CN104914232B - 基坑管涌模拟试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基坑管涌模拟试验装置，包括水箱和用于放置砂土的土体箱，所述土体箱一端与所述水箱相连通，且所述土体箱的另一端顶面上设有模拟基坑，且所述模拟基坑与所述土体箱之间设有多孔板。本发明还公开了一种基坑管涌模拟试验方法，包括如下步骤：1）以基坑施工现场的土样制作所述模拟基坑，并在所述土体箱内填装基坑施工现场取回的砂土；2）排气注水，排气注水时的水位高度保持与土体箱的高度平齐，直至水流渗进所述土体箱内的砂土并排除土体箱内的砂土中含有的空气；3）管涌模拟注水，根据基坑工程施工现场中的基坑底部水头变化规律，来控制所述水箱内的液位高度及其变化规律，观察土体箱和模拟基坑的管涌现象。
Description
技术领域
本发明属于基础坑技术领域，具体的涉及一种基坑管涌模拟试验装置及试验方法。
背景技术
管涌等渗透破坏在工程中非常普遍。据统计,由渗透破坏造成的险情约占总险情的70%，除漫顶险情外，海堤溃口险情几乎全部是管涌等渗透破坏所致。故管涌等渗透破坏问题已经受到了学术及工程界的普遍关注。
在水流渗透作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗流速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。可见，管涌破坏一般有个时间发展过程，是一种渐进性质的破坏。土是否发生管涌，首先取决于土的性质，管涌多发生在砂性土中，其特征是颗粒大小差别较大，往往缺少某种粒径，孔隙直径大且相互连通。
无黏性土产生管涌必具备的两个条件：1、几何条件：土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径，这是必要条件，一般不均匀系数 >10的土才会发生管涌；2、水力条件：渗流能力能够带动细颗粒在孔隙间滚动或移动是发生管涌的水力条件，可用管涌的水力梯度来表示，但管涌临界水力梯度的计算至今尚未成熟。对于重大工程，应尽量由试验确定。
公开号为CN203706520U的中国专利公开了一种演示管涌现象的教学实验仪器，包括进水区、进水口、土体区、纱布层、出水区和出水口，所述进水区为竖直设置；所述土体区和出水区为水平设置，土体区外壁为透明层，土体区一端与进水区底端连通，另一端与出水区连通，土体区与进水区、出水区的连通处均设有纱布层；所述进水口设在进水区顶端，出水口设在出水区与土体区连接端的相背端。该演示管涌现象的教学实验仪器虽然在一定程度上能够满足模拟演示管涌现象的要求，但是，并不能满足基坑等实际工程中的管涌现象。且现有技术中并没有专门针对基坑的管涌现象模拟装置和模拟方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基坑管涌模拟试验装置及试验方法，能够满足基坑的管涌现象模拟要求。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明首先提出了一种基坑管涌模拟试验装置，包括水箱和用于放置砂土的土体箱，所述土体箱一端与所述水箱相连通，且所述土体箱的另一端顶面上设有模拟基坑，且所述模拟基坑与所述土体箱之间设有多孔板。
进一步，所述水箱上还设有液位控制系统，所述液位控制系统包括控制器、设置在所述水箱顶部的进水管、设置在所述水箱底部的出水管和设置在所述水箱内用于检测所述水箱内液位高度的液位传感器，所述进水管上设有电控阀门Ⅰ，所述出水管上设有电控阀门Ⅱ，所述控制器接收来自所述液位传感器的液位信号并向所述电控阀门Ⅰ和电控阀门Ⅱ发出控制指令。
进一步，所述水箱采用透明材质制成，所述水箱侧壁上设有用于测量液位高度的刻度尺。
进一步，所述土体箱采用透明材质制成。
进一步，所述土体箱呈长条状并水平放置。
本发明还提出了一种基坑管涌模拟试验方法，包括如下步骤：
1）以基坑施工现场的土样制作所述模拟基坑，并在所述土体箱内填装基坑施工现场取回的砂土；
2）排气注水，排气注水时的水位高度保持与土体箱的高度平齐，直至水流渗进所述土体箱内的砂土并排除土体箱内的砂土中含有的空气；
3）管涌模拟注水，根据基坑工程施工现场中的基坑底部水头变化规律，来控制所述水箱内的液位高度及其变化规律，观察土体箱和模拟基坑的管涌现象：
当水箱内的水位高度小于砂土管涌临界高度h0时，砂土不会被冲走，不会形成管涌现象；
当水箱内的水位高度等于砂土管涌临界高度h0时，砂土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；
当水箱内的水位高度大于砂土管涌临界高度h0且小于基坑管涌临界高度h1时，砂土中孔隙不断增大，渗流速度不断增加，逐渐在所述土体箱与水箱的连接端至所述多孔板之间形成砂土渗流通道；
当水箱内的水位高度等于基坑管涌临界高度h1时，基坑底部的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；
当水箱内的水位高度大于基坑管涌临界高度h1时，基坑底部的孔隙不断增大，渗流速度不断增加，逐渐在基坑底部形成与所述砂土渗流通道相通的基坑渗流通道，并穿透模拟基坑底部，水流进入模拟基坑内。
本发明的有益效果在于：
本发明的基坑管涌模拟试验装置及试验方法，通过设置模拟基坑，能够有效的模拟基坑工程中的管涌过程，使模型试验更加符合实际工程中的变化，从而使模型试验更加符合科学性和具有可操作性。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明基坑管涌模拟试验装置及试验方法实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，为本发明基坑管涌模拟试验装置及试验方法实施例的结构示意图。本实施例的基坑管涌模拟试验装置，包括水箱1和用于放置砂土2的土体箱3，土体箱3一端与水箱1相连通，且土体箱3的另一端顶面上设有模拟基坑4，且模拟基坑4与土体箱3之间设有多孔板5。多孔板5上阵列的设有用于水流通过的小孔。
进一步，本实施例的水箱1采用透明材质制成，水箱1侧壁上设有用于测量液位高度的刻度尺。当然，为了更好地控制液位高度，还可以在水箱1上还设置液位控制系统，液位控制系统包括控制器、设置在水箱1顶部的进水管、设置在水箱1底部的出水管和设置在水箱1内用于检测水箱内液位高度的液位传感器，进水管上设有电控阀门Ⅰ，出水管上设有电控阀门Ⅱ，控制器接收来自液位传感器的液位信号并向电控阀门Ⅰ和电控阀门Ⅱ发出控制指令。如此，利用控制器控制电控阀门Ⅰ和电控阀门Ⅱ的开闭状态和开度大小，即可精确地控制水箱1内的液位高度和液位变化规律，能够更好地模拟实际工程情况中的基坑管涌现象。
进一步，土体箱3采用透明材质制成，且土体箱3呈长条状并水平放置，便于观察管涌现象。
下面结合上述基坑管涌模拟试验装置对本实施例的基坑管涌模拟试验方法作进一步详细说明。本实施例的基坑管涌模拟试验方法，包括如下步骤：
1）以基坑施工现场的土样制作模拟基坑4，并在土体箱3内填装基坑施工现场取回的砂土2；
2）排气注水，排气注水时的水位高度保持与土体箱3的高度平齐，直至水流渗进土体箱内的砂土2并排除土体箱3内的砂土2中含有的空气；
3）管涌模拟注水，根据基坑工程施工现场中的基坑底部水头变化规律，来控制所述水箱内的液位高度及其变化规律，观察土体箱和模拟基坑4的管涌现象：
当水箱1内的水位高度小于砂土管涌临界高度h0时，砂土2不会被冲走，不会形成管涌现象；
当水箱1内的水位高度等于砂土管涌临界高度h0时，砂土2中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；
当水箱1内的水位高度大于砂土管涌临界高度h0且小于基坑管涌临界高度h1时，砂土2中孔隙不断增大，渗流速度不断增加，逐渐在土体箱3与水箱1的连接端至多孔板5之间形成砂土渗流通道；
当水箱1内的水位高度等于基坑管涌临界高度h1时，基坑底部的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；
当水箱1内的水位高度大于基坑管涌临界高度h1时，基坑底部的孔隙不断增大，渗流速度不断增加，逐渐在基坑底部形成与砂土渗流通道相通的基坑渗流通道，并穿透模拟基坑底部，水流进入模拟基坑内。
本实施例的基坑管涌模拟试验装置及试验方法，通过设置模拟基坑4，能够有效的模拟基坑工程中的管涌过程，使模型试验更加符合实际工程中的变化，从而使模型试验更加符合科学性和具有可操作性。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (6)
1.一种基坑管涌模拟试验装置，其特征在于：包括水箱和用于放置砂土的土体箱，所述土体箱一端与所述水箱相连通，且所述土体箱的另一端顶面上设有模拟基坑，且所述模拟基坑与所述土体箱之间设有多孔板。
2.
根据权利要求1所述的基坑管涌模拟试验装置，其特征在于：所述水箱上还设有液位控制系统，所述液位控制系统包括控制器、设置在所述水箱顶部的进水管、设置在所述水箱底部的出水管和设置在所述水箱内用于检测所述水箱内液位高度的液位传感器，所述进水管上设有电控阀门Ⅰ，所述出水管上设有电控阀门Ⅱ，所述控制器接收来自所述液位传感器的液位信号并向所述电控阀门Ⅰ和电控阀门Ⅱ发出控制指令。
3.
根据权利要求1或2所述的基坑管涌模拟试验装置，其特征在于：所述水箱采用透明材质制成，所述水箱侧壁上设有用于测量液位高度的刻度尺。
4.
根据权利要求3所述的基坑管涌模拟试验装置，其特征在于：所述土体箱采用透明材质制成。
5.
根据权利要求1所述的基坑管涌模拟试验装置，其特征在于：所述土体箱呈长条状并水平放置。
6. 一种采用如权利要求1-5任一项所述基坑管涌模拟试验装置的基坑管涌模拟试验方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）以基坑施工现场的土样制作所述模拟基坑，并在所述土体箱内填装基坑施工现场取回的砂土；
2）排气注水，排气注水时的水位高度保持与土体箱的高度平齐，直至水流渗进所述土体箱内的砂土并排除土体箱内的砂土中含有的空气；
3）管涌模拟注水，根据基坑工程施工现场中的基坑底部水头变化规律，来控制所述水箱内的液位高度及其变化规律，观察土体箱和模拟基坑的管涌现象：
当水箱内的水位高度小于砂土管涌临界高度h0时，砂土不会被冲走，不会形成管涌现象；
当水箱内的水位高度等于砂土管涌临界高度h0时，砂土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；
当水箱内的水位高度大于砂土管涌临界高度h0且小于基坑管涌临界高度h1时，砂土中孔隙不断增大，渗流速度不断增加，逐渐在所述土体箱与水箱的连接端至所述多孔板之间形成砂土渗流通道；
当水箱内的水位高度等于基坑管涌临界高度h1时，基坑底部的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；
当水箱内的水位高度大于基坑管涌临界高度h1时，基坑底部的孔隙不断增大，渗流速度不断增加，逐渐在基坑底部形成与所述砂土渗流通道相通的基坑渗流通道，并穿透模拟基坑底部，水流进入模拟基坑内。
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