[發明專利]一種地震管涌破壞時土體位移精確可視化試驗裝置和試驗方法

有效

• 申請號: 201711324489.8
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108169453B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 倪小東;徐碩;王媛;左翔宇;曾乾坤
• 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: 王美章

1.一種地震管涌破壞時土體位移精確可視化的試驗方法，基于一種地震管涌破壞時土體位移精確可視化的試驗裝置，包括：

一供水裝置，供水裝置的頂部設有進水口，供水裝置的底部設有進水管，進水管上設有進水管水閥和流量計；

一透明模型箱，所述透明模型箱的高度低于所述供水裝置的高度，透明模型箱的底部設有與供水裝置上的進水管相連通的接口；透明模型箱內等距布設有多個孔隙壓力測量裝置；透明模型箱的底部設有預留空間，預留空間內設置多層卵石，多層卵石的上方設置有飽和透明土樣；透明模型箱的頂部設有出水管，出水管上設有出水管水閥；

一振動平臺，用于安放所述透明模型箱；

水頭調節機構，用于調節所述供水裝置的水頭高度；

數字觀測系統，包括CCD相機、扇面激光發射器以及參照格柵，其中，所述CCD相機安放在透明模型箱的正前方，所述扇面激光發射器安放在透明模型箱的右側，所述參照格柵插設于所述飽和透明土樣內部；

計算機，與所述流量計和CCD相機電連接；

所述參照格柵由熔融透明土制成；其特征在于，包括如下幾個步驟：

S1、按照試驗的參數要求制備好相應的飽和透明土樣，將其置于透明模型箱中，并在其中插入參照格柵；

S2、在供水裝置內注入與飽和透明土樣具有相同折射率并添加熒光劑的孔隙流體；

S3、打開扇形激光發射器，待功率穩定后，調整激光切面的角度，使其垂直打入飽和透明土樣，形成散斑場；

S4、調整CCD相機的可視范圍，使其能夠包含整個飽和透明土樣，并設置其以振動平臺荷載頻率20倍以上來采集飽和透明土樣圖像并傳送至計算機；

S5、保持供水裝置內水位不變，通過水頭調節機構調節供水裝置水頭高度，使得在試驗過程中飽和透明土樣的滲透水頭保持不變；

S6、打開進水管水閥和出水管水閥，使得水頭調節系統中與飽和透明土樣具有相同折射率并添加熒光劑的孔隙流體通過多層軟石進入透明模型箱，輸入模擬地震荷載至振動平臺，誘使飽和透明土樣在地震荷載作用下發生管涌破壞，并將流量計的數據傳輸至計算機；

S7、滲流變形或管涌破壞過程中，飽和透明土樣混合物由透明模型箱頂部的出水管排出；

S8、試驗完成之后，通過粒子圖像處理軟件并結合參照格柵，分析所獲得管涌破壞過程圖片，得到在地震作用下土體管涌破壞時土體變形位移場；

所述的供水裝置為供水箱，供水箱內設有與所述飽和透明土樣具有相同折射率的孔隙液體；

所述的飽和透明土樣采用正構烷烴類溶劑和礦物油的混合溶液與無定性硅制配形成。

2.根據權利要求1所述的地震管涌破壞時土體位移精確可視化的試驗方法，其特征在于，所述水頭調節機構包括：第一定滑輪、第二定滑輪、鋼絲繩以及固定支架，其中，固定支架內位于固定支架頂部中間位置固定連接第一定滑輪，所述固定支架的外壁上與第一定滑輪同一高度處固定連接第二定滑輪，固定支架內部設置所述供水裝置，供水裝置的頂部連接鋼絲繩的一端，鋼絲繩另一端依次連接第一定滑輪、第二定滑輪后設置于固定支架的外部一側。

3.根據權利要求2所述的地震管涌破壞時土體位移精確可視化的試驗方法，其特征在于，所述固定支架的一側側邊標有刻度。

4.根據權利要求1所述的地震管涌破壞時土體位移精確可視化的試驗方法，其特征在于，所述的粒子圖像處理軟件采用geoPIV軟件。