[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方法

有效

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• 申請日: 2013-04-19
• 公開（公告）號: CN103233441A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳亮;趙敬川;夏兵兵;高為壯;雷文;丁小闖;康方博
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 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方法，屬于水利工程物理模型試驗領(lǐng)域。

背景技術(shù)

我國的堤防建設(shè)已有幾千年的歷史，目前在長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，一到汛期便險象環(huán)生。

統(tǒng)計資料表明，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。故加強對堤基滲透變形乃至破壞的研究，關(guān)乎國民生計，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，物理模型試驗原理簡單，現(xiàn)象較直觀，針對性強。

以往的堤基滲透變形模型試驗方法，一般只在土樣上游施加水頭差，與工程實際中堤基上下游同時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儀器一般為窄槽，尺寸較小，一般人工觀測數(shù)據(jù)，精度較低，無法監(jiān)測滲透變形過程中滲流場的動態(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方法。

為實現(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裝置，包括箱式試驗儀、基于單片機的智能水位調(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：箱式試驗儀上游設(shè)有進水口，經(jīng)進水塑料軟管與基于單片機的智能水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)相連，進水口右側(cè)及下游安裝透水板，箱式試驗儀外側(cè)面設(shè)有多個水壓力傳感器，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；箱式試驗儀上部加蓋有機玻璃蓋板，有機玻璃蓋板與箱式試驗儀之間用多個螺栓固定，有機玻璃蓋板上開有多個出逸孔，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)進水閥、聯(lián)接軟管與一智能電子流量計相連，智能電子流量計外側(cè)經(jīng)塑料軟管與下游進水管連接；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及控制電機的中央控制盒，所述供水裝置通過進水塑料軟管連接進水口。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、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方法，包括以下步驟：

a．向箱式試驗儀內(nèi)分層填筑土樣，每層裝填完畢則進行壓實、飽和處理；b．將有機玻璃蓋板與箱式試驗儀周邊用多個螺栓固定，接觸面涂抹凡士林，有機玻璃蓋板的出逸孔用橡膠塞封堵；c．逐漸增加水頭差，當(dāng)水頭差達到設(shè)定值后，保持數(shù)小時，直到下游排水孔流量穩(wěn)定，記錄此時的流量數(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、記錄出逸口的試驗現(xiàn)象，并及時連續(xù)地量取出逸孔外水砂收集口的滲流量及出砂量，由智能電子流量計實時采集下游排水孔的流量，同時水壓力傳感器采集箱式試驗儀內(nèi)不同位置土樣的各個時刻的水頭數(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，即依次打開有機玻璃蓋板遠離上游的各個出逸孔的橡膠塞，重復(fù)以上各步驟，完成出逸孔位置不同的多組模型試驗；f．對測得水頭、流量數(shù)據(jù)進行分析，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-水平滲徑長度變化曲線，以對多元堤基管道式管涌型滲透變形現(xiàn)象進行表征。