CN108152118B - 一种可调节水头的桩承式路基渗流侵蚀试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调节水头的桩承式路基渗流侵蚀试验装置，该装置由四个部分组成：土体渗流系统、供水系统、排水及收集土系统、加载系统。所述土体渗流系统包括填土室、进水槽和出水槽，填土室底部设置四根钢桩，上部填土以模拟桩承式路基；供水系统包括一个可上下移动的水箱；所述排水及收集土系统包括一集水池和一过滤装置；所述加载系统由外置伺服系统或静力加载装置组成，施加动荷载于土层上部。本发明试验装置结构简单，试验易操作，且可控制进出口水头，适用范围广，为渗流相关的科学研究工作提供方法和设备。

Description

一种可调节水头的桩承式路基渗流侵蚀试验装置

技术领域

本发明涉及的是一种交通岩土工程技术领域的试验模拟装置，特别是涉及一种用于桩承式路基渗流侵蚀研究方向的室内试验装置。

背景技术

近年来，由于厄尔尼诺现象频繁出现，暴雨引起的洪水的自然灾害严重影响了人们的生产生活。暴雨导致的长期高水头渗流侵蚀往往是大坝、基坑和路基等建筑物破坏的重要因素。目前渗流侵蚀试验通常是在圆柱形渗流仪中进行，仅能够对单元体的渗流侵蚀特性进行分析，而不能得出模型试验的一般规律。

发明内容

本发明的目的在于提供设计一种结构简单、易于操作的桩承式路基渗流侵蚀试验装置，可控制进出口水头，有效调节渗流路径，灵活多变地模拟渗流侵蚀过程，得出渗流侵蚀对桩承式路基的影响。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种可调节水头的桩承式路基渗流侵蚀试验装置，它由土体渗流系统、供水系统、排水及收集土系统和加载系统四个部分组成。

所述土体渗流系统包括填土室、进水槽和出水槽；所述填土室两个相对的侧壁由位于下部的钢板和位于上部的多孔板无缝拼接而成，进水槽安装在填土室一侧，内侧与填土室通过多孔板连通；进水槽内竖直安装有可上下移动的移动钢板，所述移动钢板贴合于多孔板；所述出水槽安装在填土室的另一侧，内侧与填土室通过多孔板连通；出水槽的底板自内侧向下倾斜，且向外延伸；出水槽外侧板下端与底板之间具有高度为1mm水平空隙。外侧板上开有多排螺纹出水口，每一排螺纹出水口的高度等距递增，螺纹出水口均塞有橡胶塞。填土室底部设置四根钢桩，钢桩顶端与多孔板的底端平齐，钢桩上部填土以模拟桩承式路基结构，土体上方放置一层水平钢板。

所述供水系统包括水箱，与所述进水槽外壁上的螺纹进水口相连；所述水箱通过一升降装置调节水箱的高度，以产生不同的水头值；

所述排水及收集土系统包括一集水池和一过滤装置，经底板流出的土颗粒和水先流入到过滤装置，经过滤后收集土颗粒，水流入到集水池内。过滤装置与称重计相连，以获得收集的土颗粒的重量。

所述加载系统可为伺服动力加载系统或静力加载装置，安装在所述水平钢板上，以便荷载均匀施加到土体上。

进一步地，所述集水池与水箱相连，通过泵将集水池中的水输送至水箱。

进一步地，还包括液位计，测量所述进水槽内的液位高度。

进一步地，所述填土室前后壁面由透明玻璃构成，且刻有竖直方向上的刻度。

进一步地，所述底板的外部延伸部分为V形。

本发明的有益效果在于：

(1)装置结构简洁明了，易于操作，制作成本低廉，使用寿命长，功能多样，可根据试验要求制作不同尺寸的型号。

(2)本发明创新性地改变了以往渗流侵蚀试验仅在渗流仪中进行的方式，并可以通过调整供水系统中水箱的高度和出水孔的闭合方便快捷地调整进出口水头，以控制土体中的渗流路径。

(3)装置的主体模型箱前后箱壁都镶上透明玻璃，并蚀刻有刻度，便于确定土样填筑高度，以及观测土体在试验过程中的颗粒位移等变化。

附图说明

图1为本发明可调节水头的桩承式路基渗流侵蚀试验装置示意图。

图2为土体渗流系统的结构示意图，a为侧视图，b为俯视图。

图中，土体渗流系统1；填土室11---钢桩111、水平钢板112、钢板113、多孔板114、透明玻璃115；

进水槽12---移动钢板121、液位计122、螺纹进水口123；

出水槽13---底板131、外侧板132、空隙133、螺纹出水口134；

供水系统2--水箱21；

排水及收集土系统3---集水池31、过滤装置32；

加载系统4。

具体实施方式

下面结合附图，进一步说明本发明的具体实施情况。

如图1所示，一种可调节水头的桩承式路基渗流侵蚀试验装置，它由土体渗流系统1、供水系统2、排水及收集土系统3和加载系统4四个部分组成。

所述土体渗流系统1包括填土室11、进水槽12和出水槽13；所述填土室11两个相对的侧壁由位于下部的钢板113和位于上部的多孔板114无缝拼接而成，进水槽12安装在填土室11一侧，内侧与填土室11通过多孔板114连通；

进水槽12内竖直安装有可上下移动的移动钢板121，所述移动钢板121贴合于多孔板114，以对应不同高度土样的渗流面大小，作为本领域的的常用技术手段，通常在进水槽12的前后壁面设置导轨，移动钢板121在导轨内上下移动；另外，移动钢板121两侧粘结了隔水橡胶圈以保证密封性，为防止多次上下移动对移动钢板121和箱壁造成磨损，以及考虑到钢板的重量，采用电机匀速提升钢板。图中，还包括液位计，测量所述进水槽12内的液位高度。

出水槽13安装在填土室11的另一侧，内侧与填土室11通过多孔板114连通；出水槽13的底板131自内侧向下倾斜，且向外延伸；所述底板131的外部延伸部分优选为V形，方便引流至排水及收集土系统中。出水槽13外侧板132下端与底板131之间具有高度为1mm水平空隙133。外侧板132上开有多排螺纹出水口134，每一排螺纹出水口134的高度等距递增，螺纹出水口134均塞有橡胶塞，拔掉任意一排的橡胶塞即可控制出口水头高度，从出水孔流出的水落入底板131流进集水池中。

填土室11底部设置四根钢桩111，钢桩111顶端与多孔板的底端平齐，钢桩111一般采用可拆卸式，并用螺杆固定其位置，钢桩111的桩帽同样一般为可拆卸式的方形钢板，可测试不同边长的桩帽的影响。钢桩111上部填土以模拟桩承式路基结构，土体上方水平放置一层水平钢板112。

所述供水系统2包括水箱21，与所述进水槽12相连；所述水箱21通过一升降装置调节水箱的高度，以产生不同的水头值；

如图2所示，所述排水及收集土系统3包括一集水池31和一过滤装置32，经底板131流出的土颗粒和水先流入到过滤装置32，经过滤后收集土颗粒，水流入到集水池31内。过滤装置32与称重计相连，以获得收集的土颗粒的重量。

所述加载系统4可为伺服动力加载系统或静力加载装置，安装在所述水平钢板112上，以便荷载均匀施加到土体上。

作为优选的技术方案，所述集水池31与水箱21相连，通过泵将集水池31中的水输送至水箱21，以实现水的循环回收。此外，为方便观测渗流过程中土体颗粒的移动，有机玻璃自下往上蚀刻有标度的刻度(以箱底为零点)，以测量土体浸润面的高度，填土室11前后壁面设置为透明玻璃。

实验步骤如下：

(1)填土。在填土室11中按照试验预设的填土高度分层填土，每填一层土，加水使图样饱和并压实。

(2)加载竖向压力。通过加载系统4在土层上部的钢板112上堆载施加静荷载或动荷载

(3)调整进出口水头。根据每组试验预设的水头差，提升或者降低供水系统2中水箱21的高度控制进水水头，并拔掉右侧螺纹出水孔123某一排的橡胶塞控制出水水头。

(4)开始渗透侵蚀。当打开右侧的螺纹出水孔123的同时提升上下移动板121至土层高度，调整供水系统2的自来水流速，使进水水头达到稳定。

(5)测试所需数据。在渗流侵蚀试验进行的过程中，密切测试如下数据：侵蚀土颗粒的总质量、土压力、孔隙水压力以及土层竖向位移等。

(6)整理试验数据，建立揭示土体渗流侵蚀过程中水头差——侵蚀土质量——土体力学特性三者相关关系，进而构建预报土体渗流侵蚀发生发展过程的数学模型，为预测和治理实际工程中的渗流侵蚀险情提供有效的技术支持。

Claims (5)

1.一种可调节水头的桩承式路基渗流侵蚀试验装置，它由土体渗流系统（1）、供水系统（2）、排水及收集土系统（3）和加载系统（4）四个部分组成；

所述土体渗流系统（1）包括填土室（11）、进水槽（12）和出水槽（13）；所述填土室（11）两个相对的侧壁由位于下部的钢板（113）和位于上部的多孔板（114）无缝拼接而成，进水槽（12）安装在填土室（11）一侧，内侧与填土室（11）通过多孔板（114）连通；进水槽（12）内竖直安装有可上下移动的移动钢板（121），移动钢板（121）贴合于多孔板（114）；所述出水槽（13）安装在填土室（11）的另一侧，内侧与填土室（11）通过多孔板（114）连通；出水槽（13）的底板（131）自内侧向下倾斜，且向外延伸；出水槽（13）外侧板（132）下端与底板（131）之间具有高度为1mm水平空隙（133）；外侧板（132）上开有多排螺纹出水口（134），每一排螺纹出水口（134）的高度等距递增，螺纹出水口（134）均塞有橡胶塞；填土室（11）底部设置四根钢桩（111），钢桩（111）顶端与多孔板的底端平齐，钢桩（111）上部填土以模拟桩承式路基结构，土体上方放置一层水平钢板（112）；

所述供水系统（2）包括水箱（21），与所述进水槽（12）外壁上的螺纹进水口（123）相连；所述水箱（21）通过一升降装置（22）调节水箱的高度，以产生不同的水头值；

所述排水及收集土系统（3）包括一集水池（31）和一过滤装置（32），经底板（131）流出的土颗粒和水先流入到过滤装置（32），经过滤后收集土颗粒，水流入到集水池（31）内；过滤装置（32）与称重计（33）相连，以获得收集的土颗粒的重量；

所述加载系统（4）可为伺服动力加载系统或静力加载装置，安装在水平钢板（112）上，以便荷载均匀施加到土体上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述集水池（31）与水箱（21）相连，通过泵（34）将集水池（31）中的水输送至水箱（21）。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括液位计（122），测量所述进水槽（12）内的液位高度。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述填土室（11）前后壁面由透明玻璃（115）构成，且刻有竖直方向上的刻度。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述底板（131）的外部延伸部分为V形。

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