[發(fā)明專利]一種多元堤基管道式管涌型滲透變形的模型及試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310138570.2
• 申請(qǐng)日: 2013-04-19
• 公開（公告）號(hào): CN103233441A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳亮;趙敬川;夏兵兵;高為壯;雷文;丁小闖;康方博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): E02B1/02
• 分類號(hào): E02B1/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 虞希光

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明涉及一種多元堤基管道式管涌型滲透變形的模型及試驗(yàn)方法，屬于水利工程物理模型試驗(yàn)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

我國(guó)的堤防建設(shè)已有幾千年的歷史，目前在長(zhǎng)江和黃河流域兩岸的堤防，很多都是經(jīng)歷代修建而成，有著悠久的歷史。正是由于現(xiàn)有堤防是歷史上多次修建、破壞、再修復(fù)加固而逐漸形成的，因此堤防的質(zhì)量存在著不少的隱患，一到汛期便險(xiǎn)象環(huán)生。

統(tǒng)計(jì)資料表明，大多數(shù)堤基防滲能力差，堤基中薄弱環(huán)節(jié)的存在，就要求采取必要的防滲措施，然而現(xiàn)有的這方面措施很不完善，而且許多堤防未做基礎(chǔ)處理，因此，流土、管涌等堤基的滲透破壞在堤防工程中非常普遍。故加強(qiáng)對(duì)堤基滲透變形乃至破壞的研究，關(guān)乎國(guó)民生計(jì)，意義重大。堤基的滲透變形問題已經(jīng)受到了學(xué)術(shù)及工程界的普遍關(guān)注。

目前，關(guān)于堤基滲透變形的數(shù)值模擬多局限于有限元滲流模擬的范圍，但其無法考慮顆粒流失引起的水土作用過程，故很難全面表征堤基滲透變形的發(fā)展過程。相比于有限元數(shù)值模擬，物理模型試驗(yàn)原理簡(jiǎn)單，現(xiàn)象較直觀，針對(duì)性強(qiáng)。

以往的堤基滲透變形模型試驗(yàn)方法，一般只在土樣上游施加水頭差，與工程實(shí)際中堤基上下游同時(shí)承受不同水頭的情況還有一定的差別，不能科學(xué)的表征堤基上、下游在洪水期間不同水頭下的滲透作用。另外，以往的滲透變形研究試驗(yàn)儀器一般為窄槽，尺寸較小，一般人工觀測(cè)數(shù)據(jù)，精度較低，無法監(jiān)測(cè)滲透變形過程中滲流場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化，不能獲得滲流發(fā)展過程中瞬態(tài)的水力參數(shù)，難以較準(zhǔn)確反映堤基非飽和非均勻滲流與滲透破壞現(xiàn)象，也不能滿足堤基管涌等滲透變形研究的要求。

故需要一種新的技術(shù)方案以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能夠準(zhǔn)確并全面表征模擬多元堤基管道式管涌型滲透變形的發(fā)生發(fā)展過程的模型裝置及試驗(yàn)方法。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明研究多元堤基管道式管涌型滲透變形的模擬試驗(yàn)裝置采用如下技術(shù)方案：

一種多元堤基管道式管涌型滲透變形的模型試驗(yàn)裝置，包括箱式試驗(yàn)儀、基于單片機(jī)的智能水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)、下游水位調(diào)節(jié)室及數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于：箱式試驗(yàn)儀上游設(shè)有進(jìn)水口，經(jīng)進(jìn)水塑料軟管與基于單片機(jī)的智能水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)相連，進(jìn)水口右側(cè)及下游安裝透水板，箱式試驗(yàn)儀外側(cè)面設(shè)有多個(gè)水壓力傳感器，下游設(shè)有水位調(diào)節(jié)室，最右側(cè)側(cè)壁底部開有排水孔，排水孔下部經(jīng)出水塑料軟管接有智能電子流量計(jì)；箱式試驗(yàn)儀上部加蓋有機(jī)玻璃蓋板，有機(jī)玻璃蓋板與箱式試驗(yàn)儀之間用多個(gè)螺栓固定，有機(jī)玻璃蓋板上開有多個(gè)出逸孔，出逸孔孔口用橡膠塞封堵；出逸孔周圍三面設(shè)有擋水板，使帶砂的水由另一面的水砂收集口排出。所述的下游水位調(diào)節(jié)室位于下游透水板右側(cè)，水位調(diào)節(jié)室左側(cè)頂部外側(cè)經(jīng)進(jìn)水閥、聯(lián)接軟管與一智能電子流量計(jì)相連，智能電子流量計(jì)外側(cè)經(jīng)塑料軟管與下游進(jìn)水管連接；水位調(diào)節(jié)室右側(cè)從上到下均勻開有水位調(diào)節(jié)孔，水位調(diào)節(jié)孔用橡膠塞封堵。

所述的基于單片機(jī)的智能水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括供水裝置、控制供水裝置的可變頻交流電機(jī)及控制電機(jī)的中央控制盒，所述供水裝置通過進(jìn)水塑料軟管連接進(jìn)水口。所述的水壓力傳感器共三排，呈梅花形布置于箱式試驗(yàn)儀的外側(cè)面。

所述的數(shù)據(jù)采集裝置由智能電子流量計(jì)、水壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集及傳輸模塊、數(shù)據(jù)終端組成。

具體而言，所述的多元堤基管道式管涌型滲透變形的模型試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

a．向箱式試驗(yàn)儀內(nèi)分層填筑土樣，每層裝填完畢則進(jìn)行壓實(shí)、飽和處理；b．將有機(jī)玻璃蓋板與箱式試驗(yàn)儀周邊用多個(gè)螺栓固定，接觸面涂抹凡士林，有機(jī)玻璃蓋板的出逸孔用橡膠塞封堵；c．逐漸增加水頭差，當(dāng)水頭差達(dá)到設(shè)定值后，保持?jǐn)?shù)小時(shí)，直到下游排水孔流量穩(wěn)定，記錄此時(shí)的流量數(shù)據(jù)；d．待下游排水孔流量穩(wěn)定后，打開緊靠下游的出逸孔的橡膠塞，觀察、記錄出逸口的試驗(yàn)現(xiàn)象，并及時(shí)連續(xù)地量取出逸孔外水砂收集口的滲流量及出砂量，由智能電子流量計(jì)實(shí)時(shí)采集下游排水孔的流量，同時(shí)水壓力傳感器采集箱式試驗(yàn)儀內(nèi)不同位置土樣的各個(gè)時(shí)刻的水頭數(shù)據(jù)，直至土樣發(fā)生管道式管涌型滲透變形，試驗(yàn)停止；e．其他條件不變，不斷改變出逸孔的位置，即依次打開有機(jī)玻璃蓋板遠(yuǎn)離上游的各個(gè)出逸孔的橡膠塞，重復(fù)以上各步驟，完成出逸孔位置不同的多組模型試驗(yàn)；f．對(duì)測(cè)得水頭、流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別作出土樣出逸孔、下游排水孔滲流量—上下游水頭差變化曲線、臨界水力梯度-水平滲徑長(zhǎng)度變化曲線，以對(duì)多元堤基管道式管涌型滲透變形現(xiàn)象進(jìn)行表征。