[發明專利]一種研究海堤工程管涌現象的試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 201310052803.7
• 申請日: 2013-02-18
• 公開（公告）號: CN103147420A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 趙敬川;陳亮;趙小龍;詹瀘成;黃德文;高為壯
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

技術領域

本發明涉及一種研究海堤工程管涌現象的試驗方法以及實施該海堤工程管涌現象研究方法的試驗裝置，屬于水利工程滲透破壞試驗方法及其實驗儀器領域。

背景技術

管涌等滲透破壞在海堤工程中非常普遍。據統計，由滲透破壞造成的險情約占總險情的70%，除漫頂險情外，海堤潰口險情幾乎全部是管涌等滲透破壞所致。故海堤工程的管涌等滲透破壞問題已經受到了學術及工程界的普遍關注。

此前，在研究海浪、潮汐、洪峰等對海堤的滲透作用時，多將海浪等的波動水位簡化為穩定常水位。水位循環漲落時，海堤工程內部填筑材料的滲流是非穩定的，并且是飽和、非飽和狀態相互轉化的水-氣二相流，而常水位下的海堤內部的滲流是穩定的；海堤堤身土體透水性小，而潮漲落和波浪沖擊循環周期都很短，故堤體內已形成的初始滲流自由面變化很微，整個堤體內的滲流場較為復雜，與常水位下的差別很大。對于常水位下海堤的滲透破壞，前人已作了不少的的研究，而針對海浪、洪水、潮汐等水位循環漲落作用下的海堤管涌等破壞特性的室內試驗研究卻仍為當今學者研究的真空區。

另外，以往的管涌研究實驗儀器一般為窄槽，尺寸較小，一般人工觀測數據，精度較低，且多采用手動升降水頭的方式，上游水頭不能自動控制，難以較準確反映海堤工程非飽和非均勻滲流與滲透破壞現象，也不能滿足海堤工程管涌等滲透破壞研究的要求。

故，需要一種新的技術方案以解決上述問題。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種能夠準確并全面表征模擬海堤的整個土體管涌的發生發展過程的海堤工程管涌現象的試驗裝置及試驗方法。

為實現上述發明目的，本發明研究海堤工程管涌現象的試驗裝置可采用如下技術方案：

一種研究海堤工程管涌現象的試驗裝置，包括具有進水口的模型槽、連接進水口的基于單片機的智能水頭控制系統、位于模型槽外側面不同位置的若干水頭測量裝置、設置于模型槽內上游處的透水板、設置于模型槽內下游處的安裝隔板、設置于安裝隔板外側的排水孔、排水孔下部接有電子流量計。

與現有技術相比，本發明研究海堤工程管涌現象的試驗裝置通過基于單片機的智能水頭控制系統使施加于土樣的水頭差隨時間呈正弦曲線變化，模擬海浪、潮汐等循環漲落水流對海堤工程的沖擊作用，同時也克服了現有管涌試驗模型裝置誤差大、尺寸效應明顯及精度低等的缺陷。通過設置水壓力傳感器、電子流量計等測量裝置分別測定、采集土樣在水頭循環漲落作用下的水頭、流量等參數，然后將這些數據分析后獲得土樣同一水位流速-水頭循環次數變化曲線、臨界水力梯度-水頭循環次數變化曲線等曲線圖，進而全面表征模擬海堤的整個土體管涌的發生發展過程。

附圖說明

圖1是本發明研究海堤工程管涌現象的試驗裝置的結構示意圖。

圖2是本發明使用研究海堤工程管涌現象的試驗裝置的試驗方法的流程圖。

圖3是本發明試驗方法中得到的土樣同一水位流速-水頭循環次數變化曲線圖。

圖4是本發明試驗方法中得到的土樣臨界水力梯度-水頭循環次數變化曲線圖。

圖中，1、模型槽，2、透水板，3、隔板，4、排水孔，5、進水口，6、管道，7、基于單片機的智能水頭控制系統，8、有機玻璃蓋板，9、水頭測量裝置，10、數據采集及傳輸模塊，11、電子流量計，12、計算機終端，13、電機，14、控制箱，15、水頭升降裝置。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。

請參閱圖1所示，本發明公開一種研究海堤工程管涌現象的試驗裝置，包括具有進水口5的模型槽1、連接進水口的基于單片機的智能水頭控制系統7、位于模型槽1外側面不同位置的若干水頭測量裝置9、設置于模型槽1內上游處的透水板2、設置于模型槽1內下游處的隔板3、設置于隔板3外側的排水孔4、排水孔4下部接有電子流量計11。

所述基于單片機的智能水頭控制系統7包括水頭升降裝置15、控制水頭升降裝置15的電機13及控制電機13的控制箱14，所述水頭升降裝置15通過管道6連接進水口5。該基于單片機的智能水頭控制系統7，能夠使施加于土樣的上游水頭自動地隨時間呈正弦曲線形式規律性的變化，以模擬海浪、潮汐等水位循環漲落作用下海堤工程的管涌破壞情況；智能改變水頭，自動化程度高，減少了人為操作帶來的誤差，精確度高。