[發(fā)明專利]一種用于土體滲流沖刷特性研究的試驗儀器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110301770.6
• 申請日: 2011-10-09
• 公開（公告）號: CN102374958A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王立忠;馬麗麗;國振;李玲玲
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N13/04
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于土體滲流沖刷特性研究的試驗儀器。

背景技術(shù)

水流對土體的沖刷是巖土工程和水利工程中最復(fù)雜的問題之一，河岸的崩塌、橋墩與丁壩的失穩(wěn)等大部分都是由于沖刷所引起構(gòu)筑物周圍土體流失造成的。

土體在經(jīng)受沖刷時主要受到水流作用力（切應(yīng)力、上舉力）、自身有效重力以及顆粒間的粘結(jié)力的影響。水流作用力是水流施加在土體顆粒上促使其起動、懸浮、沖刷的主要動力，而有效重力和顆粒間的粘結(jié)力是土體本身所固有的，是使其保持靜止不動、抵抗水流運移的主要阻力（即抗沖力）。當(dāng)水流作用力超過土體抗沖力時，就發(fā)生土體顆粒運移、流失；如若土體在承受沖刷作用的同時受到滲流作用，則土體顆粒間的作用力、孔隙水壓力等都會產(chǎn)生很大的變化，使土體的抗沖力減小，更容易發(fā)生沖刷現(xiàn)象。而沖刷和滲流這兩種現(xiàn)象在河岸崩塌等問題中也時常相伴而生，如河岸在滲流作用下由于水流沖刷造成河岸土顆粒物質(zhì)的移動，從而引起邊岸的變形、崩塌等問題。

因此，國內(nèi)外很多學(xué)者針對沖刷和滲流的問題，進行了大量數(shù)值模擬，現(xiàn)場及室內(nèi)實驗。如國內(nèi)的何建新教授在2010年初，發(fā)明了滲流力作用下泥沙啟動流速試驗裝置，主要研究滲流力下泥沙起動的潛力，可改變傳統(tǒng)的依靠水流拖曳力表層啟動泥沙的方式，具有重要的價值，但是該裝置沖刷槽不封閉，在水流流速等方面的測量有所欠缺，詳見<劉亮，何建新，侯杰，楊力行，“點源滲流作用下泥沙起動試驗研究”，水利與建筑工程學(xué)報，2011>；Jean-Louis?Briaud在1991年發(fā)明了一種儀器-—Erosion?Function?Apparatus（EFA）用來測定土體或巖體的沖刷特性，較準確的不同水流速度下土體或巖體的沖刷速率與切應(yīng)力之間的關(guān)系，最后得到土體或巖體的臨界切應(yīng)力或起動流速，該儀器裝置精密，實驗過程嚴謹，但沒有考慮土體（或巖體）滲流的情況，詳見<Briaud?J.-L.，Chen?H.-C.，2005，“The?EFA,?Erosion?Function?Apparatus:?An?Overview”，Proceedings?of?the?International?Conference?on?Soil?Mechanics?and?Geotechnical?Engineering，Osaka，Japan，September?2005?>。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于土體滲流沖刷特性研究的試驗儀器，能夠模擬土體滲流沖刷，實現(xiàn)各種不同條件下的試驗方案；為研究滲流與沖刷耦合作用下土體顆粒的起動、定性了解滲流沖刷機理、揭示沖刷與土樣基本性質(zhì)之間的定性關(guān)系、修正滲流作用下的沖刷公式等提供實驗條件。

為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：它包括取土器部分、沖刷機構(gòu)部分；

所述取土器部分包括可升降的垂直管狀盛土容器，所述盛土容器的底部為活塞，所述盛土容器透明；

所述取土器部分還包括能獨立于盛土容器升降的盛水容器，所述盛水容器連接提供壓縮空氣的裝置，所述管狀盛土容器的底部與盛水容器之間接通并設(shè)有閥；

所述沖刷機構(gòu)部分包括處于管狀盛土容器上方的平放的沖刷管，所述沖刷管在管狀盛土容器的正上方設(shè)有與管狀盛土容器適配的開口，以供管狀盛土容器上升后與沖刷管相接并密封；

所述沖刷機構(gòu)部分在所述開口的上下游分別設(shè)有流量計，在所述開口的上游設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥，在所述開口的下游連接過濾裝置；

所述沖刷管在設(shè)置所述開口的區(qū)段設(shè)有觀察窗，所述沖刷管的底部為平底。

在采用上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可采用以下進一步的技術(shù)方案：

所述實驗儀器包括支撐臺，所述沖刷管設(shè)置在支撐臺的上方，所述支撐臺內(nèi)在左右方向上被分呈四個區(qū)域，自左至右或自右至左依次為：液體動力區(qū)，用于設(shè)置沖刷用水的增壓水泵；滲流水提供區(qū)，用于設(shè)置所述盛水容器及其升降機構(gòu)；土樣提供區(qū)，用于設(shè)置盛土容器及其升降機構(gòu)；氣壓動力提供及沖刷水過濾區(qū)，其下部用于設(shè)置向盛水容器提供壓縮氣體的氣壓裝置，其上部用于設(shè)置所述過濾裝置。

所述氣壓裝置包括氣壓泵和儲氣罐。

所述管狀盛土容器底部的活塞與盛水容器之間接通，所述活塞中空，其下部設(shè)有與水管連接的接口，其上部具有多個出水孔隙。

盛土容器的升降機構(gòu)包括盛土容器的安裝定位座、蝸輪蝸桿機構(gòu)，蝸輪蝸桿機構(gòu)中的蝸輪固定在所述安裝定位座上并連接有搖輪，蝸桿被固定不動。