[發(fā)明專利]一種考慮水土耦合流動的二維平面滲流試驗裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011147903.4
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112255160A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張?zhí)炱?/a>;佟婧博;鄭剛;王佳琳;張曉凱;邱惠敏
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N17/00;G01N33/24
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發(fā)明公開了一種考慮水土耦合流動的二維平面滲流試驗裝置，包括制樣裝置、GDS標(biāo)準(zhǔn)體積控制器、飽和裝置、孔壓計、CCD相機、無影燈、數(shù)據(jù)采集及存儲設(shè)備和滲流侵蝕薄板主體；滲流侵蝕薄板主體的結(jié)構(gòu)是：包括上下板和透水石；上板設(shè)有進出砂孔，上板的底面設(shè)有凹槽，上下板之間設(shè)有環(huán)形透水石，在上下板之間形成用于填充砂樣的腔室；透水石的下部為環(huán)形儲水槽，儲水槽的底部設(shè)有多個透氣孔；進出砂孔、透氣孔均配有封堵。將本發(fā)明用于研究地下結(jié)構(gòu)物在有滲漏點時，結(jié)構(gòu)外水土流失的啟動發(fā)展及形成滲流通道的過程與機理。既可以研究水流驅(qū)動顆粒的啟動機理，又可以反映結(jié)構(gòu)外側(cè)在滲流作用下砂土流失形成管道的規(guī)律，具有科研意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水利及巖土工程試驗技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種滲流侵蝕試驗裝置及方法。

背景技術(shù)

水利及地下工程中，由滲流引起的地下結(jié)構(gòu)工程事故頻繁發(fā)生。“侵蝕”作為大壩、隧道等結(jié)構(gòu)物外側(cè)常出現(xiàn)的土體侵蝕災(zāi)害形式，一般由下游處某點滲漏引發(fā)，沿著結(jié)構(gòu)物與下部砂層交界面，逆著水流流線的方向逐漸向上游發(fā)展，形成侵蝕管道甚至大面積空洞，若處理不當(dāng)，將形成災(zāi)害，造成巨大的環(huán)境影響和經(jīng)濟損失。迄今為止，業(yè)內(nèi)僅有基于赫爾-肖氏理論的單純流體的層流試驗方法，主要用于流體力學(xué)教學(xué)工作。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出一種考慮水土耦合流動的二維平面滲流試驗裝置，該裝置可以模擬地下結(jié)構(gòu)表面由水利驅(qū)動顆粒運動過程，同時，本發(fā)明對于災(zāi)害發(fā)生發(fā)展過程中水驅(qū)動砂運動機理研究而提出的試驗方法。利用該裝置可以進行考慮均勻密實粉砂顆粒在水動力作用下驅(qū)動顆粒運動引起粉砂侵蝕啟動、發(fā)展的試驗，主要適用于地下結(jié)構(gòu)表面侵蝕啟動、發(fā)展規(guī)律的試驗研究。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種考慮水土耦合流動的二維平面滲流試驗裝置，包括制樣裝置、GDS標(biāo)準(zhǔn)體積控制器、飽和裝置、孔壓計、CCD相機、無影燈、數(shù)據(jù)采集及存儲設(shè)備和滲流侵蝕薄板主體；所述滲流侵蝕薄板主體的結(jié)構(gòu)是：包括上蓋板、下板和環(huán)形透水石，所述上蓋板和下板均為有機玻璃；所述上蓋板的中心處設(shè)有進出砂孔，所述上蓋板的底面設(shè)有環(huán)形凹槽，所述下板的上面設(shè)有透水石槽，所述環(huán)形透水石嵌裝在所述透水石槽內(nèi)，所述環(huán)形透水石的高度大于所述上板底面透水石槽和所述下板上面透水石槽的高度之和，從而在上蓋板與所述下板之間形成用于填充砂樣的腔室；所述上蓋板和所述下板之間設(shè)有密封圈；所述透水石槽的底部為環(huán)形儲水槽，所述儲水槽的底部設(shè)有多個透氣孔；所述進出砂孔、所述透氣孔均配有封堵。

進一步講，本發(fā)明所述的考慮水土耦合流動的二維平面滲流試驗裝置，其中，所述上蓋板和所述下板上沿周向均勻布置有六個螺栓連接孔，并配有相同數(shù)量的連接螺栓。

同時，在本發(fā)明中還提供了利用上述的二維平面滲流試驗裝置的試驗方法，包括飽和處理過程和滲流試驗過程，具體內(nèi)容如下：

步驟一，飽和處理過程：在對所述滲流侵蝕薄板主體進行飽和處理過程時，所述滲流侵蝕薄板主體全部浸在所述的飽和裝置中，將所述滲流侵蝕薄板主體的上蓋板的進出砂孔通過管路連接至制樣裝置，向所述滲流侵蝕薄板主體的腔室內(nèi)填裝飽和試樣；試樣填裝完成后，觀察所述飽和裝置內(nèi)無氣狀態(tài)時，確認所述滲流侵蝕薄板主體在水環(huán)境中充分進水飽和，進行滲流試驗過程；

步驟二，滲流試驗過程：在一個遮光的環(huán)境中，將經(jīng)過步驟一飽和處理后的所述滲流侵蝕薄板主體正面向上置于一支架上，所述GDS標(biāo)準(zhǔn)體積控制器通過透明軟管與所述滲流侵蝕薄板主體相連，所述GDS標(biāo)準(zhǔn)體積控制器用于滲流試驗過程的進水控制；將所述CCD相機置于所述滲流侵蝕薄板主體的下板的正下方，所述無影燈置于所述滲流侵蝕薄板主體的上蓋板的正上方，所述無影燈的光線均勻恒定，所述GDS標(biāo)準(zhǔn)體積控制器通過透明軟管連接至所述滲流侵蝕薄板主體下板底部的一個透氣孔上，所述孔壓計連接于所述滲流侵蝕薄板主體下板底部的另一個透氣孔上，所述孔壓計、CCD相機和GDS標(biāo)準(zhǔn)體積控制器均連接至數(shù)據(jù)采集及存儲設(shè)備；打開數(shù)據(jù)采集及存儲設(shè)備，記錄所述孔壓計及所述GDS標(biāo)準(zhǔn)體積控制器的實時數(shù)據(jù)，通過所述GDS標(biāo)準(zhǔn)體積控制器控制進水，直至試驗結(jié)束。