[發明專利]一種吸力桶沉貫與上拔誘發滲透侵蝕現象的試驗系統

有效

• 申請號: 202110291342.3
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113125308B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 黃茂松;羅鑫權;時振昊
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N13/04
• 分類號: G01N13/04;G01N15/08
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

1.一種吸力桶沉貫與上拔誘發滲透侵蝕現象的試驗系統，包括模型箱主體(2)、設置在模型箱主體(2)內的土體顆粒、設置在土體顆粒上部的模型吸力桶(7)，其特征在于，

所述試驗系統還包括加載架(4)、導向桿(9)、螺紋加載管(10)、電機(11)、鐵磁金屬塊、電磁鐵(16)、力傳感器(12)和為整個系統供電的電源，所述加載架(4)固定連接在所述模型箱主體(2)的內部，并位于所述模型吸力桶(7)的上方，所述電機(11)固定安裝在所述加載架(4)上，所述螺紋加載管(10)的外側設有外螺紋，所述電機(11)的輸出端連接所述外螺紋，用于驅動螺紋加載管(10)上升或下降，所述螺紋加載管(10)的內部設有貫通的通孔，所述導向桿(9)位于該通孔內，所述螺紋加載管(10)內側還設有第一凹槽，該第一凹槽的上端設有所述電磁鐵(16)，下端設有所述鐵磁金屬塊，所述導向桿(9)的外側設有與所述鐵磁金屬塊的形狀相配合的連續的第二凹槽；

所述模型吸力桶(7)的上表面中部設有所述力傳感器(12)，該力傳感器(12)連接所述導向桿(9)的一端，所述試驗系統還包括用于測量所述模型吸力桶(7)和加載架(4)之間距離的位移傳感器(3)；

當電磁鐵(16)通電后，吸引鐵磁金屬塊上升，此時，模型吸力桶(7)自然沉貫；沉貫到位后，斷開電磁鐵(16)，鐵磁金屬塊卡入導向桿(9)的第二凹槽內，電機(11)通電，帶動螺紋加載管(10)、導向桿(9)、力傳感器(12)和模型吸力桶(7)整體上拔；此過程中，通過位移傳感器(3)和力傳感器(12)獲取沉貫和上拔實驗數據；

所述第一凹槽、電磁鐵(16)、鐵磁金屬塊和第二凹槽均為圓環狀；

所述圓環狀的鐵磁金屬塊由多個球形鋼珠(17)組合構成，所述第二凹槽的截面為圓弧形。

2.根據權利要求1所述的一種吸力桶沉貫與上拔誘發滲透侵蝕現象的試驗系統，其特征在于，所述模型吸力桶(7)的下表面設有豎直向下的加熱棒(8)，所述模型吸力桶(7)的桶壁設有用于測量桶壁溫度的第一溫度傳感器，所述試驗系統還包括用于測量加熱棒(8)表面溫度的第二溫度傳感器。

3.根據權利要求2所述的一種吸力桶沉貫與上拔誘發滲透侵蝕現象的試驗系統，其特征在于，根據所述加熱棒(8)、第一溫度傳感器和第二溫度傳感器的設備數據，獲取模型吸力桶(7)內土體的導熱系數，得到土體干密度的變化；所述模型吸力桶(7)內土體導熱系數的計算表達式為：

式中，λ為模型吸力桶(7)內土體導熱系數，Φ為加熱棒(8)的加熱功率，l為加熱棒(8)的加熱部長度，t₂為模型吸力桶(7)壁處第一溫度傳感器測量的溫度，t₁為加熱棒(8)處第二溫度傳感器測量的溫度，r₂為模型吸力桶(7)壁處第一溫度傳感器到加熱棒(8)軸線的距離，r₁為加熱棒(8)處第二溫度傳感器到加熱棒(8)軸線的距離。

4.根據權利要求2所述的一種吸力桶沉貫與上拔誘發滲透侵蝕現象的試驗系統，其特征在于，所述土體干密度的計算表達式為：

ρ_d＝1.7536λ²-2.6609λ+2.3248

式中，ρ_d為干密度，λ為模型吸力桶(7)內土體導熱系數。

5.根據權利要求1所述的一種吸力桶沉貫與上拔誘發滲透侵蝕現象的試驗系統，其特征在于，所述試驗系統還包括抽水管(5)、指示劑添加器(14)、電控開關組件、第一光學傳感器和第二光學傳感器，所述抽水管(5)的進水端連通所述模型吸力桶(7)的上端，所述抽水管(5)沿進水端至出水端方向依次連接所述電控開關組件、第一光學傳感器和第二光學傳感器，所述指示劑添加器(14)的輸出端連接所述電控開關組件；

電控開關組件打開后，指示劑添加器(14)向抽水管(5)中滴加指示劑，第一光學傳感器和第二光學傳感器分別檢測指示劑的通過，獲取通過時間，從而根據時間差計算實時流速。