CN102608290A - 可以模拟土体上覆压力的大尺度管涌试验装置及测试方法 - Google Patents

可以模拟土体上覆压力的大尺度管涌试验装置及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可以模拟土体上覆压力的大尺度管涌试验装置，包括试样箱、变水头水箱、进水管、渗压计、出水管和浊度仪，试样箱通过上游多孔板和下游多孔板分隔为上游缓冲区、试样区和下游缓冲区，试样设置在试样区中；变水头水箱通过所述进水管与试样箱的上游缓冲区进水口连接；渗压计为多个，按照需要设置在所述试样中；出水管设置在所述下游缓冲区的出水口处，浊度仪设置在出水管上；试样的上表面设置有可上下滑动的钢垫板，钢垫板的上部设有安全气囊，安全气囊通过管路与压力源连接，管路上设置有调压阀。本发明装置综合了已有管涌试验装置的优点，能够真实模拟承受上覆压力的大尺度试样在渗流应力耦合作用下的管涌发展过程。

Description

可以模拟土体上覆压力的大尺度管涌试验装置及测试方法
技术领域
本发明涉及一种可以模拟土体上覆压力的大尺度管涌试验装置及测试方法。
背景技术
管涌是一种十分重要的堤坝渗透破坏形式，开展堤坝管涌机理的相关研究，是岩土工程和水利水电工程领域亟待解决的应用基础性研究课题，对保障沿岸居民生命财产安全和城市经济的可持续发展具有十分重要的意义。
管涌是一种涉及孔隙水渗流、可动细颗粒侵蚀运移、多孔介质变形等众多复杂力学行为的多相多场耦合现象，应力状态及细颗粒流失对管涌发展过程具有重要影响。但是常规水槽管涌试验装置无法考虑土体所处的应力状态对管涌发展过程的影响，而三轴类管涌试验装置模型尺寸太小，存在较大的尺寸效应，无法正确地反映土体管涌发展的实际过程。因此，研究成果无法全面客观地揭示管涌的发展机理。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种考虑土体上覆压力对其管涌发展过程影响的大尺度管涌试验装置及测试方法。
技术方案：本发明所述的管涌试验装置，包括试样箱、变水头水箱、进水管、渗压计、出水管和浊度仪，所述试样箱通过上游多孔板和下游多孔板分隔为上游缓冲区、试样区和下游缓冲区，试样设置在试样区中；所述变水头水箱通过所述进水管与所述试样箱的上游缓冲区进水口连接；所述渗压计为多个，按照需要设置在所述试样中；所述出水管设置在所述下游缓冲区的出水口处，所述浊度仪设置在所述出水管上；其特征在于：所述试样的上表面设置有可上下滑动的钢垫板，所述钢垫板的上部设有安全气囊，所述安全气囊通过管路与压力源连接，管路上设置有调压阀。
进一步地，为了便于控制进水，所述进水管上设置有进水阀。
进一步地，为了便于控制出水，所述出水管上设置有出水阀。
所述上游多孔板和下游多孔板的孔径均为2mm。
利用本发明所述管涌试样装置进行测试的方法，包括如下步骤：
（1）试样制备与饱和：按照设计干密度，分3～4层填筑试样，填筑过程中，按照需要预埋设渗压计；关闭出水阀，调整变水头装置至低水头位置，缓慢饱和试样；
（2）施加上覆压力：打开压力源，通过调节调压阀，控制进入安全气囊的气压值，通过可上下滑动的钢垫板将压力传递给试样；
（3）施加渗透压力：调节变水头水箱，逐级加大渗透压力，利用渗压计监测试样内部孔隙水压力的分布，利用浊度仪实时监测可动细颗粒流失量。
测试时，水流通过进水管、进水阀、上游多孔板进入试样；压力源中的高压气体通过调压阀进入安全气囊，安全气囊的压力通过其下覆的可上下滑动的钢垫板传递给试样。在渗流、上覆压力的耦合作用下，试样内部的可动细颗粒跟随渗流，穿过下游多孔板，进入出水管，通过浊度仪、出水阀后流出，试验过程中位于试样内部的渗压计实时监测试样孔隙水压力的变化，浊度仪实时监测可动细颗粒流失量。
有益效果：本发明提供的管涌试验装置可以模拟土体在上覆压力及渗流耦合作用下管涌发展过程，浊度仪实现了管涌发展过程中可动细颗粒流失量的实时监测。本发明装置不仅弥补了已有三轴类管涌试验装置测试结果存在明显尺寸效应的不足，并且对常规水槽管涌试验装置无法考虑土体上覆压力这一缺陷进行了有效地改进，将为全面客观地研究管涌发展机理提供重要的技术支持。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图2为图1的A-A剖视图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：如图1、2所示，本发明管涌试验装置，包括试样箱1、变水头水箱2、进水管3、渗压计4、出水管5和浊度仪6，所述试样箱1通过上游多孔板7和下游多孔板8分隔为上游缓冲区1-1、试样区1-2和下游缓冲区1-3，试样设置在试样区1-2中；所述变水头水箱2通过所述进水管3与所述试样箱1的上游缓冲区1-1进水口连接；所述渗压计4为多个，按照需要设置在所述试样中；所述出水管5设置在所述下游缓冲区1-3的出水口处，所述浊度仪6设置在所述出水管5上；所述试样的上表面设置有可上下滑动的钢垫板9，所述钢垫板9的上部设有安全气囊10，所述安全气囊10通过管路与压力源11连接，管路上设置有调压阀12。所述进水管3上设置有进水阀13。所述出水管5上设置有出水阀14。所述上游多孔板7和下游多孔板8的孔径均为2mm。
本发明中，利用安全气囊和可上下滑动的钢垫板，实现对土体上覆压力的模拟。安全气囊与调压阀连接，调压阀与压力源连接，可通过调压阀调节控制输入安全气囊的气压，安全气囊的气压通过可自由滑动的钢垫板将压力传递给试样。利用浊度仪实时监测管涌发展过程中可动细颗粒的流失量。浊度仪可根据水中可动细颗粒所产生的光的散射程度的不同，实时监测水中可动细颗粒的含量。
利用本发明所述管涌试样装置进行测试的方法，包括如下步骤：
（1）试样制备与饱和：按照设计干密度，分3～4层填筑试样，填筑过程中，按照需要预埋设渗压计；关闭出水阀，调整变水头装置至低水头位置，缓慢饱和试样；
（2）施加上覆压力：打开压力源，通过调节调压阀，控制进入安全气囊的气压值，通过可上下滑动的钢垫板将压力传递给试样；
（3）施加渗透压力：调节变水头水箱，逐级加大渗透压力，利用渗压计监测试样内部孔隙水压力的分布，利用浊度仪实时监测可动细颗粒流失量。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (5)

1.一种可以模拟土体上覆压力的大尺度管涌试验装置，包括试样箱、变水头水箱、进水管、渗压计、出水管和浊度仪，所述试样箱通过上游多孔板和下游多孔板分隔为上游缓冲区、试样区和下游缓冲区，试样设置在试样区中；所述变水头水箱通过所述进水管与所述试样箱的上游缓冲区进水口连接；所述渗压计为多个，按照需要设置在所述试样中；所述出水管设置在所述下游缓冲区的出水口处，所述浊度仪设置在所述出水管上；其特征在于：所述试样的上表面设置有可上下滑动的钢垫板，所述钢垫板的上部设有安全气囊，所述安全气囊通过管路与压力源连接，管路上设置有调压阀。
2.根据权利要求1所述的管涌试验装置，其特征在于：所述进水管上设置有进水阀。
3.根据权利要求1所述的管涌试验装置，其特征在于：所述出水管上设置有出水阀。
4.根据权利要求1所述的管涌试验装置，其特征在于：所述上游多孔板和下游多孔板的孔径均为2mm。
5.利用权利要求1所述管涌试样装置进行测试的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）试样制备与饱和：按照设计干密度，分3～4层填筑试样，填筑过程中，按照需要预埋设渗压计；关闭出水阀，调整变水头装置至低水头位置，缓慢饱和试样；
（2）施加上覆压力：打开压力源，通过调节调压阀，控制进入安全气囊的气压值，通过可上下滑动的钢垫板将压力传递给试样；
（3）施加渗透压力：调节变水头水箱，逐级加大渗透压力，利用渗压计监测试样内部孔隙水压力的分布，利用浊度仪实时监测可动细颗粒流失量。
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