[實用新型]一種研究滲透性破壞現象的試驗裝置

無效

• 申請號: 200920042002.1
• 申請日: 2009-04-02
• 公開（公告）號: CN201378166Y
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 梁越;陳亮;陳建生
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N13/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本實用新型涉及一種用于研究滲透性破壞現象的實驗裝置。

背景技術

滲流引起的滲透破壞問題主要有兩大類：一是由于滲流力的作用，使土體顆粒流失或局部土體產生移動，導致土體變形甚至失穩；二是由于滲流作用，使水壓力或浮力發生變化，導致土體或結構物失穩；前者主要表現為流土和管涌，后者則表現為岸坡滑動或擋土墻等構筑物整體失穩。

目前研究表明，管涌是滲透水流作用下，細小顆粒在粗顆粒形成的孔隙中逐步移動，以至流失的過程。伴隨著細顆粒的不斷流出，管涌發生發展過程中土體內的孔隙水壓力、土壓力、土體位移及滲出流量都在發生著變化，因此，通過觀測土體試樣各部分的顆粒運動以及各參數的變化情況可以更好地了解管涌的發生與發展過程，但是，現有技術中，一般采用量測管涌發生時臨界水力梯度的方法來研究管涌的發生與發展，而正如前面所述，管涌破壞一般有個時間發展過程，是一種漸進性質的破壞，即管涌是一個動態的過程，在管涌的發展過程中，隨著細小顆粒的流失，土體將呈現非均質、各向異性等性質，同時，土體中的流速與孔隙水壓力也會重新分布，因此，應用測量臨界水力梯度的傳統管涌試驗方法，不能全面地探測管涌發展過程中涉及的所有參數的變化。

另外，目前公知的室內管涌實驗觀測儀器一般為窄形槽，尺寸較小，且一般用肉眼觀測記錄數據，所以，這種試驗設備顯然存在以下不足：(1)管涌的發生發展過程是三維的，窄形槽模擬管涌過程與實際情況出入很大；(2)管涌的室內實驗受尺寸效應的影響很大，尺寸越小，尺寸效應越明顯，造成的誤差也越大；(3)目前大多數的此類實驗儀器不能測量管涌發展過程中不同垂直荷載下的豎向位移，而且實驗中能測量得到的參數種類也較少，很難全面地測量管涌發生發展過程中土體內各部分的水力參數與結構參數的變化；(4)數據利用人工記錄的方法，精度不高。

實用新型內容

本實用新型針對現有技術的不足，提供一種研究滲透性破壞現象的試驗裝置，其通過采用土體容納箱盛裝土體試樣，并設置驅動上游貯水箱發生垂直位移的位移驅動控制裝置改變上游貯水箱和進水箱之間的水頭差以獲取滲透性破壞現象發生的預設水力梯度，同時，設置水壓力測量裝置以及土壓力測量裝置以分別測量每一個水頭差對應的滲透性破壞現象發展過程中相應位點的孔隙水壓力以及土壓力，并對土體試樣施加不同的可用荷重測量裝置測定的垂直負荷，設置豎向位移測量裝置測量不同垂直荷載下的豎向位移，并對這些數據進行分析后輸出水力梯度-時間、孔隙水壓力-時間、土壓力-時間以及滲出流量-水力梯度四條表征曲線，從而較為全面地表征整個滲透性破壞現象的發生發展過程。

為實現上述的技術目的，本實用新型將采用以下的技術方案：

一種研究滲透性破壞現象的試驗裝置，包括上游貯水箱、用于盛放土體試樣的土體容納箱以及下游貯水箱，所述上游貯水箱的輸入端連接驅動其發生垂直位移的位移驅動控制裝置，所述上游貯水箱和土體容納箱之間連接有進水箱，且該進水箱上設置有用于測量上游貯水箱和進水箱之間水頭差的水頭指示管，而土體容納箱和下游貯水箱之間則設置用于測量滲出流量的流量計，所述土體容納箱頂板設置可縱向移動的活動蓋板，并在該活動蓋板上聯動設置縱向負荷輸出裝置，且縱向負荷輸出裝置的輸出端設置用于測量該縱向負荷輸出裝置所輸出豎向負荷的荷重測量裝置，而活動蓋板上則設置用于測量土體試樣豎向位移的豎向位移測量裝置，另外，所述土體容納箱上裝有分別用于測量滲透性破壞現象發展過程中孔隙水壓力的水壓力測量裝置和用于測量土壓力的土壓力測量裝置。

所述荷重測量裝置、水壓力測量裝置、豎向位移測量裝置以及土壓力測量裝置分別為荷重傳感器、水壓力傳感器、豎向位移傳感器以及土壓力傳感器。

所述土體容納箱的一個側面板采用透明材質制作而成，且該透明面板的外表面上設置有用于拍攝土體試樣顆粒軌跡的圖像采集裝置。

所述圖像采集裝置包括高速顯微攝像頭。

所述水頭指示管、水壓力傳感囂、土壓力傳感器、荷重傳感器、豎向位移傳感器以及高速顯微攝像頭的輸出端分別與數據采集裝置連接，而該數據采集裝置的輸出端則與一分析處理水頭差、水壓力、土壓力、縱向負荷、豎向位移以及土體試樣顆粒軌跡這些數據、以輸出水力梯度-時間、孔隙水壓力-時間、土壓力-時間以及滲出流量-水力梯度四條表征曲線的計算機數據處理裝置連接。

所述位移驅動控制裝置包括卷揚機以及將卷揚機和上游貯水箱連接的提升機構。

所述縱向負荷輸出裝置包括千斤頂以及驅動該千斤頂運動的壓力傳動裝置。