[發(fā)明專利]可變上覆壓力下土體接觸沖刷試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910439228.3
• 申請(qǐng)日: 2019-05-24
• 公開（公告）號(hào): CN110243715A
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王琛;張力;梁發(fā)云;趙高文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N5/04
• 分類號(hào): G01N5/04;G01N33/24
• 代理公司: 上海科律專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳;李耀霞

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N可變上覆壓力下土體接觸沖刷試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，包括壓力室、水力加壓設(shè)備、試樣盒、圖像采集設(shè)備等。水力加壓設(shè)備用以向試樣盒中的試樣施加不同的水力梯度，模擬不同的滲流條件；試樣盒兩端為進(jìn)水通道和沖刷出口通道；進(jìn)水通道和沖刷出口通道安裝有流量計(jì)；加壓和沖刷通道上安裝有閥門和壓力傳感器，壓力傳感器用于檢測(cè)試樣兩端的水壓力；圖像采集設(shè)備用以記錄接觸沖刷發(fā)生演變的全過(guò)程。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬可變上覆壓力作用下不同粗細(xì)粒徑比土層接觸沖刷的發(fā)生條件和演變規(guī)律，可根據(jù)試驗(yàn)要求選擇顆粒粒徑比、上覆壓力、水力梯度，可操作性強(qiáng)，能細(xì)觀地觀測(cè)顆粒在不同上覆壓力及水頭差下的滲蝕破壞機(jī)理。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于土體接觸沖刷試驗(yàn)?zāi)M技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種運(yùn)用于可變上覆壓力下土體接觸沖刷試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，通過(guò)設(shè)定試樣所受上覆壓力、調(diào)節(jié)試樣兩端的水頭差來(lái)模擬接觸沖刷，利用監(jiān)測(cè)設(shè)備觀察記錄接觸沖刷的發(fā)生與演變過(guò)程，研究不同粗細(xì)粒徑比與不同上覆壓力作用下接觸沖刷的產(chǎn)生與發(fā)展過(guò)程，揭示特定水力條件下土層界面處的滲蝕機(jī)理。

背景技術(shù)

我國(guó)很多地區(qū)的地層以砂土為主，抗?jié)B蝕力較弱，在雨滴擊濺和地下水侵蝕的作用下容易發(fā)生水土流失。接觸沖刷是指滲流沿著兩種滲透系數(shù)差別很大的地層界面運(yùn)動(dòng)時(shí)，細(xì)顆粒被帶走的現(xiàn)象，與管涌、流土、接觸流土共同構(gòu)成了四種工程中十分常見的典型滲透破壞類型。接觸沖刷通常在土體內(nèi)部土層界面處產(chǎn)生，逐漸發(fā)展可至土層表面，其破壞往往具有很強(qiáng)的隱蔽性，地表出現(xiàn)破壞現(xiàn)象時(shí)，地層內(nèi)部的破壞已十分嚴(yán)重，再進(jìn)行減災(zāi)措施為時(shí)已晚。該問(wèn)題在實(shí)際工程中不容忽視，已經(jīng)得到學(xué)者與工程師的廣泛關(guān)注。

目前對(duì)于接觸沖刷方面的研究大都采用有限元數(shù)值模擬，但上述方法不能很好地考慮水-土的相互作用，所建立的數(shù)值計(jì)算模型與實(shí)際情況存在偏差，無(wú)法全面解釋接觸沖刷的發(fā)生發(fā)展機(jī)理。且由于接觸沖刷發(fā)生在土體內(nèi)部，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的可操作性不強(qiáng)，無(wú)法直接探究其內(nèi)部破壞與災(zāi)變過(guò)程的作用機(jī)理。使得實(shí)際工程在施工和后期維護(hù)過(guò)程中面臨巨大的安全威脅。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)的目的在于，提供一種可變上覆壓力下土體接觸沖刷試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，以克服目前試驗(yàn)研究手段中顆粒流失率計(jì)算精度不高、接觸沖刷現(xiàn)象較難觀測(cè)等缺陷；同時(shí)本申請(qǐng)裝置結(jié)構(gòu)清晰，操作性強(qiáng)，能反映土體在不同上覆壓力下接觸沖刷的發(fā)生和演變規(guī)律。

本申請(qǐng)的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種可變上覆壓力下土體接觸沖刷試驗(yàn)裝置，包括壓力室、試樣盒、試樣加壓設(shè)備、試樣加壓通道、入口端流量計(jì)、試樣加壓通道閥門、入口端壓力傳感器、壓力室加壓設(shè)備、壓力室加壓通道閥門、變頻水泵、沖刷出口通道、沖刷出口通道閥門、出口端流量計(jì)、出口端壓力傳感器、圖像采集設(shè)備；

試樣盒可拆卸地安裝在壓力室內(nèi)；試樣盒中可拆卸地設(shè)置兩個(gè)帶濾網(wǎng)的多孔隔板，兩個(gè)多孔隔板將試樣盒內(nèi)部空間依次分隔為試樣盒入口端、試樣盒裝樣部和試樣盒出口端；試樣盒入口端處的多孔隔板上設(shè)置有濾網(wǎng)；試樣盒出口端處的試樣盒側(cè)壁上設(shè)置有濾網(wǎng)。

試樣盒裝樣部用以盛放試樣，且其頂部通過(guò)橡膠膜密封；試樣包括粗顆粒和細(xì)顆粒，細(xì)顆粒填裝在下，粗顆粒填裝在上，且粗顆粒的粒徑小于試樣盒裝樣部的尺寸并大于多孔隔板的孔徑，細(xì)顆粒的粒徑大于濾網(wǎng)的孔徑并小于多孔隔板的孔徑；試樣盒入口端處的濾網(wǎng)覆蓋整個(gè)多孔隔板，以防止細(xì)顆粒從試驗(yàn)盒入口端流失；試樣盒出口端處的濾網(wǎng)僅覆蓋細(xì)顆粒填裝部分的多孔隔板，細(xì)顆粒僅可通過(guò)粗顆粒間隙從試驗(yàn)盒出口端處的多孔隔板中被沖出；

試樣盒入口端的頂部安裝有入口端壓力傳感器，試樣盒出口端的頂部安裝有出口端壓力傳感器；試樣盒入口端通過(guò)試樣加壓通道與壓力室外的試樣加壓設(shè)備連通，試樣加壓通道上安裝有入口端流量計(jì)和試樣加壓通道閥門；試樣盒出口端通過(guò)沖刷出口通道與壓力室外的變頻水泵連接，沖刷出口通道上安裝有沖刷出口通道閥門和出口端流量計(jì)；

壓力室頂部安裝有頂蓋閥和排氣閥，壓力室通過(guò)壓力室加壓通道與壓力室外的壓力室加壓設(shè)備連通，壓力室加壓通道上安裝有壓力室加壓通道閥門；