CN104674784A - 超重力条件下的边坡潮汐水位调控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超重力条件下的边坡潮汐水位调控装置。模型箱底部为储水仓，上部分隔成左右两个水位调节仓和中部的模型仓，模型仓内装有被测试的土层，两个蠕动泵分别通过各自的离心机旋转接头将给水管口伸至各自水位调节仓底部，两个水位调节仓底部固定有孔压传感器，左水位调节仓内的排气管和排水管与储水仓相通，排水管侧面开有一条直槽，排水管内装有活塞，活塞与排水管为滑动配合，电动缸一端与活塞顶部连接，另一端固定在模型箱上部。本发明适用于离心机边坡内部水位控制和外部潮汐水位调控；实时反馈水位信息实施调控，水位控制精度高；实现离心机边坡潮汐水位及涨落速率的连续控制，还原实际水力条件；整体构造简单，易于安装。

Description

超重力条件下的边坡潮汐水位调控装置

技术领域

本发明涉及一种边坡水位调控装置，特别是涉及一种超重力条件下的边坡潮汐水位调控装置。

背景技术

水力诱发边坡失稳是边坡稳定性分析中的重要问题，离心机能够还原原型应力应变场，适用于分析土体变形稳定问题。当土体中水位上升时，会导致土体有效应力降低，同时土体内存在渗流时，渗流力会进一步增加土体失稳的可能性。边坡外涨落潮作用对土体变形稳定有很大影响，涨落潮循环作用会导致边坡产生张拉裂缝，进而导致坡体发生牵引式滑坡。实现土体边坡内外水位的可调控性，对分析水力诱发的土体边坡失稳及变形有重要意义。

目前，对于超重力条件下的边坡水位模拟主要通过控制给排水流量的手段来实现。恒定给水速度供水，常常会导致施加水位超过设计值；在维持稳定水位时，也难以准确地补足因给水仓内水渗入土体而造成的水位下降，故用流量控制的方法在施加水位和维持水位时精度均不足。边坡外排水过程中，水头变化会导致排水速率改变，现有的流通控制的方法难以实现对水位下降速率的模拟。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超重力条件下的边坡潮汐水位调控装置，能够实现水位高程的精确控制和水位涨落速率的连续控制的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明模型箱用隔板隔开，隔板底部为储水仓，隔板上部用多孔透水板隔开，多孔透水板左右两外侧均为水位调节仓，多孔透水板内侧面覆有土工织物反滤层为模型仓，模型仓内装有被测试的土层，两个蠕动泵分别通过各自的离心机旋转接头经给水管将给水管口伸至各自水位调节仓底部，左右两个水位调节仓底部固定有孔压传感器，左水位调节仓内的排气管和排水管与储水仓相通，排水管侧面开有一条直槽，排水管内装有活塞，活塞与排水管为滑动配合，电动缸一端与活塞顶部连接，另一端固定在模型箱上部。

所述电动缸控制活塞上移时，左水位调节仓水经排水管侧面直槽与储水仓连通，左水位调节仓水位与模型仓左侧水位一致，活塞上下移动，控制排水管侧面直槽开口大小，调节排水速率。

与背景技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明适用于离心机边坡内部水位控制和外部潮汐水位调控。

（2）能够实时反馈水位信息实施调控，水位控制精度高。

（3）能够实现离心机边坡潮汐水位及涨落速率的连续控制，还原实际水力条件。

（4）装置整体构造简单，易于安装，费用低。

本发明对研究水力诱发边坡失稳问题有重要意义。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图2是图1的俯视放大图。

图3是本发明的控制原理示意图。

图4是排水管及活塞装配示意图。

图1中：1、蠕动泵；2、离心机旋转接头；3、给水管；4、孔压传感器；5、多孔透水板；6、土工织物反滤层；7、排气管；8、排水管；9、活塞；10、电动缸；11、隔板；12、储水仓；13、模型仓；14、水位调节仓；15、模型箱。

具体实施方式

下面结合附图有实施例对本发明做进一步的说明。

如图1、图2所示，本发明的模型箱15用隔板11隔开，隔板11底部为储水仓12，隔板11上部用多孔透水板5隔开，多孔透水板5左右两外侧均为水位调节仓14，多孔透水板5内侧面覆有土工织物反滤层6为模型仓13，模型仓13内装有被测试的土层，两个蠕动泵1分别通过各自的离心机旋转接头2经给水管3将给水管口伸至各自水位调节仓14底部，左右两个水位调节仓14底部固定有孔压传感器4，左水位调节仓14内的排气管7和排水管8与储水仓12相通，排水管8侧面开有一条直槽，排水管8内装有活塞9，活塞9与排水管8为滑动配合，电动缸10一端与活塞9顶部连接，电动缸10另一端固定在模型箱15上部，被测试的土层坡型根据试验需要设计。

如图1、图4所示，所述电动缸10控制活塞9上移时，左水位调节仓水经排水管8侧面直槽与储水仓12连通，左水位调节仓水位与模型仓13左侧水位一致，活塞9上下移动，控制排水管8侧面直槽开口大小，调节排水速率。

两个水位调节仓14内孔压传感器4与数据采集系统连接实时反馈水位高程，外接蠕动泵1通过改变转速调控给水管给水速度。

本发明的工作原理如下：

模型箱15安装到离心机上，开启离心机在超重力条件下进行试验。如图1和图3（a）所示，两个蠕动泵1通过各自离心机旋转接头2接给水管3向左右水位调节仓14供水，提升水位时，给蠕动泵一个较大的转速，使得左右水位调节仓14水位上升，位于左右水位调节仓14底部的孔压传感器4实时监测底部孔压，反映当前水头高度，并及时反馈到数据采集系统，通过控制程序调整蠕动泵1转速，从而调整给水管3的给水速率，通过如此一个负反馈控制系统实现左右水位调节仓14中水位上升过程控制及水位稳定控制，模拟涨潮过程。左右水位调节仓14水位上升过程中，水通过多孔透水板5进入模型仓13，土工织物反滤层6可以防止出水时速率过快对土体造成的冲刷。

如图1、图3（b）和图4所示，电动缸10固定在模型箱15上，并与排水管8内活塞9相连，排水管8侧面开有一条直槽，活塞9与排水管8为滑动配合。电动缸10带动活塞9上移时，左水位调节仓14水经排水管8侧面直槽与储水仓12连通，左水位调节仓14内的水从排水管8开口处流入，并排至储水仓12内。开始降水时，给电动缸10一个较大竖向向上位移量，排水管8开口较大，使得左水位调节仓14开始排水，模型仓13左侧水先后通过土工织物反滤层6和多孔透水板5进入左水位调节仓14，模型仓13左侧水位与左水位调节仓14水位保持一致。置于左水位调节仓14底部的孔压传感器4实时监测水位调节仓14内水头变化，并反馈到信号控制中心，通过控制程序，给电动缸10一个较小的向下的位移量，使得排水管8开口减小，从而减缓水位下降速率。水位下降过快时，电动缸10下移，水位下降过慢时，电动缸10上移，通过如此一个差动控制实现边坡外水位高程及下降速率的连续控制，模拟落潮过程。储水仓12中空气通过排气管7排出，左水位调节仓14排水时土层内渗流导致右水位调节仓14水位下降时，通过右蠕动泵1向右水位调节仓14内补充水至设计高程。

本发明整体构造简单，易于安装，由于水位调控过程中采用差动控制，初始阶段控制值与目标值有一定差异，且有一定波动，但随着波动的减小，准确性逐步提高，这保证了本发明装置对水位高程控制的精确性及水位变化速率控制的连续性；采用负反馈控制，保证了本发明装置调控时的稳定性。

Claims (2)

1.一种超重力条件下的边坡潮汐水位调控装置，其特征在于：模型箱（15）用隔板（11）隔开，隔板（11）底部为储水仓（12），隔板（11）上部用多孔透水板（5）隔开，多孔透水板（5）左右两外侧均为水位调节仓（14），多孔透水板（5）内侧面覆有土工织物反滤层（6）为模型仓（13），模型仓（13）内装有被测试的土层，两个蠕动泵分别通过各自的离心机旋转接头经给水管将给水管口伸至各自水位调节仓底部，左右两个水位调节仓（14）底部固定有孔压传感器（4），左水位调节仓内的排气管（7）和排水管（8）与储水仓（12）相通，排水管（8）侧面开有一条直槽，排水管（8）内装有活塞（9），活塞（9）与排水管（8）为滑动配合，电动缸（10）一端与活塞（9）顶部连接，另一端固定在模型箱（15）上部。

2.根据权利要求1所述的一种超重力条件下的边坡潮汐水位调控装置，其特征在于：所述电动缸（10）控制活塞（9）上移时，左水位调节仓水经排水管（8）侧面直槽与储水仓（12）连通，左水位调节仓水位与模型仓（13）左侧水位一致，活塞（9）上下移动，控制排水管（8）侧面直槽开口大小，调节排水速率。