CN107703044A - 一种裂隙土二维渗透平板模型试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种裂隙土二维渗透平板模型试验装置，包括：底座、成像部件、顶盖、硅胶模、第一供水箱、第二供水箱、回水箱及空压机；底座的底板为透明板；底座的一侧开设容置第一透水石的第一嵌入槽，另一侧开设多个容置第二透水石的第二嵌入槽；成像部件正对底座的底板设置；顶盖盖设在底座上；硅胶模夹持固定在底座与顶盖之间，将顶盖的空腔封闭形成压力室；第一供水箱底端通过第一供水管连通第一嵌入槽；第二供水箱底端通过第二供水管连通压力室；回水箱底端连接一回水管，回水管通过多根回水支管连通对应的第二嵌入槽。该裂隙土二维渗透平板模型试验装置能进行含裂隙压实黏土在渗流过程中，裂隙几何特征变化的实时监测和渗透性能的动态测试。
Description
技术领域
本发明涉及环境岩土工程技术领域，特别涉及一种裂隙土二维渗透平板模型试验装置。
背景技术
裂隙土的渗流问题涉及农业灌溉、水土保持评价、地质灾害分析以及岩土工程结构设计与安全评价等多个研究领域。压实黏土由于其超低渗透特性和低廉的价格，常用于水利工程、垃圾填埋场等中的防渗结构。但压实黏土具有强度低特性，在地基变形过程中，易发生剪切裂缝；同时，压实黏土具有干缩特性，在环境干湿循环作用下易发生干缩裂缝。压实黏土层中一旦产生裂缝，将为雨水渗透提供直接的渗透通道，渗透系数增加多个数量级，黏土防渗结构也失去了其防渗功能。
获得裂隙土的渗透系数是评价压实黏土存在裂隙时防渗性能的关键。但是裂隙在压实黏土层中分布不均匀，因此裂隙土是一种非均匀介质，传统的土壤渗透系数测试设备试样较小，不能包含压实黏土中所有裂隙信息，渗透系数测试结果误差较大。同时，在渗透系统测试过程中，裂隙土与水相互作用，裂隙几何特征动态变化，因此，裂隙土的渗透系数是一个随裂隙几何特征动态变化的函数，如何获得裂隙土的渗透系数与裂隙几何特征关系，是评价裂隙对压实黏土层防渗性能影响的关键。
现有技术中还没有相关设备进行含裂隙压实黏土在渗流过程中，裂隙几何特征变化的实时监测和渗透性能的动态测试。
发明内容
本发明提供了一种裂隙土二维渗透平板模型试验装置，解决了或部分解决了现有技术中无法进行含裂隙压实黏土在渗流过程中，裂隙几何特征变化的实时监测和渗透性能的动态测试的技术问题，实现了含裂隙压实黏土在渗流过程中，裂隙几何特征变化的实时监测和渗透性能的动态测试，有利于构建裂隙土的渗透系数与裂隙几何特征函数，定量评价裂隙对压实黏土层防渗性能的技术效果。
本发明提供的一种裂隙土二维渗透平板模型试验装置，包括：
底座，为敞口盒体结构，内部用于填充黏土试样；所述底座的底板为透明板；所述底座的一侧开设容置第一透水石的第一嵌入槽，另一侧开设多个容置第二透水石的第二嵌入槽；
成像部件，正对所述底座的底板设置，以获取所述底板上的图像信息；
顶盖，盖设在所述底座上，内部设置有空腔；所述顶盖的顶部开设与所述空腔连通的顶盖排气孔；
硅胶模，夹持固定在所述底座与所述顶盖之间，将所述顶盖的空腔封闭形成压力室；
第一供水箱，底端通过第一供水管连通所述第一嵌入槽；
第二供水箱，底端通过第二供水管连通所述压力室；
回水箱，底端连接一回水管，所述回水管通过多根回水支管连通对应的所述第二嵌入槽；
空压机，通过第一气管与所述第一供水箱的顶端连接，通过第二气管与所述第二供水箱的顶端连接，通过第三气管与所述回水箱的顶端连接。
作为优选，还包括：
机箱；
所述底座固定在所述机箱上；
所述成像部件、所述第一供水箱、所述第二供水箱、所述回水箱及所述空压机设置在所述机箱内。
作为优选，所述顶盖排气孔连接有顶盖排气管；
所述顶盖排气管上设置有顶盖排气阀。
作为优选，所述底座与所述顶盖通过固定螺栓将所述硅胶模夹持固定。
作为优选，所述第一供水箱的顶部开设第一排气孔；
所述第一排气孔连接有第一排气管；
所述第一排气管上设置第一排气阀。
作为优选，所述第二供水箱的顶部开设第二排气孔；
所述第二排气孔连接有第二排气管；
所述第二排气管上设置第二排气阀。
作为优选，所述回水箱的顶部开设第三排气孔；
所述第三排气孔连接有第三排气管；
所述第三排气管上设置第三排气阀。
作为优选，所述第一气管上设置有第一调压阀；
所述第二气管上设置有第二调压阀；
所述第三气管上设置有第三调压阀。
作为优选，还包括：
第一流量计，设置在所述第一供水管上；
第一水阀，设置在所述第一供水管上，位于所述第一流量计与所述第一供水箱之间；
第二水阀，设置在所述第二供水管上；
多个第二流量计，分别设置在对应的所述回水支管上；
第三水阀，设置在所述回水管上。
作为优选，所述底座为方形盒体结构；
所述顶盖设置成与所述底座对应的方形结构；
多个所述第二嵌入槽并排设置。
本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于采用了由底座、成像部件、顶盖、硅胶模、第一供水箱、第二供水箱、回水箱及空压机组成的裂隙土二维渗透平板模型试验装置，将黏土试样装填入底座内部形成裂隙土试样，通过第二供水箱将顶盖的压力室注满水，能模拟裂隙土试样在实际工况中的上覆压力，在水压作用下，硅胶模紧贴裂隙土试样，裂隙土试样紧贴底板，避免裂隙土试样顶部和底部的渗漏；通过第一供水箱向第一嵌入槽输入渗透溶液，渗透溶液经过第一透水石、裂隙土试样及多个第二透水石的渗透过程，最后通过多个第二嵌入槽流入回水箱，成像部件可透过底板观察渗透试验过程中，裂隙土试样裂隙特征的变化。在渗透溶液回收过程中，通过多个装有第二透水石的第二嵌入槽，可对渗透溶液进行分区收集并测量，可得到裂隙土二维渗透流网。这样，有效解决了现有技术中无法进行含裂隙压实黏土在渗流过程中，裂隙几何特征变化的实时监测和渗透性能的动态测试的技术问题，实现了含裂隙压实黏土在渗流过程中，裂隙几何特征变化的实时监测和渗透性能的动态测试，有利于构建裂隙土的渗透系数与裂隙几何特征函数，定量评价裂隙对压实粘土层防渗性能的技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的裂隙土二维渗透平板模型试验装置的结构示意图；
图2为图1中底座的结构俯视图。
(图示中各标号代表的部件依次为：1空压机、2机箱、3回水箱、4回水管、5第二流量计、6底座、7第二嵌入槽、8硅胶模、9顶盖、10固定螺栓、11第一嵌入槽、12第一流量计、13第一供水管、14底板、15第二供水箱、16成像部件、17第一供水箱)
具体实施方式
本申请实施例提供了一种裂隙土二维渗透平板模型试验装置，解决了或部分解决了现有技术中无法进行含裂隙压实黏土在渗流过程中，裂隙几何特征变化的实时监测和渗透性能的动态测试的技术问题，通过设置由底座、成像部件、顶盖、硅胶模、第一供水箱、第二供水箱、回水箱及空压机组成的裂隙土二维渗透平板模型试验装置；实现了含裂隙压实黏土在渗流过程中，裂隙几何特征变化的实时监测和渗透性能的动态测试，有利于构建裂隙土的渗透系数与裂隙几何特征函数，定量评价裂隙对压实黏土层防渗性能的技术效果。
参见附图1，本发明提供的一种裂隙土二维渗透平板模型试验装置，包括：底座6、成像部件16、顶盖9、硅胶模8、第一供水箱17、第二供水箱15、回水箱3及空压机1。
底座6为敞口盒体结构，内部用于填充黏土试样；底座6的底板14为透明板；底座6的一侧开设容置第一透水石的第一嵌入槽11，另一侧开设多个容置第二透水石的第二嵌入槽7，多个第二嵌入槽7并排设置；成像部件16正对底座6的底板14设置，以获取底板14上的图像信息；顶盖9盖设在底座6上，内部设置有空腔；顶盖9的顶部开设与空腔连通的顶盖排气孔；硅胶模8夹持固定在底座6与顶盖9之间，将顶盖9的空腔封闭形成压力室，具体为：底座6与顶盖9通过固定螺栓10将硅胶模8夹持固定；第一供水箱17底端通过第一供水管13连通第一嵌入槽11；第二供水箱15底端通过第二供水管连通压力室；回水箱3底端连接一回水管4，回水管4通过多根回水支管连通对应的第二嵌入槽7；空压机1通过第一气管与第一供水箱17的顶端连接，通过第二气管与第二供水箱15的顶端连接，通过第三气管与回水箱3的顶端连接。
其中，实验时，将黏土试样装填入底座6内部形成裂隙土试样，通过第二供水箱15将顶盖9的压力室注满水，能模拟裂隙土试样在实际工况中的上覆压力，在水压作用下，硅胶模8紧贴裂隙土试样，裂隙土试样紧贴底板14，避免裂隙土试样顶部和底部的渗漏；通过第一供水箱17向第一嵌入槽11输入渗透溶液，渗透溶液经过第一透水石、裂隙土试样及多个第二透水石的渗透过程，最后通过多个第二嵌入槽7流入回水箱3，成像部件16可透过底板14观察渗透试验过程中，裂隙土试样裂隙特征的变化。在渗透溶液回收过程中，通过多个装有第二透水石的第二嵌入槽7，可对渗透溶液进行分区收集并测量，可得到裂隙土二维渗透流网；所以该试验装置能实现含裂隙压实黏土在渗流过程中，裂隙几何特征变化的实时监测和渗透性能的动态测试，有利于构建裂隙土的渗透系数与裂隙几何特征函数，定量评价裂隙对压实黏土层防渗性能。
进一步的，还包括：机箱2；底座6固定在机箱2上；成像部件16、第一供水箱17、第二供水箱15、回水箱3及空压机1设置在机箱2内。
进一步的，顶盖排气孔连接有顶盖排气管；顶盖排气管上设置有顶盖排气阀。第一供水箱17的顶部开设第一排气孔；第一排气孔连接有第一排气管；第一排气管上设置第一排气阀。第二供水箱15的顶部开设第二排气孔；第二排气孔连接有第二排气管；第二排气管上设置第二排气阀。回水箱3的顶部开设第三排气孔；第三排气孔连接有第三排气管；第三排气管上设置第三排气阀。
进一步的，第一气管上设置有第一调压阀；第二气管上设置有第二调压阀；第三气管上设置有第三调压阀；分别用于调整第一供水箱17、第二供水箱15及回水箱3的内部气压。
进一步的，还包括：第一流量计12、第一水阀、第二水阀、多个第二流量计5及第三水阀；第一流量计12设置在第一供水管13上；第一水阀设置在第一供水管13上，位于第一流量计12与第一供水箱17之间；第二水阀设置在第二供水管上；多个第二流量计7分别设置在对应的回水支管上；第三水阀设置在回水管4上。
下面通过具体实施例来详细介绍本申请提供的裂隙土二维渗透平板模型试验装置的结构特征和试验原理：
由机箱2，平板模型试样仓、渗流系统和成像部件16组成，平板模型试样仓由方盒形底座6、方盒形顶盖9、硅胶膜8、固定螺栓10组成，方盒形底座6开口向上，固定安置在机箱2上表面，方盒形底座6的底板14为透明状，方盒形底座6左侧设有放置大尺寸第一透水石的第一嵌入槽11，右侧对称设有多个放置小尺寸第二透水石的第二嵌入槽7，硅胶膜8搁置在方盒形底座6上，方盒形顶盖9开口向下，搁置在硅胶膜8上，方盒形底座6与方盒形顶盖9之间对称设有固定螺栓10，成像部件16固定安置在机箱2内部，正对底板14中央，渗流系统由空压机1、第一供水箱17、第二供水箱15，回水箱3、以及流量计、调压阀、导管和阀门构成，空压机1、第一供水箱17、第二供水箱15，回水箱3均固定安装在机箱2内，空压机1通过管道与第一供水箱17、第二供水箱15，回水箱3顶部的进气孔连接，空压机1与第一供水箱17、第二供水箱15和回水箱3的连接管道上均设有调压阀，第一供水箱17底部的出水口通过第一供水管13与第一嵌入槽11的进水口相连，连接管道之间设有第一流量计12和阀门，阀门位于第一供水箱17一侧，第二供水箱15底部的出水口通过管道与方盒形顶盖9的进水口相连，连接管道之间设有阀门，回水箱3底部的进水口通过主回水管4和若干分管道与第二嵌入槽7的出水口相连，各分管道上均设有第二流量计5，主回水管4上设有阀门，第一供水箱17、第二供水箱15，回水箱3和方盒形顶盖9顶部设有排气管，排气管上设有阀门。
试验时，先将一定量的黏土倒入平板模型试样仓内，采用击实方法击实，用刮土刀将土刮平，刮平后黏土层顶面与方盒形底座6顶面齐平，然后在黏土层内按试验要求设置裂隙网格，依次盖上硅胶膜8和方盒形顶盖9，扭紧方盒形底座6和方盒形顶盖9的固定螺栓10。打开方盒形顶盖9的排气孔，关闭第二供水箱15上的排气孔，给第二供水箱15预设一个较小压力，将第二供水箱15内水注满压力室，然后关闭方盒形顶盖9的排气孔，将第二供水箱15内的压力值提升至试验要求预设值。根据试验要求，通过调压阀设置好第一供水箱17和回水箱3内的压力，要求第二供水箱15的压力值大于第一供水箱17的压力值，第一供水箱17的压力值大于回水箱3内的压力值小于，在压力作用下，第一供水箱17中的渗透溶液进入平板模型试样仓左侧大尺寸的第一透水石内，经过裂隙土试样，并由经过板模型试样仓右侧的若干小尺寸第二透水石的收集，然后汇集至回水箱3，裂隙土试样试验过程中，通过第一透水石进入裂隙土试样的渗透溶液总量和各小尺寸的第二透水石收集的渗透溶液量，均可通过第二流量计5实时监测，同时，裂隙土试样的裂隙特征可通过成像部件16实时监测。
由于采用了上述结构，方盒形顶盖9和硅胶膜8形成一压力室，试验时，在压力室中注满水，空压机1控制压力室的压力，可模拟裂隙土试样在实际工况中的上覆压力，同时，在压力作用下，硅胶模8紧贴裂隙土试样，裂隙土试样紧贴底板14，解决了渗透试验过程中，裂隙土试样顶部和底部的渗漏问题。成像装置16可透过底部观察渗透试验过程中，裂隙土试样裂隙特征的变化。在渗透溶液回收侧，通过设置多个装有小尺寸第二透水石的第二嵌入槽7，可对渗透溶液进行分区收集并测量，通过渗透溶液分区收集量，结合成像装置16监测的裂隙特性，可得到裂隙土二维渗透流网，避免渗透溶液统一收集无法反映裂隙特征分布对压实粘土层防渗性能的影响。
本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于采用了由底座6、成像部件16、顶盖9、硅胶模8、第一供水箱17、第二供水箱15、回水箱3及空压机1组成的裂隙土二维渗透平板模型试验装置，将粘土试样装填入底座6内部形成裂隙土试样，通过第二供水箱15将顶盖9的压力室注满水，能模拟裂隙土试样在实际工况中的上覆压力，在水压作用下，硅胶模8紧贴裂隙土试样，裂隙土试样紧贴底板14，避免裂隙土试样顶部和底部的渗漏；通过第一供水箱17向第一嵌入槽11输入渗透溶液，渗透溶液经过第一透水石、裂隙土试样及多个第二透水石的渗透过程，最后通过多个第二嵌入槽7流入回水箱3，成像部件16可透过底板14观察渗透试验过程中，裂隙土试样裂隙特征的变化。在渗透溶液回收过程中，通过多个装有第二透水石的第二嵌入槽7，可对渗透溶液进行分区收集并测量，可得到裂隙土二维渗透流网。这样，有效解决了现有技术中无法进行含裂隙压实黏土在渗流过程中，裂隙几何特征变化的实时监测和渗透性能的动态测试的技术问题，实现了含裂隙压实黏土在渗流过程中，裂隙几何特征变化的实时监测和渗透性能的动态测试，有利于构建裂隙土的渗透系数与裂隙几何特征函数，定量评价裂隙对压实粘土层防渗性能的技术效果。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种裂隙土二维渗透平板模型试验装置，其特征在于，包括：
底座，为敞口盒体结构，内部用于填充黏土试样；所述底座的底板为透明板；所述底座的一侧开设容置第一透水石的第一嵌入槽，另一侧开设多个容置第二透水石的第二嵌入槽；
成像部件，正对所述底座的底板设置，以获取所述底板上的图像信息；
顶盖，盖设在所述底座上，内部设置有空腔；所述顶盖的顶部开设与所述空腔连通的顶盖排气孔；
硅胶模，夹持固定在所述底座与所述顶盖之间，将所述顶盖的空腔封闭形成压力室；
第一供水箱，底端通过第一供水管连通所述第一嵌入槽；
第二供水箱，底端通过第二供水管连通所述压力室；
回水箱，底端连接一回水管，所述回水管通过多根回水支管连通对应的所述第二嵌入槽；
空压机，通过第一气管与所述第一供水箱的顶端连接，通过第二气管与所述第二供水箱的顶端连接，通过第三气管与所述回水箱的顶端连接。
2.如权利要求1所述的裂隙土二维渗透平板模型试验装置，其特征在于，还包括：
机箱；
所述底座固定在所述机箱上；
所述成像部件、所述第一供水箱、所述第二供水箱、所述回水箱及所述空压机设置在所述机箱内。
3.如权利要求1所述的裂隙土二维渗透平板模型试验装置，其特征在于，
所述顶盖排气孔连接有顶盖排气管；
所述顶盖排气管上设置有顶盖排气阀。
4.如权利要求1所述的裂隙土二维渗透平板模型试验装置，其特征在于，
所述底座与所述顶盖通过固定螺栓将所述硅胶模夹持固定。
5.如权利要求1所述的裂隙土二维渗透平板模型试验装置，其特征在于，
所述第一供水箱的顶部开设第一排气孔；
所述第一排气孔连接有第一排气管；
所述第一排气管上设置第一排气阀。
6.如权利要求1所述的裂隙土二维渗透平板模型试验装置，其特征在于，
所述第二供水箱的顶部开设第二排气孔；
所述第二排气孔连接有第二排气管；
所述第二排气管上设置第二排气阀。
7.如权利要求1所述的裂隙土二维渗透平板模型试验装置，其特征在于，
所述回水箱的顶部开设第三排气孔；
所述第三排气孔连接有第三排气管；
所述第三排气管上设置第三排气阀。
8.如权利要求1所述的裂隙土二维渗透平板模型试验装置，其特征在于，
所述第一气管上设置有第一调压阀；
所述第二气管上设置有第二调压阀；
所述第三气管上设置有第三调压阀。
9.如权利要求1所述的裂隙土二维渗透平板模型试验装置，其特征在于，还包括：
第一流量计，设置在所述第一供水管上；
第一水阀，设置在所述第一供水管上，位于所述第一流量计与所述第一供水箱之间；
第二水阀，设置在所述第二供水管上；
多个第二流量计，分别设置在对应的所述回水支管上；
第三水阀，设置在所述回水管上。
10.如权利要求1所述的裂隙土二维渗透平板模型试验装置，其特征在于，
所述底座为方形盒体结构；
所述顶盖设置成与所述底座对应的方形结构；
多个所述第二嵌入槽并排设置。
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Citations (11)
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2017
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Patent Citations (11)
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