置包括真空泵以及与所述真空泵连接的真空水罐，所述真空水罐与所述排水管连接，所述排水管上设有阀门，所述真空水罐上还设有真空表以及排气管；
所述位移传感器、所述孔隙水压计以及所述压力传感器均与所述控制装置连接。
进一步的，所述反滤层由内到外依次是土工布、钢丝网和滤网。
进一步的，所述反力架顶板与底板连接钢管通过伸缩螺栓连接，用于调节顶板与底板距离。
进一步的，所述内筒底部与所述外筒底部设有若干支撑柱。
进一步的，所述内筒和所述外筒横截面均为正方形。
进一步的，所述进水管高度与试样室底层滤网高度齐平。
进一步的，所述下压顶盖上还设有把手。
本实用新型所达到的有益效果：
本装置在试验筒上部增加开孔的密封胶塞，可以保证在固结过程中一直保持真空状态，采用千斤顶和反力架进行反向加压，加压压力可达到mpa级别甚至更大，能够达到类岩石透明材料的要求，在试样全周设置排水孔，可以保证排水压力效果均一，通过位移传感器可用于监测固结过程中土体的变形量，可确定何时固结完成，在外筒底部设有孔压计，还可监测固结过程中孔压的变化情况。本装置同时实现了类岩石透明材料真空排气泡与固结排水，制得的试样透明度高，抗剪强度和抗渗性能较好，装置操作简单易控、固结周期短，应用范围广泛，可在岩土工程试验领域广泛推广使用。
附图说明
图1是实施例装置结构示意图；
图2是本装置中固结装置结构示意图；
图3是本装置中筒体结构示意图；
图4是本装置中开孔胶塞俯视图；
图5是本装置中下压顶盖俯视图；
图6是本装置中内筒底部俯视图；
附图标记说明：1.液压泵；2.千斤顶；3.压力传感器；4.顶板；5.伸缩螺栓；6.计算机；7.提手；8.顶盖；9.反力架；10.棱柱支架；11.反滤层；12.底板；13.孔隙水压计；14.真空水罐；15.真空表；16.气动阀门；17.排水管；18.橡皮塞；19.供水管；20.真空泵；21.排气管；22.排水孔；23.真空室；24.位移传感器；25.外筒；26.内筒；27.连接线；28.试样室；29.信号接口；30.开孔胶塞；31.凡士林；32.安装槽。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至图6所示，一种利用真空固结方法制备类岩石透明材料的试验装置，包括真空装置、固结装置以及计算机6，固结装置包括由双层内外筒25/26构成的正方形筒体结构、对应内筒尺寸的开孔顶盖8以及位于内筒26上方的千斤顶2；千斤顶2采用液压泵1驱动，安装在由顶板4、连接钢管、伸缩螺栓5以及底板12构成的反力架9顶板4上，千斤顶2上还安装有压力传感器3，用于压力监测。筒体结构中外筒25通过螺栓与反力架底板12固定连接，内筒25下半部作为试样室28，顶部放置有开孔顶盖8，如图5所示，顶盖8除中间预留有千斤顶接触面，其他区域面上均匀密布有排水孔22，四角安装有位移传感器24，试样室28六面均设置有反滤层11，反滤层11由内到外依次是土工布、钢丝网和滤网。内筒下半部内壁以及筒底密布有排水孔22，用于土样通过反滤层11排水后，通过内壁、筒底以及顶盖8上的排水孔22进行排水，如图6所示，内筒底部与外筒底部还设有四组棱柱支架10，以保证在加压过程中的稳固性，如图4所示，内筒上半部内壁上设有开孔胶塞，开孔胶塞孔径与千斤顶柱塞密封配合，还可以在千斤顶柱塞壁上涂抹凡士林，进一步加强加压过程的密封效果，进而保证内外筒之间形成的真空室真空效果，外筒底部与真空装置通过排水管17连接，外筒壁上还设有进水管19，进水管19高度与试样室底层滤网高度齐平，进水管19上设有橡皮塞18，外筒内底部中间设有安装槽32用于安装有孔隙水压计13。真空装置包括真空泵20和真空水罐14，真空水罐设有排气管21、排水管17、真空表15以及与真空泵20连接的抽气管，排水管17上还设有气动阀门16，用于与外筒连接进行抽液。位移传感器24、孔隙水压计13以及压力传感器3均与计算机6连接，用于采集信息传递。
具体使用方法如下：
s1、将反力架9的下半部分安装好并且放置在试验台上，然后将反力架的顶板4上安装千斤顶2和压力传感器3，千斤顶2连接液压泵1后将该部分也放置在试验台上；
s2、将加工制作好的固结装置通过外筒25底部的四个螺栓和反力架底板12连接，固定完毕；
s3、试样室中设置反滤层11，试验并记录原始土样的含水率、密度等参数，放置土样，土样上方的开孔顶盖8安装提手7和位移传感器24后压在土样上方；
s4、安装密封开孔胶塞30，然后将反力架上半部分通过伸缩螺栓5与下半部分相连，调节螺栓，直至千斤顶2穿过密封开孔胶塞30的孔洞与土样上方的顶盖8接触为止；
s5、将抽气装置中排水管17、真空水桶14、真空泵20、排气管21以及供水管19安装完毕；
s6、将位移传感器24、压力传感器3和孔隙水压计13均和计算机6连接；
s7、关闭排水管17阀门16，通过供水管19朝外筒中注入水，当水面与反滤层下方滤网相平时停止注入；
s8、打开排水管17阀门16，通过液压泵1和千斤顶2对土样上方顶盖加压，千斤顶的最高压力可达到1mpa，同时打开真空泵20，开始固结试验；
s9、实时监测渗透水量及试验目标含水率，控制最终土的含水率，达到目标含水率时卸压和关闭真空泵，或者是实时监测压力、位移及孔压的变化及大小，当位移不再变化或者可以忽略不记时卸压和关闭真空泵20，固结完成；
s10、将固结完成后的土样连同钢丝网和土工布一起取出，测试饱和度是否达到要求，若满足在三轴切削器上切成所需试样，即可进行相应的土工试验，若不满足试样要求，可以重复上述步骤。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
1.一种利用真空固结方法制备类岩石透明材料的试验装置，其特征是，包括真空装置、固结装置以及控制装置，所述固结装置包括由双层内外筒构成的筒体结构、对应内筒尺寸的下压顶盖以及位于内筒上方的千斤顶；
所述内筒下半部与所述下压顶盖形成空间为试样室，试样室内全包覆有反滤层，所述下压顶盖中心与所述千斤顶柱塞对应，面上均匀密布有排水孔以及安装有位移传感器，所述内筒下半部内壁以及筒底密布有排水孔，上半部内壁上设有开孔胶塞，所述开孔胶塞孔径与所述千斤顶柱塞密封配合；
所述外筒底部与所述真空装置通过排水管连接，可形成真空室，所述外筒壁上还设有进水管，所述外筒内底部安装有孔隙水压计；
所述千斤顶安装在反力架顶板上，还安装有压力传感器；
所述真空装置包括真空泵以及与所述真空泵连接的真空水罐，所述真空水罐与所述排水管连接，所述排水管上设有阀门，所述真空水罐上还设有真空表以及排气管；
所述位移传感器、所述孔隙水压计以及所述压力传感器均与所述控制装置连接。
2.根据权利要求1所述的一种利用真空固结方法制备类岩石透明材料的试验装置，其特征是，所述反滤层由内到外依次是土工布、钢丝网和滤网。
3.根据权利要求1所述的一种利用真空固结方法制备类岩石透明材料的试验装置，其特征是，所述反力架顶板与底板连接钢管通过伸缩螺栓连接，用于调节顶板与底板距离。
4.根据权利要求1所述的一种利用真空固结方法制备类岩石透明材料的试验装置，其特征是，所述内筒底部与所述外筒底部设有若干支撑柱。
5.根据权利要求1所述的一种利用真空固结方法制备类岩石透明材料的试验装置，其特征是，所述内筒和所述外筒横截面均为正方形。
6.根据权利要求1所述的一种利用真空固结方法制备类岩石透明材料的试验装置，其特征是，所述进水管高度与试样室底层滤网高度齐平。
7.根据权利要求1所述的一种利用真空固结方法制备类岩石透明材料的试验装置，其特征是，所述下压顶盖上还设有把手。
技术总结