CN103245604A - 一种可评价饱和土体抗侵蚀特性的室内试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可评价饱和土体抗侵蚀特性的试验装置，该装置包括一号贮水器，一号贮水器内盛有侵蚀液，侵蚀液经导管由抽水泵输送至二号贮水器，二号贮水器放置于三号贮水器内；三号贮水器内的侵蚀液经导管回流至一号贮水器；二号贮水器内的侵蚀液经导管流向过滤器，过滤器的下游向连接有试样；试样两端设有压力传感器，中心设有侵蚀液流通的通孔，试样的下游向通过导管连接浊度计；浊度计通过导管与四号贮水器相连；四号贮水器放置于电子天平上；压力传感器、浊度计和电子天平均与数据采集仪相连。该试验装置测试土体侵蚀率具有连续、准确、方便等特点，为大坝、道路等地基土抗侵蚀特性研究和评价提供有效的试验手段。

Description

一种可评价饱和土体抗侵蚀特性的室内试验装置

技术领域

本发明涉及一种评价饱和土体抗侵蚀特性的试验装置，具体说是一种岩土工程领域中一种能够连续、准确、方便地测试饱和土体侵蚀率的室内试验装置。

背景技术

随着工程建设的不断发展，大坝、路基等基础设施的安全问题越来越得到人们的关注，引起坝体、路基等结构的损坏或破坏因素有很多，土体侵蚀就是其中重要原因之一。以澳大利亚为例，其地面表层覆盖着大量的易侵蚀土，伴随着气候的冷暖交替，导致大量的土体流失和路堤滑坡，同时由于全球气候变暖、地下水位下降，部分土体颗粒间粘聚力减小，土体极易受雨水、风等外力作用侵蚀，对上部构筑物造成一定的危害。大坝基础中常埋设管道等相关设施，预埋管道使得土体存在一定的裂缝，经历雨水冲刷、气候变化等自然作用，裂缝不断的扩展、延伸，可能会使得坝基产生不均匀沉降、坝体产生裂缝，严重危害坝体安全。土体抗侵蚀特性与坝体、路基基础等安全密切相关，而侵蚀率是表征土体抗侵蚀特性的重要参数之一。

自1976年Sherard发明了针孔试验用来研究土体的抗侵蚀特性以来，许多学者进行了相关研究和探索，得到了一系列研究土体抗侵蚀特性的试验装置，如孔试验、槽试验等，但上述试验装置均存在一定的局限性，如测试的不连续性、精确度较差等,需要研制新的、更为精确、方便的试验测试装置。

发明内容

发明目的：本发明要解决的技术问题是针对目前国内无法进行饱和土体侵蚀率的定量评价，提出一种可用于岩土工程领域的连续定量评价饱和土体抗侵蚀特性的试验装置。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术放案：

本发明的可评价饱和土体抗侵蚀特性的试验装置包括一号贮水器，一号贮水器内盛有侵蚀液，侵蚀液经导管由抽水泵输送至二号贮水器，二号贮水器放置于三号贮水器内；三号贮水器内的侵蚀液经导管回流至一号贮水器；二号贮水器内的侵蚀液经导管流向过滤器，过滤器的下游向连接有试样；试样两端设有压力传感器，中心设有侵蚀液流通的通孔，试样的下游向通过导管连接浊度计；浊度计通过导管与四号贮水器相连；四号贮水器放置于电子天平上；压力传感器、浊度计和电子天平均与数据采集仪相连。

其中，试样放置于铜模中，铜模的内壁贴有滤纸。

其中，试样的高度为100mm，直径为50mm；试样中心的通孔为圆柱形通孔，圆孔的初始直径为5mm；浊度计的量程宜为3500NTU；电子天平的量程宜为50kg，精度不宜小于0.1g。

本发明提出了一种可以连续、准确、方便的测试土体侵蚀率的试验装置，为评价土体抗侵蚀特性提供准确有效的试验手段。

有益效果：岩土工程实践中，有关土体抗侵蚀特性的评价对于坝体安全、路堤稳定等非常重要。目前常用的评价土体抗侵蚀特性的室内试验主要有针孔试验和槽试验等，但这些试验装置均存在一定的局限性，如量测结果不连续、精确度较差等。本发明解决了国内现有室内试验装置无法较好、连续、准确、方便的评价饱和土体抗侵蚀特性的缺陷，使得室内试验测试饱和土体侵蚀率技术得到进一步发展。

附图说明

图1是本发明的试验装置图；

图2为本发明试样上预设通孔加工示意图。

其中有：一号贮水器1-1、二号贮水器1-2、三号贮水器1-3、四号贮水器1-4，抽水泵2，过滤器3，试样4，压力传感器5，通孔6，浊度计7，电子天平8，数据采集仪9，铜模10，导块11，滤纸12。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种可评价饱和土体抗侵蚀特性的试验装置，该装置包括一号贮水器1-1，一号贮水器1-1内盛有侵蚀液，侵蚀液经导管由抽水泵2输送至二号贮水器1-2，二号贮水器1-2放置于三号贮水器1-3内；三号贮水器1-3内的侵蚀液经导管回流至一号贮水器1-1。其中，二号贮水器1-2的体积小于三号贮水器1-3。

二号贮水器1-2内的侵蚀液经导管流向过滤器3，过滤器3可以过滤侵蚀液中可能存在的杂质，过滤器3的下游向连接有试样4，试样4的两端连接有可以测试两端水压力的压力传感器5；试样的下游向通过导管连接浊度计。试样4放置于铜模10中，铜模10的内壁贴有滤纸12。如图2所示，试样4的中心通孔6为圆柱形通孔，圆柱形通孔通过导块11制成。

浊度计7通过导管与四号贮水器1-4相连；四号贮水器1-4放置于电子天平8上；压力传感器5、浊度计7和电子天平8均通过电缆与数据采集仪9相连。

各贮水器容积视具体试验情况而定。

试样4的高度为100mm，直径为50mm，所述的一号贮水器1-1的容积为100L，二号贮水器1-2的容积为25L，三号贮水器1-3、四号贮水器1-4的容积为50L；浊度计7的量程宜为3500NTU，电子天平8的量程宜为50kg，精度不宜小于0.1g；本装置中，所有导管均为不易腐蚀的PVC管材料，各导管接头处连接紧密。

开始侵蚀试验之前，使用游卡标尺量取试样尺寸，即试样通孔初始直径φ₀、试样通孔初始长度l。校正各测量仪器，开动抽水泵，侵蚀液由一号贮水器1-1泵送至二号贮水器1-2内，二号贮水器1-2内保持常水头，溢出的侵蚀液经三号贮水器1-3回流至一号贮水器1-1内。二号贮水器1-2内侵蚀液经过滤器3流向两端设有压力传感器5的试样4，流出试样4的侵蚀液经浊度计，最终进入四号贮水器1-4。试验时间内，试样两端水压力、流出试样4的侵蚀液的浊度及重量等数据连续不断的输入至数据采集仪9中。

根据大量的试验结果分析得到，排出土体的侵蚀液的浓度与浊度间存在下列关系：

C＝k·T  （1）

式中，C为排出土体的侵蚀液浓度（kg/m³），T为排出土体的侵蚀液浊度（NTU），k为排出土体的侵蚀液浓度与浊度的相关经验系数，一般在0.002～0.011之间。

根据式（1），可以得到在δt时间内侵蚀土体的侵蚀量为：

δm＝kQT×δt  （2）

式中，δm为δt时间内土样的侵蚀量（kg），Q为δt时间内通过侵蚀土体裂缝的平均流量（m³/s），T为δt时间内排出土体的侵蚀液的平均浊度（NTU），k为排出土体的侵蚀液浓度与浊度的相关系数。

δt时间内土样的侵蚀量还可表示为：

$\mathrm{\δm}=\frac{\mathrm{\π}{\mathrm{\φ}}_{t}l{\mathrm{\ρ}}_d}{2}\×{\mathrm{\δ\φ}}_t---\left(3\right)$

式中，φ_t为t时刻试样直径（m），l为试样通孔长度（m），ρ_d为土样压实后的干密度（kg/m³），δφ_t为δt时间内试样裂缝直径的变化量；π为圆周率。

联立（2）、（3）式，得到：

${\mathrm{\δ\φ}}_t=\frac{2\mathrm{kQT}}{\mathrm{\π}{\mathrm{\φ}}_{t}l{\mathrm{\ρ}}_d}\×\mathrm{\δt}---\left(4\right)$

由（4）式可得到试样土体侵蚀率

式中，

为试样土体侵蚀率（kg/s/m²），Q可由电子天平称量的侵蚀液计算得到，T可由浊度计读数计算获得，φ_t、l值可由游卡标尺量测。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种可评价饱和土体抗侵蚀特性的试验装置，其特征在于：该装置包括一号贮水器（1-1），一号贮水器（1-1）内盛有侵蚀液，侵蚀液经导管由抽水泵（2）输送至二号贮水器（1-2），二号贮水器（1-2）放置于三号贮水器（1-3）内；三号贮水器（1-3）内的侵蚀液经导管回流至一号贮水器（1-1）；

二号贮水器（1-2）内的侵蚀液经导管流向过滤器（3），过滤器（3）的下游向连接有试样（4）；试样（4）上设有侵蚀液流通的通孔（6），试样两端设有压力传感器（5），试样（4）的下游向通过导管连接浊度计（7）；浊度计（7）通过导管与四号贮水器（1-4）相连；四号贮水器（1-4）放置于电子天平（8）上；压力传感器（5）、浊度计（7）和电子天平（8）均与数据采集仪（9）相连。

2.根据权利要求1所述的可评价饱和土体抗侵蚀特性的试验装置，其特征在于：试样（4）放置于铜模（10）中，铜模（10）的内壁贴有滤纸（12）。

3.根据权利要求1所述的可评价饱和土体抗侵蚀特性的试验装置，其特征在于：试样（4）的高度为100mm，直径为50mm；试样（4）中心的通孔（6）为圆柱形通孔，圆孔的初始直径为5mm。

4.根据权利要求1所述的可评价饱和土体抗侵蚀特性的试验装置，其特征在于：浊度计（7）的量程为3500NTU；电子天平（8）的量程为50kg，精度不小于0.1g。

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