[實用新型]一種模擬巖土體中管道水流沖刷效應的測試裝置

有效

• 申請號: 201820609457.6
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN208270359U
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 葉飛;符文熹;魏玉峰;袁星宇
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56
• 代理公司: 成都泰合道知識產權代理有限公司 51231
• 代理人: 周宇杰

本實用新型涉及一種邊坡穩定性影響因素的測試技術，具體公開了一種模擬巖土體中管道水流沖刷效應的測試裝置，包括底板和設置于底板上的內部具有貫通管道的模擬巖土層，底板包括固定端和升降端，固定端通過水平軸固定且可繞水平軸轉動，升降端連接有升降繩，升降繩穿過定滑輪后纏繞于繞線盤上，通過轉動繞線盤可連續調節升降端在豎直方向上的高度；模擬巖土層中的貫通管道包括上游端口和下游端口，下游端口配置有與端口形狀匹配的阻水塞，上游端口與水源相連。本實用新型的優點是：適用于強降雨或排水條件下水流對巖土層中貫通管道壁面拖曳力的測定，從而為量化強降雨或排水條件下管道拖曳力對巖土體失穩的影響提供參考和貢獻。

技術領域

本實用新型涉及一種邊坡穩定性影響因素的測試技術，尤其是一種用于測定巖土體管道流對巖土體穩定性影響的測試裝置。

背景技術

巖土體中的貫通管道、非貫通管道和孔隙共同構成一個復雜的多孔網絡體系。其中，貫通管道是地下水與地表水之間相互轉換的主要路徑，是地下水與巖土體之間水力聯系的重要通道，也是巖土體失穩破壞常常追蹤的邊界條件。巖土體管道流極大地影響了交通、水利水電和礦山等工程的施工安全和正常運行，其研究受到工程界和學術界的廣泛關注。

土木工程領域對巖土體中水運動的描述，普遍采用線性Darcy定律。該定律適于單一均勻多孔介質、雷諾數Re上限為[1,10]的線性層流。基于線性Darcy滲流理論，計算相對均勻巖土體孔隙介質的流場并據此評價流固耦合作用下的力學響應是可行的。然而，當Re超出線性層流上限或巖土體存在貫通管道集中滲漏通道時，仍用Darcy理論計算則會產生顯著誤差。1868年，著名的俄國流體學家布辛習涅斯基提出了Newton流體在光滑平行板縫中的運動學理論。在該理論構架體系下，也能推導出光滑等直徑圓形管道中流體的運動方程。在求解含貫通管道巖土體介質的地下水滲流問題時，目前普遍采用開口立方定律。然而，具體計算時大多將管道的壁面視為不透水邊界，該假設隱含管道所賦存的巖土體基質也具不透水性(注：巖土體基質指包含孔隙結構和非貫通管道多孔介質部分)，同時還假定管道內不含散粒充填物，這與實際相比仍存在較大偏差。因此，尚需提升和完善經典的地下水滲流運動理論，從而更準確地描述含充填物的貫通管道巖土體多孔介質的流場特征，以及更合理地評價地下水滲流作用下巖土體的力學響應。查閱國內外相關文獻資料，有關管道流的研究鮮有考慮水流對管道壁面產生的拖曳力作用。

實用新型內容

為了更好地研究貫通管道壁面水流拖曳力對巖土體穩定性的影響，本實用新型提供了一種模擬巖土體中管道水流沖刷效應的測試裝置。

本實用新型所采用的技術方案是：模擬巖土體中管道水流沖刷效應的測試裝置，包括底板和鋪設于底板上的內部具有貫通管道的模擬巖土層；所述底板包括固定端和升降端，所述固定端通過水平軸固定且可繞水平軸轉動，所述升降端連接有升降繩，升降繩穿過定滑輪后纏繞于繞線盤上，通過轉動繞線盤可連續調節升降端在豎直方向上的高度；所述模擬巖土層中的貫通管道包括靠近固定端的上游端口和靠近升降端的下游端口，所述下游端口配置有與端口形狀匹配的阻水塞，所述上游端口與水源相連。

現有的管道水流在貫通管道壁面產生的拖曳力計算沒有一定的理論，本實用新型提出了一套水流對貫通管道壁面產生的拖曳力測試技術。

為此，本實用新型研制了上述模擬巖土體中管道水流沖刷效應的測試裝置，使用該裝置可實現水流對巖土介質中貫通管道壁面拖曳力的測定。

容易理解的，本實用新型貫通管道的上游端口應當與水源相連，水源的選擇不限，但需要保證水流能夠平緩均勻的進入貫通管道中，以實現模擬自然管道流的目的，因此貫通管道的上游端口不能與帶壓水龍頭等設備連接，最好是配備專用的儲水容器為貫通管道供水。