[實用新型]加卸荷擾動下非飽和土水氣二相流運移實驗儀

有效

• 申請號: 201921736320.8
• 申請日: 2019-10-16
• 公開（公告）號: CN211206497U
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 程大偉;王文科;馮申;趙守道;國金琦;毛興隆;劉夢茹
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N15/00;G01M10/00
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

本實用新型公開了一種加卸荷擾動下非飽和土水氣二相流運移實驗儀，包括安裝架和實驗箱，安裝架的水平板上位于實驗箱的旁側安裝有馬氏瓶，實驗箱為頂部敞口的立方體實驗箱和頂板，頂部敞口的立方體實驗箱內分層裝填有非飽和土樣，非飽和土樣內從下至上分層預埋有土壓力盒、土壤水分傳感器和氣壓傳感器，頂板和門形支架的橫梁之間設置有千斤頂，千斤頂與頂板接觸的一端安裝有輪輻式壓力傳感器，底板上設置有通水管，馬氏瓶的出液端通過軟管與通水管連通，側板和頂板上開設有多個通孔。本實用新型利用分層預壓土樣模擬非飽和土，利用千斤頂為非飽和土進行加卸荷擾動，利用馬氏瓶模擬地下潛水位，以期深入理解加卸荷作用下非飽和土水氣二相運移規律。

技術領域

本實用新型屬于加卸荷擾動下非飽和土水氣二相流運移模擬技術領域，具體涉及一種加卸荷擾動下非飽和土水氣二相流運移實驗儀。

背景技術

近年來，隨著城市化的快速發展，多山地區以“削山造地”、“移山填壑”的方式開展山地城鎮化建設。以延安市為例，已完成的延安新區一期工程削平山頭30余座。在這些挖方或填埋區域會導致土體非飽和帶的滲流場和應力場發生改變，是影響建設工程用地的重要地質因素。非飽和土的孔隙中充滿了水相和氣相兩種流體，這兩種流體在土壤孔隙通道中相互驅替形成復雜的水氣二相運移過程，該過程受控于滲流場和應力場的耦合作用。當土體加荷或卸荷后發生變形，導致巖土介質應力場發生變化，會引起非飽和土中孔隙結構發生改變，進而引起水力參數的變化；而水力參數的變化會導致滲流場發生改變，進而誘發應力場變化。這種滲流場與應力場之間的“流固耦合”作用進一步的影響非飽和土中水氣二相的運移機理。然而目前對挖方填埋加卸荷條件下土體非飽和帶水氣二相的演化規律及其對水文地質條件和工程地質條件的影響尚未形成明確的認識。

目前，用于模擬研究非飽和土水汽二相流運移機理的實驗儀器主要有：一維、二維水-氣滲流聯合測定儀、新型三軸滲透儀以及普通砂槽模型等。其中一維、二維水氣滲流聯合測定儀通過水流入滲來驅動氣相流動營造出水氣二相流的流場，采用自動監測系統監測土柱中氣體的壓力變化，可以模擬較大的土樣條件，但缺點是注重于滲流場對水氣二相流的作用忽略了應力場的作用；新型三軸滲透儀可以模擬應力狀態和飽和情況，可測定不同應力狀態下的滲水系數和滲氣系數，自動化程度高，監測系統敏度，但缺點是土樣內的空隙被視為均勻分布，不能揭示水氣二相流的驅替過程；砂槽模型可以模擬不同的降雨強度對非飽和土的影響，可以監測不同埋深的氣壓、負壓及含水率，可以揭示非飽和土水氣二相驅替過程，但缺點是承受荷載能力小，其構件所用材質以木材或角鋼與有機玻璃結合為主。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種加卸荷擾動下非飽和土水氣二相流運移實驗儀，其設計新穎合理，利用分層預壓土樣模擬非飽和土，利用千斤頂為非飽和土進行加卸荷擾動，同時利用馬氏瓶模擬地下潛水位，以期深入理解加卸荷作用下非飽和土水氣二相運移規律，便于推廣使用。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：加卸荷擾動下非飽和土水氣二相流運移實驗儀，其特征在于：包括安裝架和設置在所述安裝架上的實驗箱，所述安裝架包括門形支架和設置在所述門形支架底部的底座，底座上位于門形支架橫梁的正下方設置有用于安裝所述實驗箱的水平板，水平板上位于所述實驗箱的旁側安裝有用來模擬地下潛水位的馬氏瓶，所述實驗箱為頂部敞口的立方體實驗箱和與所述頂部敞口的立方體實驗箱配合且沿所述頂部敞口的立方體實驗箱高度方向移動的頂板，所述頂部敞口的立方體實驗箱包括底板、兩個面板和兩個側板，所述頂部敞口的立方體實驗箱內分層裝填有非飽和土樣，所述非飽和土樣內從下至上分層預埋有用于測試非飽和土樣土壓力值的土壓力盒、用于測試非飽和土樣含水率數據的土壤水分傳感器和用于測試非飽和土樣氣相壓力數據的氣壓傳感器，頂板和門形支架的橫梁之間設置有千斤頂，千斤頂與頂板接觸的一端安裝有輪輻式壓力傳感器，所述底板上設置有通水管，馬氏瓶的出液端通過軟管與所述通水管連通，所述軟管上設置有止水夾，側板和頂板上開設有多個用于模擬地層邊界條件的通孔。