CN108627631A - 一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置及方法，包括加压杆、承压连通平台、可视试验管、持力平台、出砂孔件和缓冲装置部分组成；承压连通平台和持力平台通过螺杆连接；承压连通平台和加压杆上预留有向试样内注水的水流通道；加压杆可在可视试验管内相对移动；持力平台上设有与可视试验管连通的孔洞，孔洞内安装有连接件，连接件内设有内槽；所述内槽用于放置出砂孔件，并设置堵件防止填料时砂土流出；所述的缓冲装置设置在出砂孔件的出砂侧。同时本发明专利还公开了所述系统的试验方法。本试验系统可实现机械加载与水力加载分离，便于精确控制砂样应力状态，装置简单，操作方便，试验效率较高，可进行多因素多梯度试验。

Description

一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置及方法。

背景技术

溃砂是近松散层含砂量较高的水砂混合体，在临空面渗流作用或人为采掘扰 动作用下，丧失原有平衡状态，溃入煤矿或地铁隧道掘进工作面，继而破坏隧道 围岩原始应力环境，并造成财产损失或人员伤亡的一种地质灾害。

针对溃砂作用机理及启动判据的研究，国内外学者已展开大量的工作，并设 计了不同的模拟溃砂试验装置，但总结起来共有以下几个问题：

1.鉴于试验观测仪器尺寸及像素大小的限制，大多数大尺度试验仅选取某 典型监测点作为研究对象而无法反应受渗流影响区全貌；

2.现有的相关研究反映出，水力梯度、裂缝尺寸、颗粒级配、应力状态等 因素是影响溃砂过程的重要因素，但很多试验装置受限于尺寸过大，针对不同影 响因素重复进行多批次梯度试验并不现实，因而无法详实的反映出溃砂过程受特 定因素作用下的变化趋势；

3.现有研究及采用的溃砂模拟装置大都仅能分析受影响地区的砂土体边界 轮廓变化过程而无法从细观角度精确分析水砂混合物的流出质量、流速的变化， 更无法反映出渗流在砂土介质中的扩散过程，只能将相关的分析诉诸于相关的颗 粒流数值模拟，缺乏对试验现象直观的表述；

4.考虑水压作用时，水力梯度仅靠改变砂土体上覆水体的高度反应，对于 高水压作用时束手无策。

综上所述，可控制不同影响因素的小尺度溃砂模拟试验对于研究溃砂灾害细 观演化机理具有较强的适用性。

发明内容

本发明为了解决以上问题，提出了一种适用于砂土介质的小尺度一维管路溃 砂模拟试验装置及方法，与现有的溃砂试验装置相比，本发明具有：可精确反映 管砂土体的运移及溃出过程，可定量控制试样所受轴向压力、水力梯度及溃砂口 孔径，可监测界面处渗流运移过程与扩散规律，通过合理控制溃砂规模的各因素 取值，获得管路中砂土体溃砂启动条件及溃砂过程演化规律，便于及时记录溃砂 量与溃水量的动态变化特征，为地质、开采组合条件下的溃砂研究提供基础数据。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，包括加压杆、承压连通平 台、可视试验管、持力平台、出砂孔件和缓冲装置部分组成；

所述的承压连通平台和持力平台通过螺杆连接；所述的可视试验管的一端套 接在承压连通平台外圈，在承压连通平台和加压杆杆上还预留有向试样内注水的 水流通道，可视试验管和承压连通平台在加压杆作用下能相对移动，可视试验管 的另一端固定连接在持力平台上，在所述的持力平台上设有与可视试验管连通的 孔洞，在该孔洞内安装有连接件，在连接件内设有内槽，该内槽用于放置出砂孔 件，出砂孔件内设置堵件以防止填料时砂土流出；所述的缓冲装置设置在出砂孔 件的出砂侧。

进一步的，所述的加压杆由通过螺纹连接的上部压杆与下部圆盘两部分构 成；上部压杆顶部呈均质圆盘状，表面光滑，可以直接承受压力荷载，向内部试 件提供试验所需的轴向压力；

在所述上部压杆上密布刻度线，以方便试验时度量试样所受的轴向应变；下 部圆盘置于可视试验管内，为旋转圆盘结构；在所述下部圆盘上对称开设两个水 流通道I，圆盘侧壁沿厚度设置卡槽，并设置密封圈于该卡槽内，以保证试验管 路中的装置的密封性。

本发明中上部压杆与下部圆盘通过螺纹连接，以方便与承压连通平台连接时 的装卸、清洗工作。

进一步的，所述承压连通平台横截面为T型结构，在T型结构上对称的开 设有两个水流通道II，并于水流通道II顶部出口处设置成对丝接头，方便与球阀 连接。

所述的加压杆与承压连通平台均可旋转，试件加压时应旋转水流通道II和 水流通道I使圆孔不连通，被压缩的土体无法透入到水流通道II中，从而达到隔 土的目的；当需要外接水压加载装置时，应旋转加压杆到预设位置处，使水流通 道II和水流通道I连通，保证承压水流得以顺利通过。

进一步的，所述可视试验管为透明厚壁钢化玻璃构成，底部通过环形卡槽与 持力平台连接，并在接口处涂抹一层玻璃胶，保证装置的气密性；玻璃桶内部据 试验要求填入砂土体，作为主要试验空间。

进一步的，所述加压杆底部与砂土体试样接触时应预先布置一块透水石，以 保证水压加载时构件所受为相对均匀的压力，放置装置内砂土体被高压水流冲 散。

进一步的，所述的承压连通平台与持力平台均布设螺杆孔，每根螺杆上设置 4个螺母，便于二者的牢固连接。

进一步的，所述的出砂孔件为钢制件，其内开设的梯度孔径大小按照试验要 求设置，作为砂土体溃出试验管的开口。每个出砂孔件均有配套的堵头，防止填 料时砂土体漏出，试验开始时拔出堵头即可。

进一步的，所述缓冲装置为透明有机玻璃构成，顶部与所述连接件相连，内 部为空心结构，用于对从试验管中溃出、向外飞溅的砂土体起到缓冲作用，同时 可观察溃出物状态，为后续研究水砂流分离作用提供试验依据。

进一步的，缓冲装置底部不设盖，但试验中可粘贴合适大小的透明胶带遮挡 飞溅物，以保证水砂混合物的全部收集。

基于上述装置的试验方法，包括以下几个步骤：

1.连接持力平台与底座，将合适大小的出砂孔件置于中心连接件，并塞入堵 头；

2.将可视试验管连接至底座上，密封处理好后进行砂土体试样填料；

3.将加压杆，承压连通平台套接，套密封圈，使之作为顶盖深入试验管内 部，并使上下过水通道不连通；

4.使用加压装置对装置进行加压，并通过刻度读出此时试件长度；

5.压力稳定于设计值后用螺杆连接承压连通平台与持力平台，完成后将装 置取下放于试验台架上；

6.设置高速摄像机或PIV(粒子图像测速仪)，记录试验过程中管内的颗粒 运动过程；

7.卸下装置底座，安装缓冲装置，在其底部使用透明胶带封口，留设的出 口高度不超过地面半径的1/4，并于缓冲装置出口下端设置用于收集水砂溃出物 的量测装置。

8.于承压连通平台处安装球阀，并连接水压供给装置，旋转加压杆，使其 与承压连通平台的过水通道连通。

9.打开球阀，使满足设计值的承压水进入装置内，检查装置连接状况，拔 出出砂孔件处的堵头，试验开始。

10.以设定的时间间隔及时更换电子秤上的量杯，并读取每次从量杯上取下 时的质量。试验终止判据：缓冲装置内水砂流速下降至稳定，且前后两次称得水 砂混合物质量之差＜5％。

11.关闭承压连通平台顶端球阀，并对水压供给装置卸压，按顺序拆除装置 各部件。

12.导出试验过程监测视频，分别称得每个量杯内水、砂质量，并绘制溃出 质量及流速曲线。

13.选取不同的颗粒组成、出砂孔径大小、轴压大小、水压大小进行重复梯 度试验，探究不同条件下的砂样溃砂启动状态及溃砂演化过程。

与现有装置相比，本发明的有益效果为：

1.试验砂样的加载可实现机械加载与水力加载分离，可明确两因素分别对 砂土体溃出过程的作用效应，且应变可控，便于较为精确的控制试验砂样所处的 应力状态。

2.结构设置合理，可模拟高水压与高地应力作用下砂土体在水流中的运动过 程，而不受试验条件的限制。

3.尺度较小，试样受砂土体重度分布影响小，且试验全程均可被高速摄像 机精确记录，可反映出受渗流影响区全貌，排除了观测点选取的偶然因素。

4.试验装置简单，操作方便，试验效率较高，可进行多因素多梯度试验， 所得试验结论可详实的反映出溃砂过程受某因素作用下的变化趋势，便于丰富理 论成果。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请 的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的一维管路溃砂模拟试验装置试验过程示意图；

图2(a)、图2(b)、图2(c)为本发明的一维管路溃砂模拟试验装置的加 压状态平面图、加压状态剖面图及试验状态平面图；

图3(a)、图3(b)为本发明的一维管路溃砂模拟试验装置可加压杆的主视 图与俯视图；

图4(a)、图4(b)、图4(c)为本发明的一维管路溃砂模拟试验装置承压 连通平台的主视图、左视图与俯视图；

图5(a)、图5(b)、图5(c)为本发明的一维管路溃砂模拟试验装置持力 平台的主视图、剖面图与俯视图；

图6(a)、图6(b)、图6(c)为本发明的一维管路溃砂模拟试验装置中心 连接件的主视图、剖面图与俯视图；

图7(a)、图7(b)为本发明的一维管路溃砂模拟试验装置出砂孔件及配套 堵件的主视图与俯视图；

图8(a)、图8(b)、图8(c)为本发明的一维管路溃砂模拟试验装置底座 的主视图、剖视图与俯视图；

图9(a)、图9(b)、图9(c)为本发明的一维管路溃砂模拟试验装置缓冲 装置的主视图、剖视图与俯视图；

图中：I——模拟试验装置，II——量测装置，III——水压供给装置，101 ——量杯，102——电子称，103——球阀，104——支架；

1——加压杆；11——上部压杆；12——下部圆盘；13——刻度线；14—— 内丝螺纹；15——O型硅胶密封圈；16——上段通长圆孔；2——承压连通平台； 21——承压平台主体；22——螺杆孔；23——对丝接头；24——下段通长圆孔； 3——可视试验管；4——持力平台；41——持力平台主体；42——内丝圆形孔洞； 43——环形卡槽；44——中心连接件；45——内槽；5——出砂孔件；51——出 砂孔件；52——堵头；53——出砂孔；6——底座；7——缓冲装置；81——螺杆； 82——螺母；9——砂土体试样。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。 除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普 通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限 制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出， 否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使 用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件 和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示 与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便 于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的 方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定” 等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体； 可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间 接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域 的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题， 本申请提出了一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置及方法；

本申请的一种典型的实施方式中，本发明公开整体结构如图1所示，包括三 大部分，具体的是模拟试验装置I，量测装置II，水压供给装置III；量测装置II包 括101量杯和电子称102；水压供给装置III给模拟试验装置I供水，通过球阀103控 制水流的通断；模拟试验装置I安装在所述的支架104上。

如图，图2(a)、图2(b)、图2(c)所示，模拟实验装置I包括加压杆1， 承压连通平台2、可视试验管3、持力平台4、出砂孔件5、底座6、缓冲装置7 组成。

加压杆1与承压连通平台2通过套接连接，相互可错动；装置上部承压连通 平台2与下部持力平台4通过高强螺杆81牢固连接。出砂孔件5置于持力平台 4预留的孔槽上，并设置堵件以防止填料时砂土体9流出装置。底座6与持力平 台4通过构件螺纹连接；可视试验管3的一端套接在承压连通平台2外圈，在承 压连通平台2上还预留有向试样内注水的注水通道，可视试验管和承压连通平台 在加压杆作用下能相对移动，可视试验管的另一端固定连接在持力平台上。

加压杆如图3(a)、3(b)所示。加压杆1由上部压杆11与下部圆盘12两 部分构成。上部压杆11顶部呈圆盘状，表面光滑，可以直接承受压力荷载，向 内部试件提供试验所需的轴向压力。进一步优选的实施例，在杆上密布刻度线 13，以方便试验时度量试样所受的轴向应变。下部圆盘12置于试验管内，为旋 转圆盘结构，表面对称开设两个通长的圆孔(即附图中的上段通长圆孔16)，作 为水流通道I，圆盘侧壁沿厚度设置卡槽，并设置O型硅胶圈15于槽内，以保 证试验管路中的装置的密封性。上下两构件通过内丝螺纹14连接，以方便与承 压连通平台2连接时的装卸、清洗工作。

作为优选的实施例，所述的上部压杆11顶部采用的材质可以选择均质钢。 O型硅胶圈15只是实施例中给出的一个实施方式，还可以换成别的密封圈，只 要到达密封效果即可。

如图4(a)、4(b)、4(c)所示的承压连通平台。承压连通平台2为装置 的持力稳压装置，与底部持力平台4通过螺杆81牢固连接，用于试样在压力装 置上受压取下后内部的应力的维持。

承压连通平台2通体为横截面为T型的一体式结构，并对称开设两个通长 的圆孔(即附图中的下段通长圆孔24)，作为水流通道II，并于顶部出口处设置 成对丝接头23，方便与球阀连接。加压杆1与承压连通平台2均可旋转，试件 加压时应旋转上下两段过水通道使圆孔不连通，被压缩的土体9无法透入到圆孔 中，从而达到隔土的目的；当需要外接水压加载装置时，应旋转加压杆1到预设 位置处，使两段过水通道连通，保证承压水流得以顺利通过。

可视试验管3为透明厚壁钢化玻璃构成，底部通过环形卡槽43与持力平台 4连接，并在接口处涂抹一层玻璃胶，保证装置的气密性。玻璃桶内部据试验要 求填入砂土体9，作为主要试验空间。加压杆1底部与砂土体9试样接触时应预 先布置一块透水石，以保证水压加载时构件所受为相对均匀的压力，放置装置内 砂土体被高压水流冲散。经过先期的理论计算，试验管在内部压为1MPa以内的 压力环境下可保证装置气密性完好。

如图5(a)、5(b)、5(c)所示的持力平台。持力平台4为装置的持力稳 压构件，用于试样在压力装置上受压取下后内部的应力的维持。其中间形式为设 置成内丝的圆形孔洞42，为中心连接件44预留空间，中心连接件开设内槽45， 既可用于放置不同孔径的出砂孔件5，也可与其下部的底座6相连，同时，也可 以直接连接缓冲装置，便于装置的各构件的灵活取用。承压连通平台与持力平台 均布设螺杆孔22，每根螺杆(81)上设置4个螺母(82)，便于二者的牢固连接。

上述中心连接件44的结构如图6(a)、6(b)、6(c)所示。

如图7（a）、7（b）、所示出砂孔件，出砂孔件51为钢制或者别的材料制作，在出砂孔件51内部开设的出砂孔的孔径53的孔径大小按照试验要求设置，作为砂土体溃出试验管的开口。每个出砂孔件均有配套的堵头52，防止填料时砂土体漏出，试验开始时拔出堵头52即可。

如图8(a)、(b)、(c)所示底座；底座6为钢制临时构件，与中心连接件 44通过螺纹连接，具体见图中的内丝圆形孔洞42，仅用于对试件施加压力时对 试验装置的承重及保护，待装置稳压完成后试验进行之前卸除即可。其内底部开 设孔槽，以减少制作材料的使用。

上述的中心连接件是指位于中心位置的连接件。

如图9(a)、图9(b)、图9(c)所示的缓冲装置。缓冲装置7为透明有机 玻璃构成，顶部与中心连接件44相连，内部为空心结构，用于对从试验管3中 溃出、向外飞溅的砂土体起到缓冲作用，同时可观察溃出物状态，为后续研究水 砂流分离作用提供试验依据。缓冲装置7底部不设盖，但试验中可粘贴合适大小 的透明胶带71遮挡飞溅物，以保证水砂混合物的全部收集。

具体的试验方法如下：

1.将中心连接件44上侧壁螺纹表面缠裹生料带，使通过其将持力平台4与 底座6通过螺纹紧密连，并将合适孔径大小的出砂孔件5置于中心连接件44上 预留的内槽45内，并在底部塞入配套堵头52。

2.将可视试验管3底部涂抹一层玻璃胶，放于持力平台卡槽43内，待玻璃 胶凝结可用。

3.向可视试验管3内填入据试验要求的满足一定颗粒级配、含水率的分层 染色砂土体试样9至标定刻度线13处，记录装入试验管中的砂样质量，并在砂 样顶部放置一块透水石。

4.将加压杆1，承压连通平台2套接，保证二者可上下滑动且自由旋转，并 在加压杆下部圆盘卡槽内设置O型硅胶密封圈15，完毕后将平台底部伸入可视 试验管3内部，并旋转加压杆1使上下两部分管路不连通。

5.据试验要求，需要对试验施加轴向荷载时，将已安装好的承砂样部件放 置于加载装置(如万能试验机)中，通过在加压杆上施加荷载，压缩试件使之承 受某额定轴向荷载，并通过刻度线13读出此时的试件长度。

6.待轴压达到设计值时，停止加载，但须保持装置压力状态。使用螺杆81 连接上下承压连通平台2与持力平台4部件，拧紧螺母82，使可视试验管3仍 然保持原有的压力状态，完成后取下装置。

7.将试验装置按照设计的角度放于预先设计好的台架上，通过旋转装置调 整螺杆81的水平位置，保证试验管侧壁侧向观察时无遮挡。

8.设置高速摄像机，或PIV(粒子图像测速仪)，使之与装置侧壁平齐，以 此记录试验过程中管内的颗粒运动过程。

9.卸下装置底座6，安装缓冲装置于中心连接件44处，并在缓冲装置7底部 使用透明胶带封口71(通过正反粘贴使出流位置处胶带正反两面均光滑)，留设 的出口高度不超过地面半径的1/4。

10.于缓冲装置7出口下端设置用于收集水砂溃出物的量测装置。选取若干 量杯，称其质量，选用质量误差在5g以内的量杯作为水砂溃出物收集装置，依 次记录质量并编号。将量杯放于电子秤之上。

11.于承压连通平台2顶部处对丝接头处23安装过水球阀，并连接水压供 给装置。完毕后旋转加压杆1，使其与承压连通平台2，上段通长圆孔16、下段 通长圆孔24贯通，保证过水通道连通，打开球阀，使满足设计值的承压水进入 装置内。

12.待装置各构件连接正确后，拔出出砂孔件处的堵头52，试验开始，记录 开始时刻。

13.待缓冲装置7中流出水砂混合物时，记录时刻，以2S的时间间隔及时 更换电子秤上的量杯，并读取每次从量杯上取下时的质量。注意记录试验过程中 管路砂土体的运动状态及溃出物的速度状态。

14.待缓冲装置7内水砂流速下降至稳定，且前后两次称得水砂混合物质量 之差＜5％时，停止试验。旋即关闭承压连通平台2顶端的两个球阀，并对水压 供给装置卸压。

15.按顺序拆除装置各部件，导出试验过程中记录的监测视频与图像，描绘 出管路中砂颗粒的运动及出流规律。称得每个量杯质量并记录，采用烘干箱将每 个量杯内试样的水分去除，分别称得每个量杯内水、砂质量，并绘制溃砂全过程 溃出物质量及流速曲线。

16.根据不同的试验要求，选取不同的颗粒组成、出砂孔径大小、轴压大小、 水压大小(水力梯度i可通过实时水压P与加压杆刻度线记录的轴向位移ΔL，来 获得，其计算公式为i＝P/(L-ΔL)，式中L为稳压完成后加压杆内砂样的长度)进 行梯度试验，以探究不同性质的砂样开始溃砂时的启动状态及溃砂演化过程，所 得到的数据与结论可用于佐证相关研究的理论分析。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域 的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内， 所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保 护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本 领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的 保护范围以内。

Claims (10)

1.一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，包括加压杆、承压连通平台、可视试验管、持力平台、出砂孔件和缓冲装置部分组成；

所述的承压连通平台和持力平台通过螺杆连接；所述的可视试验管的一端套接在承压连通平台外圈，在承压连通平台和加压杆杆上还预留有向试样内注水的水流通道，可视试验管和承压连通平台在加压杆作用下能相对移动，可视试验管的另一端固定连接在持力平台上，在所述的持力平台上设有与可视试验管连通的孔洞，在该孔洞内安装有连接件，在连接件内设有内槽，该内槽用于放置出砂孔件，出砂孔件内设置堵件以防止填料时砂土流出；所述的缓冲装置设置在出砂孔件的出砂侧。

2.如权利要求1所述的一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，所述的加压杆由通过螺纹连接的上部压杆与下部圆盘两部分构成；上部压杆顶部呈均质圆盘状，直接承受压力荷载，向内部试件提供试验所需的轴向压力；下部圆盘置于可视试验管内，为旋转圆盘结构；在所述下部圆盘上对称开设两个水流通道I；

进一步的，在所述上部压杆上密布刻度线；

进一步的，圆盘侧壁沿厚度设置卡槽，并设置密封圈于该卡槽内，以保证试验管路中的装置的密封性。

3.如权利要求2所述的一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，所述承压连通平台横截面为T型结构，在T型结构上对称的开设有两个水流通道II，并于水流通道II顶部出口处设置成对丝接头，方便与球阀连接。

4.如权利要求3所述的一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，所述的加压杆与承压连通平台均可旋转。

5.如权利要求1所述的一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，所述可视试验管为透明厚壁钢化玻璃构成，底部通过环形卡槽与持力平台连接，并在接口处涂抹一层密封胶。

6.如权利要求1所述的一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，所述加压杆底部与砂土体试样接触时应预先布置一块透水石。

7.如权利要求1所述的一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，所述的出砂孔件为钢制件，其内开设的梯度孔径大小按照试验要求设置，作为砂土体溃出试验管的开口；每个出砂孔件均有配套的堵头。

8.如权利要求1所述的一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，所述缓冲装置为透明有机玻璃构成，顶部与所述连接件相连，内部为空心结构。

9.如权利要求8所述的一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，缓冲装置底部不设盖，试验中可粘贴合适大小的透明胶带遮挡飞溅物。

10.基于权利要求1-9任一所述的装置的试验方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1.连接持力平台与底座，将合适大小的出砂孔件置于中心连接件，并塞入堵头；

步骤2.将可视试验管连接至底座上，密封处理好后进行砂土体试样填料；

步骤3.将加压杆，承压连通平台套接，套密封圈，使之作为顶盖深入试验管内部，并使上下过水通道不连通；

步骤4.使用加压装置对装置进行加压，并通过刻度读出此时试件长度；

步骤5.压力稳定于设计值后用螺杆连接承压连通平台与持力平台，完成后将装置取下放于试验台架上；

步骤6.设置高速摄像机或粒子图像测速仪，记录试验过程中管内的颗粒运动过程；

步骤7.卸下装置底座，安装缓冲装置，在其底部使用透明胶带封口，留设的出口高度不超过地面半径的1/4，并于缓冲装置出口下端设置用于收集水砂溃出物的量测装置；

步骤8.于承压连通平台处安装球阀，并连接水压供给装置，旋转加压杆，使其与承压连通平台的过水通道II连通；

步骤9.打开球阀，使满足设计值的承压水进入装置内，检查装置连接状况，拔出出砂孔件处的堵头，试验开始；

步骤10.以设定的时间间隔及时更换电子秤上的量杯，并读取每次从量杯上取下时的质量。试验终止判据：缓冲装置内水砂流速下降至稳定，且前后两次称得水砂混合物质量之差＜5％；

步骤11.关闭承压连通平台顶端球阀，并对水压供给装置卸压，按顺序拆除装置各部件；

步骤12.导出试验过程监测视频，分别称得每个量杯内水、砂质量，并绘制溃出质量及流速曲线；

步骤13.选取不同的颗粒组成、出砂孔径大小、轴压大小、水压大小进行重复梯度试验，探究不同条件下的砂样溃砂启动状态及溃砂演化过程。