CN107525747B - 一种新型模拟岩土体地下水渗流的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型模拟岩土体地下水渗流的试验装置，属于水文地质工程领域。包括模拟沙槽和土石料添加铲，土石料添加铲用于向模拟沙槽中添加试验岩土体土样，所述的模拟沙槽包括进水软管、进水口缓流器、定水头量筒、量筒刻度尺、流量控制阀、装置控制电脑、沙槽进水管、上游入渗水位调节器、单向入渗滤网、隔水挡板、单向注水口、密封盖板、承压水头测量管、下游出水口、上游岩土料添加槽、下游岩土料添加槽、主沙槽、沙槽支架、车架。主要用于模拟地下水在不同岩土体中的渗流过程，可通过试验模拟真实地质条件下地下水的渗流情况。

Description

一种新型模拟岩土体地下水渗流的试验装置

技术领域

本发明涉及一种新型模拟岩土体地下水渗流的试验装置，属于水文地质工程领域。

背景技术

渗流实验在水文地质学科及环境地质学科中具有很重要的地位。在水文地质学科中，利用渗流实验的相关数据结果可以完善学科内容；拓展达西定律的应用条件；模拟真实土体中地下水的流动情况及规律。而在环境地质学科中，可以使用渗流实验模拟溶解在水中的污染物在地质体中的运动情况，可以帮助综合治理地下水体的污染以及矿山尾矿库对地下水及土地的污染。总之，渗流实验可以方便，快捷的模拟出不同情况的水在不同类型的地址体中的运动及运移情况。然而，现今大多数的渗流实验仪器比较简陋、且只能模拟单一土体的无压渗流，使室内渗流实验条件与实际工程中渗流情况差异过大，继而影响实验数据的准确性。综合所述，本发明了改进渗流试验模拟装置，使其渗流条件更接近工程中的实际渗流情况，从而大大消除实验条件带来的实验误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供的目的在于提供一种新型模拟岩土体地下水渗流的试验装置，主要用于模拟地下水在不同岩土体中的渗流过程，可通过试验模拟真实地质条件下地下水的渗流情况。

本发明采用的技术方案是：一种新型模拟岩土体地下水渗流的试验装置，包括模拟沙槽和土石料添加铲，土石料添加铲用于向模拟沙槽中添加试验岩土体土样，所述的模拟沙槽包括：进水软管1、进水口缓流器2、定水头量筒3、量筒刻度尺4、流量控制阀5、装置控制电脑6、沙槽进水管7、上游入渗水位调节器8、单向入渗滤网9、隔水挡板10、单向注水口11、密封盖板12、承压水头测量管13、下游出水口14、上游岩土料添加槽15、下游岩土料添加槽16、主沙槽17、沙槽支架20、车架23；

所述的进水软管1上设置流量控制阀5，流量控制阀5与装置控制电脑6连接，进水软管1的一端与定水头量筒3连接，连接处设置进水口缓流器2，同时在定水头量筒3的侧壁上设置量筒刻度尺4，定水头量筒3与沙槽进水管7相连，在沙槽进水管7上设置有与装置控制电脑6连接的流量控制阀5，经过沙槽进水管7的水进入上游岩土料添加槽15前的上游水槽，此上游水槽设置了上游入渗水位调节器8，上游水槽与上游岩土料添加槽15相连，且之间设置了单向入渗滤网9和隔水挡板10，单向入渗滤网9仅使上游水槽中水流流入上游岩土料添加槽15中岩土体，而阻止上游岩土料添加槽15中的岩土体进入上游水槽；隔水挡板10用于阻止上游水槽中的水流流入上游岩土料添加槽15，上游岩土料添加槽15和下游岩土料添加槽16之间为主沙槽17，上游岩土料添加槽15、下游岩土料添加槽16和主沙槽17内装入试验岩土体土样，主沙槽17上部设置了密封盖板12，主沙槽17前后两面设有单向注水口11，单向注水口11用于在试验过程中向主沙槽17内加注染色剂观察不同位置的渗流情况，主沙槽17内设置了若干根承压水头测量管13，每根承压水头测量管13上设有测量管刻度尺26、若干根高度不同的测量管支管，每根测量管支管通过开关阀门24和单向出水口25连接，下游岩土料添加槽16与下游水槽连接，下游岩土料添加槽16与下游水槽之间也设置了单向入渗滤网9，下游水槽的水流通过下游出水口14排出，整个试验装置安装于车架23上，整个沙槽装置通过沙槽支架20与车架23相连，车架23下方安装有车轮。

优选地，所述的上游岩土料添加槽15、下游岩土料添加槽16和主沙槽17之间设置了贯穿的转动支架18，转动支架18的一侧连接有转动手柄19，通过转动手柄19和转动支架18使整个沙槽转动。

优选地，所述的土石料添加铲包括：注料口Ⅰ、挡板Ⅱ、出料口挡板Ⅲ、出料口Ⅳ、滑动轨道Ⅴ、滑块Ⅵ、刻度尺Ⅶ、手柄Ⅷ；整个型土石料添加铲是一个整体，其注料口Ⅰ与出料口Ⅳ通过挡板Ⅱ分隔，出料口Ⅳ的一端设置了出料口挡板Ⅲ，出料口挡板Ⅲ可改变出料口Ⅳ出口尺寸的大小，同时在挡板Ⅱ的下部位置为出料口挡板Ⅲ设置了滑动轨道Ⅴ，且在上部位置设置滑块Ⅵ，滑动轨道Ⅴ和滑块Ⅵ用于使出料口挡板Ⅲ左右移动，从而改变出料口Ⅳ的出口尺寸大小，在滑块Ⅵ之间设置了刻度尺Ⅶ，用于读取出料口Ⅳ的出口尺寸大小，土石料添加铲的顶部设置了手柄Ⅷ。

优选地，所述的车轮上方安装有调节水平位置的水平调节器21，车轮上安装有带刹车小轮22。

优选地，所述的上游岩土料添加槽15、下游岩土料添加槽16和主沙槽17中可装入相同性质的试验岩土体土样或者分别装入不同性质的试验岩土体土样。

优选地，所述的单向出水口25的出水端安装有滤网。

本发明的工作原理是：使用本次发明装置前，首先使用水平调节器21将试验装置调节至水平。

在本次发明装置进行试验时，首先将进水软管1及沙槽进水管7上的流量控制阀5关闭，使用土石料添加铲向主沙槽17中添加试验岩土体土样，之后分别向上游岩土料添加槽15、下游岩土料添加槽16中分别加入相应岩土体，安装隔水挡板10，将入渗水位调节器8调节到试验所需高度，打开所需—测量管支管的单向出水口25，打开出水口14，安装密封盖板12。

完成准备工作后，打开装置控制电脑6，向装置控制电脑6中输入试验所需参数。开启进水软管1及沙槽进水管7上的流量控制阀5，等待水位达到试验所需入渗地下水位（即水位调节器位置）时，装置控制电脑6自动停止向沙槽供水，待定水头量筒3内水位达到实验要求值时，装置控制电脑6自动停止向定水头量筒3中供水，抽走隔水挡板10，水体开始向岩土体中入渗，装置控制电脑6自动开始供水，并使供水过程中定水头量筒3的定水头位置保持不变。

试验过程中可通过主沙槽两面的单向注水口11向土体中注入染色剂以方便观察土体中的渗流情况。通过记录承压水头测量管13中的水头高度得到所需的相应实验数据。

试验完成后，开启密封盖板12，转动手柄19，可使上游岩土料添加槽15、下游岩土料添加槽16和主沙槽17转动，开口向下，方便三个沙槽内岩土体与水的倒出，方便清洁整理。

本发明的有益效果是：

1）通过装置控制电脑的控制使入渗水量控制更加精确，定水头的位置变化更小，试验成果更加精确。

2）为了使入渗和流出情况更加真实，在主试验的主沙槽两侧添加了上游岩土料添加槽、下游岩土料添加槽，用于装入试验区域上游及下游的岩土试样。这两个沙槽并不用于观察，只用于模拟真实的入渗及流出环境。

3）每个与试验岩土体土样连接的端口都安装有滤网，防止沙土体由端口流出，增加装置的使用寿命。

4）主沙槽可由转动手柄转动方便清洗，试验装置安装与车架上方便移动。

5）试验装置可通过车轮上的水平调节器调节至水平状态，使试验更加精准。

6）土石料添加铲使土石料的添加更加精准及卫生。

附图说明

图1为本发明模拟沙槽平面图；

图2为本发明主沙槽17背面承压水头测量管13细节图；

图3为本发明土石料添加铲立体图；

图4为本发明土石料添加铲俯视图。

图中各标号为：1—进水软管、2—进水口缓流器、3—定水头量筒、4—量筒刻度尺、5—流量控制阀、6—装置控制电脑、7—沙槽进水管、8—上游入渗水位调节器、9—单向入渗滤网、10—隔水挡板、11—单向注水口、12—密封盖板、13—承压水头测量管、14—下游出水口、15—上游岩土料添加槽、 16—下游岩土料添加槽、17—主沙槽、18—转动支架、19—转动手柄、20—沙槽支架、21—水平调节器、22—带刹车小轮、23—车架，24—测量管支管的开关阀门、25—单向出水口、26—测量管刻度尺。

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。

实施例1：如图1-4所示，一种新型模拟岩土体地下水渗流的试验装置，包括模拟沙槽和土石料添加铲，土石料添加铲用于向模拟沙槽中添加试验岩土体土样，所述的模拟沙槽包括：进水软管1、进水口缓流器2、定水头量筒3、量筒刻度尺4、流量控制阀5、装置控制电脑6、沙槽进水管7、上游入渗水位调节器8、单向入渗滤网9、隔水挡板10、单向注水口11、密封盖板12、承压水头测量管13、下游出水口14、上游岩土料添加槽15、下游岩土料添加槽16、主沙槽17、沙槽支架20、车架23；

所述的进水软管1上设置流量控制阀5，流量控制阀5与装置控制电脑6连接，流量控制阀5受装置控制电脑6控制，从而精确控制水流流量，进水软管1的一端与定水头量筒3连接，连接处设置进水口缓流器2，进水口缓流器2的作用在于使入水沿量筒一侧内壁缓缓下流，使量筒内水桶平稳的稳定在某一试验值，同时在定水头量筒3的侧壁上设置量筒刻度尺4，主要用于读取定水头量筒3的刻度，定水头量筒3与沙槽进水管7相连，在沙槽进水管7上设置有与装置控制电脑6连接的流量控制阀5，其作用在于控制进入的水流和水量，经过沙槽进水管7的水进入上游岩土料添加槽15前的上游水槽，此上游水槽设置了上游入渗水位调节器8，其作用在于控制上游入渗水的水位高度，上游水槽与上游岩土料添加槽15相连，且之间设置了单向入渗滤网9和隔水挡板10，单向入渗滤网9的作用在于仅使上游水槽中水流流入上游岩土料添加槽15中岩土体，而阻止上游岩土料添加槽15中的岩土体进入上游水槽；只有上游水槽的水位调整到实验水位才进行渗透实验，在实验之前需要隔水挡板10阻止上游水槽中的水流流入上游岩土料添加槽15，上游岩土料添加槽15和下游岩土料添加槽16之间为主沙槽17，上游岩土料添加槽15、下游岩土料添加槽16和主沙槽17内装入试验岩土体土样，从而可以更加真实的模拟出真实环境下复杂岩土体的地下水渗流情况，主沙槽17上部设置了密封盖板12，从而保证主沙槽17的密闭性，防止主沙槽17内的水发生溢流，主沙槽17前后两面设有单向注水口11，单向注水口11用于在试验过程中向主沙槽17内加注染色剂观察不同位置的渗流情况，主沙槽17内设置了若干根承压水头测量管13，每根承压水头测量管13上设有测量管刻度尺26、若干根高度不同的测量管支管，每根测量管支管通过开关阀门24和单向出水口25连接，通过单独打开不同的开关阀门24，可以测量不同水位的承压水头，并直管读出承压水头值，下游岩土料添加槽16与下游水槽连接，下游岩土料添加槽16与下游水槽之间也设置了单向入渗滤网9，只让水流通过单向入渗滤网9，而保证岩土体不能通过单向入渗滤网9，下游水槽的水流通过下游出水口14排出，整个试验装置安装于车架23上，整个沙槽装置通过沙槽支架20与车架23相连，车架23下方安装有车轮，方便移动整个实验装置和试验时固定装置。

进一步地，所述的上游岩土料添加槽15、下游岩土料添加槽16和主沙槽17之间设置了贯穿的转动支架18，转动支架18的一侧连接有转动手柄19，在试验完成后，可通过转动手柄19和转动支架18使整个沙槽转动，方便将沙槽内岩土体排出。

进一步地，所述的土石料添加铲包括：注料口Ⅰ、挡板Ⅱ、出料口挡板Ⅲ、出料口Ⅳ、滑动轨道Ⅴ、滑块Ⅵ、刻度尺Ⅶ、手柄Ⅷ；整个型土石料添加铲是一个整体，其注料口Ⅰ与出料口Ⅳ通过挡板Ⅱ分隔，挡板Ⅱ的作用在于：当实验开始和实验过程中需要停止装填岩土体时，可以将挡板Ⅱ插入槽中，起到阻挡作用；而一旦需要放岩土样时，只需将挡板Ⅱ抽出即可；出料口Ⅳ的一端设置了出料口挡板Ⅲ，出料口挡板Ⅲ胡作用在于改变出料口Ⅳ出口尺寸的大小。同时在挡板Ⅱ的下部位置为出料口挡板Ⅲ设置了滑动轨道Ⅴ，且在上部位置设置滑块Ⅵ，滑动轨道Ⅴ和滑块Ⅵ的作用是便于出料口挡板Ⅲ的左右移动，从而改变出料口Ⅳ的出口尺寸大小。另外，在滑块Ⅵ之间设置了刻度尺Ⅶ，其作用在于能直观读取出料口Ⅳ的出口尺寸大小。在新型土石料添加铲的顶部设置了手柄Ⅷ，其作用在于：便于实验操作人员提起和移动新型土石料添加铲。出料口的宽度可以通过滑块移动挡板Ⅱ来控制，可以使土石的添加控制的比较精确，使试验更具有真实性。

进一步地，所述的车轮上方安装有调节水平位置的水平调节器21，车轮上安装有带刹车小轮22。

进一步地，所述的上游岩土料添加槽15、下游岩土料添加槽16和主沙槽17中可装入相同性质的试验岩土体土样或者分别装入不同性质的试验岩土体土样。

进一步地，所述的单向出水口25的出水端安装有滤网。

模拟沙槽的主要创新在于：首先，定水头量筒3入水口加装进水口缓流器2，使入水沿量筒一侧内壁缓缓下流，使量筒内水平稳的稳定在某一试验值，并且进水软管1、沙槽进水管7上都有由装置控制电脑6控制的流量控制阀5，使水流量可以精确控制；其次，上游入渗水的水位高度可以通过上游入渗水位调节器8控制。在主沙槽17的上游及下游都添加了独立的岩土体添加槽，试验时可加入相应类型的岩土体，可以更加真实的模拟出真实环境下的地下水渗流情况；主沙槽17前后两面均装有一定数量的单向注水口，可在试验过程中向主沙槽17内加注染色剂观察不同位置的渗流情况。在主沙槽17后侧装有数根承压水头测量管13，每根承压水头测量管13上设有若干个高度不同的测量管支管，每根测量管支管通过开关阀门24和单向出水口25连接，通过单独打开不同的开关阀门24，可以测量不同水位的承压水头；最后，在上游岩土料添加槽15、下游岩土料添加槽16和主沙槽17之间设置了贯穿的转动支架18，转动支架18的一侧连接有转动手柄19，通过转动手柄19和转动支架18使整个沙槽转动，在试验完成后，可通过转动手柄19使三个沙槽转动，方便将三个沙槽内岩土体排尽。整个试验装置安装于可移动车架上，方便移动。在车轮上安装有刹车装置，方便试验时固定。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种模拟岩土体地下水渗流的试验装置，其特征在于：包括模拟沙槽和土石料添加铲，土石料添加铲用于向模拟沙槽中添加试验岩土体土样，所述的模拟沙槽包括：进水软管（1）、进水口缓流器（2）、定水头量筒（3）、量筒刻度尺（4）、流量控制阀（5）、装置控制电脑（6）、沙槽进水管（7）、上游入渗水位调节器（8）、单向入渗滤网（9）、隔水挡板（10）、单向注水口（11）、密封盖板（12）、承压水头测量管（13）、下游出水口（14）、上游岩土料添加槽（15）、下游岩土料添加槽（16）、主沙槽（17）、沙槽支架（20）、车架（23）；

所述的进水软管（1）上设置流量控制阀（5），流量控制阀（5）与装置控制电脑（6）连接，进水软管（1）的一端与定水头量筒（3）连接，连接处设置进水口缓流器（2），同时在定水头量筒（3）的侧壁上设置量筒刻度尺（4），定水头量筒（3）与沙槽进水管（7）相连，在沙槽进水管（7）上设置有与装置控制电脑（6）连接的流量控制阀（5），经过沙槽进水管（7）的水进入上游岩土料添加槽（15）前的上游水槽，此上游水槽设置了上游入渗水位调节器（8），上游水槽与上游岩土料添加槽（15）相连，且之间设置了单向入渗滤网（9）和隔水挡板（10），单向入渗滤网（9）仅使上游水槽中水流流入上游岩土料添加槽（15）中岩土体，而阻止上游岩土料添加槽（15）中的岩土体进入上游水槽；隔水挡板（10）用于阻止上游水槽中的水流流入上游岩土料添加槽（15），上游岩土料添加槽（15）和下游岩土料添加槽（16）之间为主沙槽（17），上游岩土料添加槽（15）、下游岩土料添加槽（16）和主沙槽（17）内装入试验岩土体土样，主沙槽（17）上部设置了密封盖板（12），主沙槽（17）前后两面设有单向注水口（11），单向注水口（11）用于在试验过程中向主沙槽（17）内加注染色剂观察不同位置的渗流情况，主沙槽（17）内设置了若干根承压水头测量管（13），每根承压水头测量管（13）上设有测量管刻度尺（26）、若干根高度不同的测量管支管，每根测量管支管通过开关阀门（24）和单向出水口（25）连接，下游岩土料添加槽（16）与下游水槽连接，下游岩土料添加槽（16）与下游水槽之间也设置了单向入渗滤网（9），下游水槽的水流通过下游出水口（14）排出，整个试验装置安装于车架（23）上，整个沙槽装置通过沙槽支架（20）与车架（23）相连，车架（23）下方安装有车轮；

所述的上游岩土料添加槽（15）、下游岩土料添加槽（16）和主沙槽（17）之间设置了贯穿的转动支架（18），转动支架（18）的一侧连接有转动手柄（19），通过转动手柄（19）和转动支架（18）使整个沙槽转动；

所述的土石料添加铲包括：注料口Ⅰ、挡板Ⅱ、出料口挡板Ⅲ、出料口Ⅳ、滑动轨道Ⅴ、滑块Ⅵ、刻度尺Ⅶ、手柄Ⅷ；整个型土石料添加铲是一个整体，其注料口Ⅰ与出料口Ⅳ通过挡板Ⅱ分隔，出料口Ⅳ的一端设置了出料口挡板Ⅲ，出料口挡板Ⅲ可改变出料口Ⅳ出口尺寸的大小，同时在挡板Ⅱ的下部位置为出料口挡板Ⅲ设置了滑动轨道Ⅴ，且在上部位置设置滑块Ⅵ，滑动轨道Ⅴ和滑块Ⅵ用于使出料口挡板Ⅲ左右移动，从而改变出料口Ⅳ的出口尺寸大小，在滑块Ⅵ之间设置了刻度尺Ⅶ，用于读取出料口Ⅳ的出口尺寸大小，土石料添加铲的顶部设置了手柄Ⅷ。

2.根据权利要求1所述的一种模拟岩土体地下水渗流的试验装置，其特征在于：所述的车轮上方安装有调节水平位置的水平调节器（21），车轮上安装有带刹车小轮（22）。

3.根据权利要求1所述的一种模拟岩土体地下水渗流的试验装置，其特征在于：所述的上游岩土料添加槽（15）、下游岩土料添加槽（16）和主沙槽（17）中可装入相同性质的试验岩土体土样或者分别装入不同性质的试验岩土体土样。

4.根据权利要求1所述的一种模拟岩土体地下水渗流的试验装置，其特征在于：所述的单向出水口（25）的出水端安装有滤网。

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