[發明專利]一種滲流侵蝕應力耦合管涌試驗裝置

有效

• 申請號: 201110242127.0
• 申請日: 2011-08-23
• 公開（公告）號: CN102411042A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 羅玉龍;詹美禮;盛金昌;速寶玉;何淑媛
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本發明涉及一種滲流－侵蝕－應力耦合管涌試驗裝置，特別是一種能夠研究原狀土體管涌發展過程的滲流－侵蝕－應力耦合機理的試驗裝置。

背景技術

據統計，20世紀90年代，我國平均每年洪災經濟損失1343.1億元，1998年更是多達2550.9億元，洪水導致眾多堤壩發生大面積滲透破壞，其中管涌是一種十分重要的滲透破壞形式。因此，開展堤壩管涌機理及其發展過程預報的相關研究，避免或有效控制管涌破壞，是巖土工程和水利水電工程領域亟待解決的應用基礎性研究課題，對保障沿岸居民生命財產安全和城市經濟的可持續發展具有十分重要的意義。

前期研究表明，管涌是涉及孔隙水滲流、可動細顆粒侵蝕運移、多孔介質變形等眾多復雜力學行為的多相多場耦合現象：孔隙水滲流沖刷侵蝕土骨架產生可動細顆粒，可動細顆粒跟隨孔隙水滲流運移流失，土顆粒重新排列、沉積，導致土體細觀結構和力學特性發生改變，如孔隙率、滲透性、剛度及抗剪強度的不均勻變化等。土體滲透性的不均勻變化導致孔隙水介質的孔隙水壓力發生變化。進而使得土骨架承受的有效應力隨之變化，導致土體內部應力狀態的變化，應力狀態地改變反過來再次影響孔隙水介質的孔隙水壓力分布，及其對土骨架地侵蝕作用，即管涌的發展過程就是滲流－侵蝕－應力耦合作用的過程。

但是現有的管涌試驗裝置忽視了管涌發展過程中的這種滲流－侵蝕－應力耦合效應，有的裝置不考慮細顆粒流失引起的土體幾何（孔隙率）、水力（滲透性）、力學特性（抗剪強度等）的變化，有的裝置則無法考慮土體所處的應力狀態對管涌的影響。因此，研究成果無法全面客觀地揭示管涌的滲流侵蝕應力耦合機理，嚴重影響了堤壩管涌險情的準確預報。

發明內容

本發明針對上述所述的不足提供了一種滲流侵蝕應力耦合管涌試驗裝置。

本發明如下技術方案：

本發明提供了一種滲流侵蝕應力耦合管涌試驗裝置，包括底座，多孔鋼板，壓力室，試樣，熱縮管，蓋帽，卵石濾層，頂蓋，軸向加壓桿，軸向加壓器，出水管，光電傳感器，電阻應變片，量杯；所述的底座內布置漏槽，底座上部布置壓力室，壓力室的上部布置頂蓋；出水管的一端與底座底部出口連接、另一端延伸入量杯；試樣布置在壓力室內置于底座上，試樣與底座之間布置多孔鋼板，試樣的外側緊密包裹熱縮管、頂部布置蓋帽，蓋帽內填充卵石濾層；軸向加壓桿的一端穿過頂蓋與蓋帽接觸、另一端與軸向加壓器連接；光電傳感器布置在出水管的管身上；電阻應變片布置在熱縮管上。

本發明所述的滲流侵蝕應力耦合管涌試驗裝置，所述的多孔鋼板的通孔孔徑為0.075mm-5mm。

本發明所述的滲流侵蝕應力耦合管涌試驗裝置，還包括滲透加壓器，圍壓加壓器，位移傳感器，應變數據采集器，孔隙水壓力傳感器；所述的滲透加壓器通過管路與蓋帽連接，圍壓加壓器通過管路與底座底部連接，且與壓力室連通，位移傳感器布置在軸向加壓桿的頂端，應變數據采集器與電阻應變片連接，孔隙水壓力傳感器通過管路與底座上方的多孔鋼板連接。

有益效果

滲流－侵蝕－應力耦合管涌試驗裝置能夠考慮孔隙水滲流－細顆粒侵蝕運移－土體變形等多相多場耦合效應對土體管涌發展過程的影響，能夠跟蹤監測處于三向受壓狀態的土體，在滲流作用下，其中可動細顆粒含量、孔隙率、滲透性、沉降量、剛度、抗剪強度指標的動態變化過程。本發明從滲流－侵蝕－應力耦合角度研究復雜應力狀態下土體的管涌發展過程，為全面認識土體管涌發展機理提供了新的角度，同時將為堤壩管涌險情的預測預報和有效治理提供重要的理論依據和技術支持。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖

圖中1是底座，11是多孔鋼板，2是壓力室，3是試樣，4是熱縮管，5是蓋帽，6是卵石濾層，7是頂蓋，8是軸向加壓桿，9是軸向加壓器，10是出水管，12是光電傳感器，13是電阻應變片，14是量杯。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進一步詳細說明：

如圖1所示：一種滲流侵蝕應力耦合管涌試驗裝置，包括底座1，多孔鋼板11，壓力室2，試樣3，熱縮管4，蓋帽5，卵石濾層6，頂蓋7，軸向加壓桿8，軸向加壓器9，出水管10，光電傳感器12，電阻應變片13，量杯14。