CN110186829A - 一种渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置。包括供水系统，供水系统连接地质模型箱，地质模型箱连接排水系统；所述地质模型箱包括透明的箱体，箱体内设有机玻璃透水格栅，有机玻璃透水格栅的右侧设有一组测压管固定杆，测压管固定杆上连接测压管，测压管中间布置有孔压传感器。本发明可用于渗透变形的全程监测和渗透参数的对比求解，具有参数代表性好和可视程度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及渗透变形研究领域，特别是一种渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置。
背景技术
由于降雨、工程开挖等自然因素、人为因素的影响，会使地质体中形成水位差。土体本身具有连续的孔隙，若存在水位差的作用时，水就会透过土体孔隙而产生孔隙内的流动，从而产生潜蚀，潜蚀包括化学侵蚀与物理侵蚀。
由于水的渗透作用会引起土体内部应力状态的变化或土体、地基本身结构、强度等状态的变化，从而影响建筑物或地基的稳定性或产生有害的变形问题。土渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响。目前，渗透参数求解的实验装置研究较多，但存在参数代表性差和可视度较差问题。
所以研究一个可视度高、多参数求解的实验装置极为重要。
为此，对土的渗透性质、水在土中的渗透规律及其与工程的关系需进一步研究，从而为地质灾害的防治、地基工程、边坡工程、地下工程、水利设施工程等的设计施工提供必要的资料。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置。本发明可用于渗透变形的全程监测和渗透参数的对比求解，具有参数代表性好和可视程度高的优点。
本发明的技术方案：一种渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置，包括供水系统，供水系统连接地质模型箱，地质模型箱连接排水系统；所述地质模型箱包括透明的箱体，箱体内设有机玻璃透水格栅，有机玻璃透水格栅的右侧设有测压管固定杆，测压管固定杆上连接测压管，测压管中部设有孔压传感器。
前述的渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置中，其特征在于：所述供水系统包括供水箱，供水箱连接水泵，水泵通过水管连接箱体。
前述的渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置中，所述水管连接有设置为多级高度的支管，支管分别与箱体连接，支管上设有开关。
前述的渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置中，所述箱体靠近供水系统一端的底部连接千斤顶。
前述的渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置中，所述箱体包括由不锈钢钢架焊接成的框架，框架底部连接不锈钢底板，不锈钢底板的两长边连接钢化玻璃，不锈钢底板的左短边连接有机玻璃面板。
前述的渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置中，所述排水系统包括一端与箱体连接的排水水管，排水水管的另一端连接集水箱，排水水管上设有流量计。
本发明的有益效果：与现有技术相比，
1、本发明的地质模型箱为透明材质，可用于渗透变形的全程监测，可视程度高；
2、本发明可用于多参数获取和渗透参数的对比求解。
3、本发明可用于整体或分段求解渗透系数、渗流速度以获取最优解。
4、本发明由供水系统、地质模型箱和排水系统组成，结构简单，经济实用，并且操作简单。
综上所述：本发明可用于渗透变形的全程监测，可视程度高，多参数获取和渗透参数的对比求解，也可用于整体或分段求解渗透系数、渗流速度以获取最优解。并且具有结构简单，经济实用，并且操作简单的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是地质模型箱的俯视结构示意图；
图3是有机玻璃透水格栅的结构示意图；
附图中的标记为：1-供水箱,2-水泵,3-千斤顶,4-水管,5-开关,6-有机玻璃透水格栅,7-测压管,8-流量计,9-集水箱,10-测压管固定杆,11-不锈钢钢架,12-钢化玻璃,13-不锈钢底板,14-有机玻璃面板,15-虚拟流线,16-虚拟土层界线，17-孔压传感器，18-有机玻璃，19-格栅。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置，构成如图1-3所示，包括供水系统A，供水系统A连接地质模型箱B，地质模型箱B连接排水系统C；所述地质模型箱包括透明的箱体，箱体内设有机玻璃透水格栅6，有机玻璃透水格栅6的右侧设有一组测压管固定杆10，测压管固定杆10上连接测压管7，测压管7 中部设有孔压传感器17。地质模型箱四周为透明材质，可全程监测渗透变形、可多参数求解。有机玻璃透水格栅包括有机玻璃18和格栅19。
所述供水系统包括供水箱1，供水箱1连接水泵2，水泵2通过水管4连接箱体。供水箱1内水体主要由自来水供给，并保证实验过程中供水箱1内水位高度为箱高的三分之二；水泵2左边通过水管4 与供水箱1连接，水泵2右边通过水管4与地质模型箱连接，连接处为水管接头；通过调节水泵2可实现向地质模型箱内供水量的大小。
所述水管4连接有设置为多级高度的支管，支管分别与箱体连接，支管上设有开关5。多级高度的支管的是水管4上在垂直地点方向上设有一组不同高度的支管，开关5控制支管的通、断水。本实施例支管分为KG1-KG4。
所述箱体靠近供水系统一端的底部连接千斤顶3。千斤顶3可实现地质模型箱从0度为起始的倾角变化。
所述箱体包括由不锈钢钢架11焊接成的框架，框架底部连接不锈钢底板13，不锈钢底板13的两长边连接钢化玻璃12，不锈钢底板 13的左短边连接有机玻璃面板14。不锈钢底板左短边从左至右布置水位控制有机玻璃面板、有机玻璃透水格栅，相互接触部位采用玻璃胶封边，保证地质模型箱不向四周临空面渗水。
所述排水系统包括一端与箱体连接的排水水管，排水水管的另一端连接集水箱9，排水水管上设有流量计8。集水箱9位于流量计右端且向上开口低于流量计右端出水口，确保排出水体的收集。通过流量计8确定渗透流量Q值。
装置使用时可进行渗透变形监测：将试验料分层装入地质模型箱内，每装一层，振捣密实，再装填下一层，分层压实到要求的压实度，压实后平整土面；孔压传感器按需求距离安放在每层填土底部；测压管上端通过测压管固定杆固定，下端与不锈钢底板接触，填土过程中保证测压管垂直；于地质模型箱前、右边各安置一台高清摄像机，用于拍摄整个渗透变形过程；通过控制KG1-4的闭合可实现5级水利梯度的变化；将孔压传感器、测压管信息输出端接入数据监测系统，实时获取孔隙压力、水位、流速等参数的时间序列曲线；若实验需要，可根据需求增加布置相应参数获取装置，增加土壤含水率传感器置于土层中下部，可获取土壤含水率变化时间序列曲线，增加倾斜仪于土层中上部，可获取土层倾斜变化时间序列曲线。
控制KG1-4确定上游水位高度h1、下游水位高度h2，△h＝h1-h2；当△h保持恒定时，通过流量计记录t1-tn时间段的渗透流量Q,潜蚀时间T＝tn-t1；根据渗透变形监测资料，进水口与出水口的水头差△h，m；渗流距离L，m；过水断面F，m2；出水口渗透流量Q，m3/d；潜蚀时间T，d；水位下试验料体积VL，m3；潜蚀流出砂土烘干后质量 M，g；水力坡度J。根据达西(Darcy)定律，
渗透系数K，m/d为：K＝Q/JF＝(Q/F)·(L/△h)(1)；
渗流速度V，m/d为：V＝KL/△h＝KJ(2)；
侵蚀速率δ，g/(d·m3)为：δ＝M/(T*VL)(3)。
除此之外，结合测压管7的分布可将渗流距离L分成n段，观测相邻测压管水位差△hi、流量Qi、渗流距离Li,运用公式(1)、(2) 求解每一段的渗透系数、渗流速度，求和再平均，比较整体计算与分段计算的误差，选取最优值作有效数据。结合摄像机拍摄的视频可进行渗透变形的全过程观测分析。
Claims (6)
1.一种渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置，其特征在于：包括供水系统，供水系统连接地质模型箱，地质模型箱连接排水系统；所述地质模型箱包括透明的箱体，箱体内设有机玻璃透水格栅（6），有机玻璃透水格栅（6）的右侧设有一组测压管固定杆（10），测压管固定杆（10）上连接测压管（7），测压管（7）中部设有孔压传感器（17）。
2.根据权利要求1所述的渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置，其特征在于：所述供水系统包括供水箱（1），供水箱（1）连接水泵（2），水泵（2）通过水管（4）连接箱体。
3.根据权利要求2所述的渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置，所述水管（4）连接有设置为多级高度的支管，支管分别与箱体连接，支管上设有开关（5）。
4.根据权利要求1所述的渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置，所述箱体靠近供水系统一端的底部连接千斤顶（3）。
5.根据权利要求1所述的渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置，所述箱体包括由不锈钢钢架（11）焊接成的框架，框架底部连接不锈钢底板（13），不锈钢底板（13）的两长边连接钢化玻璃（12），不锈钢底板（13）的左短边连接有机玻璃面板（14）。
6.根据权利要求1所述的渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置，所述排水系统包括一端与箱体连接的排水水管，排水水管的另一端连接集水箱（9），排水水管上设有流量计（8）。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190830 |