[發明專利]一種滲流作用下碎石土內部侵蝕試驗設備及試驗方法

有效

• 申請號: 201811408328.1
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109307633B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 魏松;王杰;肖淑霞;戚玉奎;陳清;陳磊;徐海龍;何家明;王智超
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N3/24;G01N3/06
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

本發明公開了一種滲流作用下碎石土內部侵蝕試驗裝置，包括滲透侵蝕裝置、供水裝置和侵蝕顆粒收集裝置；其滲透侵蝕裝置具有一透明的圓柱狀的筒體，頂部敞口，底部由圓板底座封閉，在圓板底座的中心設置入水口，在筒體的上部側壁上設置侵蝕顆粒導出口；在筒體內的底層放置透水石，在透水石的上部分層依次放置染色成不同顏色的碎石土試樣，利用供水裝置向滲透侵蝕裝置中筒體內供水，利用侵蝕顆粒收集裝置收集滲流作用下碎石土。本發明通過查看碎石土的移動情況以及根據收集的碎石土能夠準確分析出滲流作用下碎石土的內部侵蝕情況。

技術領域

本發明涉及巖土工程領域，具體是一種滲流作用下碎石土內部侵蝕試驗裝置及試驗方法。

背景技術

碎石土是由礫石、塊石、砂土以及粘土等固體顆粒組成的堆積物，是構成土石壩的主要材料。因為壩基與壩體自身的缺陷或穿壩建筑物的影響，滲透破壞是土石壩破壞的一種常見的形式。土的滲透變形可分為流土、管涌(一般也稱為內部侵蝕)、接觸沖刷以及接觸流失。土石壩滲透破壞為流土和管涌兩種形式，其中，流土是指在滲流力的作用下，粒間有效應力為零時，顆粒群發生懸浮、移動的現象叫做流土或者流沙現象，這種現象多發生在顆粒級配均勻的飽和細砂、粉砂和粉土中，它的發生一般是突發性的，對工程危害較大，流土是不分顆粒大小土粒都移動，不是細土粒穿過粗土粒的孔隙流失；管涌是指在滲流作用下，細顆粒從粗顆粒孔隙中被沖走或者帶出的現象。不論是管涌還是流土破壞，若不能及時發現并且實施有效解決措施，最終都會在壩體或者壩基內產生滲流通道，隨著滲流通道的增大，壩體上部厚度逐漸減少，當壩體上部的重力大于壩體結構的抗剪強度時，壩體會坍塌潰決，滲透破壞已成為亟待解決的問題。

目前針對碎石土的滲透侵蝕問題，國內外學者做了大量的研究，已有很多學者運用多種實驗器材，深入研究土的滲透侵蝕問題，但是研究的問題主要還是集中在孔隙比、水力梯度、黏粒含量、臨界剪切強度、臨界水力梯度等宏觀方面，研究所得出的結論也是基于分析試驗結果，并且受限于模型制作技術以及模型試驗的尺寸，很難深入土體細觀結構去研究滲透破壞問題。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術的不足，提供一種滲流作用下碎石土內部侵蝕試驗設備及試驗方法，以期通過試驗，能夠開展滲流作用下不同級配狀態下碎石土的顆粒級配流失以及顆粒移動情況的研究，得到不同級配碎石土經過滲透侵蝕后所具有的不同的抗剪強度，從而得到具有更好的穩定性的碎石土級配，從土體細觀結構角度去研究土體的滲透破壞問題。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明滲流作用下碎石土內部侵蝕試驗裝置，其特點是：包括滲透侵蝕裝置、供水裝置和侵蝕顆粒收集裝置；

所述滲透侵蝕裝置具有一透明的圓柱狀的筒體，筒體的頂部為敞口，筒體的底部由圓板底座封閉，在所述圓板底座的中心設置入水口，在所述筒體的上部側壁上設置侵蝕顆粒導出口；在所述筒體內的底層放置透水石，在透水石的上部分層依次放置染色成不同顏色的碎石土試樣，使不同顏色的碎石土試樣分處在不同深度位置上，所述碎石土試樣至少為不同顏色的兩層，所述侵蝕顆粒導出口位于筒體內頂層碎石土試樣的上方；

所述供水裝置通過供水管向所述滲透侵蝕裝置中的筒體內供水，所述供水管一端與供水桶相連通，另一端與圓板底座上的入水口相連通，使供水在筒體內經過透水石的穩流自下而上流動；

所述侵蝕顆粒收集裝置為一碎石土收集桶，碎石土收集管一端與筒體上所述侵蝕顆粒導出口相連通，另一端將收集碎石土導入碎石土收集桶。