CN111766175A - 模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置及使用方法，在水流分散漏斗内装入石子，给水压力机构注入的水流通过石子的分流打散后可模拟现实环境中的水流流向；试验箱体内可装入石子与砂土试样，被分流打散后的水流流入试验箱体内对试验箱体的石子与砂土试样进行冲刷后形成漏水漏砂，漏水漏砂经过导流筒后落入汇集机构内汇集，再从汇集机构进入筛分机构，筛分机构可筛分出不同粒径的砂粒，最后，水土分离机构将最小粒径的砂粒与水进行分离。由于装入试验箱体内的砂土试样质量是已知的，可通过筛分机构获得一定时间内的各个粒径的砂粒质量，也可通过水土分离机构获得最小粒径的砂粒质量和水的质量，进而可得出一定时间内砂土地层的漏水漏砂情况。
Description
技术领域
本发明涉及模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置及使用方法。
背景技术
近年来，富水砂层中地下工程经常出现的漏水漏砂灾害问题，越来越得到人们的关注与重视，这类工程安全事故不仅带来较大的经济损失、威胁城市人民的生产与生活，有时还会导致严重的社会影响。经调查分析发现砂土地层漏水漏砂会加大地下水土流失速度及增大土体变形，从而直接导致地下结构失稳，工程项目被破坏。此类事故常有报道，然而相关研究却十分缺乏，尚无完整严谨的砂土地层漏水漏砂模型装置用于探究各种粗岩石材料的广泛流动条件及关键情况下材料的水力特性。因此，研究砂土地层漏水漏砂模型对地下工程灾害防治具有重要意义。
发明内容
本发明提供了模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置，其克服了背景技术所存在的不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置，它包括：
用于提供恒定水压的给水压力机构、模拟现实环境中水流流向的水流分散机构、模拟现实环境中漏水漏砂的试验箱、将漏水漏砂进行收集的汇集机构、可筛分出不同粒径的砂粒的筛分机构和将最小粒径的砂粒与水进行分离的水土分离机构，给水压力机构与水流分散机构前端相连，水流分散机构后端与试验箱前端相连，试验箱后端与汇集机构前端相对应，汇集机构后端与筛分机构前端相对应，筛分机构后端与水土分离机构相对应；
其中，水流分散机构包括横向布置的水流分散漏斗，水流分散漏斗的小口端与给水压力机构相连；试验箱包括横向布置的试验箱体和固接在试验箱体后端的导流筒，水流分散漏斗的大口端与试验箱体相连，导流筒的出口端与汇集机构前端相对应。
一较佳实施例之中：所述试验箱体内壁设有可提供粗糙度及摩擦力以避免砂土大量移动的波浪状突起。
一较佳实施例之中：所述水流分散机构还包括水流分散隔离网，该水流分散隔离网可拆卸地安装在水流分散漏斗的大口端处。
一较佳实施例之中：所述试验箱体与导流筒之间还设有导流隔离网。
一较佳实施例之中：所述筛分机构包括竖向布置的筛分筒，筛分筒顶端与汇集机构后端相对应，筛分筒底端与水土分离机构相对应；筛分筒内设置有若干个呈倾斜布置的筛滤网，筛滤网的孔径为自上而下依次变小。
一较佳实施例之中：所述水土分离机构包括斜漏斗、蓄土池和蓄水池，斜漏斗具有顶部开口和底部开口，斜漏斗顶部开口与筛分筒底端相对应，斜漏斗底部开口与蓄土池侧壁相连接，另设有引流管，该引流管头端与蓄土池侧壁相连、末端朝向蓄水池，该引流管头端的高度高于斜漏斗底部开口的高度。
一较佳实施例之中：所述引流管头端处设有可过滤最小粒径砂粒的无纺布。
一较佳实施例之中：还包括角度调节机构，该角度调节机构包括支撑座和液压推杆，支撑座支撑在试验箱体后端，液压推杆与试验箱体前端相连，液压推杆活动以带动试验箱体前端向上或向下倾斜以调节试验箱体与水平面之间的夹角。
一较佳实施例之中：所述汇集机构包括竖向布置的汇集漏斗，该汇集漏斗的大口端位于导流筒出口端下方，该汇集漏斗的小口端位于筛分机构前端的正上方。
一较佳实施例之中：所述给水压力机构包括储水池、恒压水泵、第一管体和第二管体，第一管体两端分别与储水池和恒压水泵相连接，第二管体两端分别与恒压水泵和水流分散漏斗的小口端相连接。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置的使用方法，其应用上述任意一项所述的模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置，包括：在水流分散漏斗内装入石子，试验箱体内可装入石子与砂土试样；当给水压力机构对水流分散漏斗注入水流时，给水压力机构注入的水流通过石子的分流打散后可模拟现实环境中的水流流向；被分流打散后的水流流入试验箱体内对试验箱体的石子与砂土试样进行冲刷后形成漏水漏砂，漏水漏砂经过导流筒后落入汇集机构内汇集，再从汇集机构进入筛分机构，筛分机构可筛分出不同粒径的砂粒，最后，只剩最小粒径的砂粒和水进入水土分离机构，水土分离机构将最小粒径的砂粒与水进行分离。可通过筛分机构获得一定时间内的各个粒径的砂粒质量，也可通过水土分离机构获得最小粒径的砂粒质量和水的质量，进而可得出一定时间内砂土地层的漏水漏砂情况。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.可在水流分散漏斗内装入石子，当给水压力机构对水流分散漏斗注入水流时，给水压力机构注入的水流通过石子的分流打散后可模拟现实环境中的水流流向；试验箱体内可装入石子与砂土试样，被分流打散后的水流流入试验箱体内对试验箱体的石子与砂土试样进行冲刷后形成漏水漏砂，漏水漏砂经过导流筒后落入汇集机构内汇集，再从汇集机构进入筛分机构，筛分机构可筛分出不同粒径的砂粒，最后，只剩最小粒径的砂粒和水进入水土分离机构，水土分离机构将最小粒径的砂粒与水进行分离。由于装入试验箱体内的砂土试样质量是已知的，可通过筛分机构获得一定时间内的各个粒径的砂粒质量，也可通过水土分离机构获得最小粒径的砂粒质量和水的质量，进而可得出一定时间内砂土地层的漏水漏砂情况。
2.试验箱体内壁设有波浪状突起，该波浪状突起可提供粗糙度及摩擦力以避免砂土大量移动，可将荷载均匀分布在整个试验箱体的长度方向上。
3.水流分散隔离网可拆卸地安装在水流分散漏斗的大口端处，可对放入水流分散漏斗内的石子进行隔离，以防止水流分散漏斗内的石子进入试验箱体内，保证试验的准确性。
4.试验箱体与导流筒之间还设有导流隔离网，该导流隔离网可阻挡试验箱体内的石子，但可让砂土试样顺利通过。
5.筛分筒内设置有若干个呈倾斜布置的筛滤网，筛滤网的孔径筛滤网倾斜布置，使得砂粒在筛滤网上具有一定的流动趋势，可避免砂粒将网孔堵塞；同时，筛滤网的孔径为自上而下依次变小，可将砂粒依次从大到小进行过滤，可获得不同粒径的砂粒质量。
6.水土分离机构包括斜漏斗、蓄土池和蓄水池，斜漏斗将最小粒径的砂土和水导入蓄土池内，砂土在蓄土池内沉淀，水可通过引流管流至蓄水池内，可分别获得最小粒径的砂土和水的质量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1绘示了一较佳实施例的模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置的整体示意图。
具体实施方式
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”、“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸的固定连接、可拆卸的固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”、以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。
请查阅图1，模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置的一较佳实施例，所述的模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置，它包括用于提供恒定水压的给水压力机构10、模拟现实环境中水流流向的水流分散机构20、模拟现实环境中漏水漏砂的试验箱30、将漏水漏砂进行收集的汇集机构40、可筛分出不同粒径的砂粒的筛分机构50和将最小粒径的砂粒与水进行分离的水土分离机构60，给水压力机构10与水流分散机构20前端相连，水流分散机构20后端与试验箱30前端相连，试验箱30后端与汇集机构40前端相对应，汇集机构40后端与筛分机构50前端相对应，筛分机构50后端与水土分离机构60相对应；
其中，水流分散机构20包括横向布置的水流分散漏斗21，水流分散漏斗21的小口端与给水压力机构10相连；试验箱30包括横向布置的试验箱体31和固接在试验箱体31后端的导流筒32，水流分散漏斗21的大口端与试验箱体31相连，导流筒32的出口端与汇集机构40前端相对应。
本实施例中，所述给水压力机构10包括储水池11、恒压水泵12、第一管体13和第二管体14，第一管体13两端分别与储水池11和恒压水泵12相连接，第二管体14两端分别与恒压水泵12和水流分散漏斗21的小口端相连接。其中，第一管体13可采用50毫米口径的软管，第二管体14可采用50毫米转100毫米的转接软管。
本实施例中，所述水流分散机构20还包括水流分散隔离网22，该水流分散隔离网22可拆卸地安装在水流分散漏斗21的大口端处。由于水流分散漏斗21内需要放置石子，水流分散隔离网22可拆卸地安装在水流分散漏斗21的大口端处，可对放入水流分散漏斗21内的石子进行隔离，以防止水流分散漏斗21内的石子进入试验箱体31内，保证试验的准确性。该水流分散漏斗21总长为1000毫米，直径为100毫米-1000毫米，水流分散隔离网22孔径为4毫米。
本实施例中，所述试验箱体31内壁设有可提供粗糙度及摩擦力以避免砂土大量移动的波浪状突起(图中未示出)。该波浪状突起可以呈环形布置，或者也可呈条状间隔布置，不以此为限。本实施例中，所述试验箱体31长度为2000毫米，宽度为1000毫米。
本实施例中，所述试验箱体31与导流筒32之间还设有导流隔离网33，该导流隔离网33可阻挡试验箱体31内的石子，但可让砂土试样顺利通过。
本实施例中，所述汇集机构40包括竖向布置的汇集漏斗41，该汇集漏斗41的大口端位于导流筒32出口端下方，该汇集漏斗41的小口端位于筛分机构50前端的正上方。本实施例中，该汇集漏斗41的大口端直径为500毫米，小口端直径为200毫米。
本实施例中，所述筛分机构50包括竖向布置的筛分筒51，筛分筒51顶端与汇集机构40后端相对应，筛分筒51底端与水土分离机构60相对应；筛分筒51内设置有若干个呈倾斜布置的筛滤网52，筛滤网52的孔径为自上而下依次变小。本实施例中，筛滤网52设有四个，且孔径自上而下依次为0.5毫米、0.35毫米、0.2毫米和0.075毫米。根据需要，筛滤网52的个数也可为五个、六个不等，孔径也可采用其他数值，不以此为限。
本实施例中，所述水土分离机构60包括斜漏斗61、蓄土池62和蓄水池63，斜漏斗61具有顶部开口和底部开口，斜漏斗61顶部开口与筛分筒51底端相对应，斜漏斗61底部开口与蓄土池62侧壁相连接，另设有引流管64，该引流管64头端与蓄土池62侧壁相连、末端朝向蓄水池63，该引流管64头端的高度高于斜漏斗61底部开口的高度。
本实施例中，所述引流管64头端处设有可过滤最小粒径砂粒的无纺布65。
本实施例中，该模型装置还包括角度调节机构，该角度调节机构包括支撑座70和液压推杆71，支撑座70支撑在试验箱体31后端，液压推杆71与试验箱体31前端相连，液压推杆71活动以带动试验箱体31前端向上或向下倾斜以调节试验箱体31与水平面之间的夹角。试验箱体31前端进行角度调节时，水流分散漏斗21的角度也会跟着进行改变。调节试验箱体31前端与水平面之间的夹角，可更好的模拟自然环境中水流冲刷角度。
该模型装置的使用方法如下：
可在水流分散漏斗21内装入石子，试验箱体31内可装入石子与砂土试样；
当给水压力机构10对水流分散漏斗21注入水流时，给水压力机构10注入的水流通过石子的分流打散后可模拟现实环境中的水流流向；被分流打散后的水流流入试验箱体31内对试验箱体31的石子与砂土试样进行冲刷后形成漏水漏砂，漏水漏砂经过导流筒32后落入汇集漏斗41内汇集，再从汇集漏斗41进入筛分筒51内，并通过四个筛滤网52依次筛分出粒径依次变小的砂粒，最后，只剩最小粒径的砂粒和水进入斜漏斗61并从斜漏斗61进入蓄土池62内，蓄土池62内的水通过引流管64进入蓄水池63内，以将最小粒径的砂粒与水进行分离。由于装入试验箱体31内的砂土试样质量是已知的，可通过筛分机构50获得一定时间内的各个粒径的砂粒质量，也可通过水土分离机构60获得最小粒径的砂粒质量和水的质量，进而可得出一定时间内砂土地层的漏水漏砂情况。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (11)
1.模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置，其特征在于：它包括：
用于提供恒定水压的给水压力机构、模拟现实环境中水流流向的水流分散机构、模拟现实环境中漏水漏砂的试验箱、将漏水漏砂进行收集的汇集机构、可筛分出不同粒径的砂粒的筛分机构和将最小粒径的砂粒与水进行分离的水土分离机构，给水压力机构与水流分散机构前端相连，水流分散机构后端与试验箱前端相连，试验箱后端与汇集机构前端相对应，汇集机构后端与筛分机构前端相对应，筛分机构后端与水土分离机构相对应；
其中，水流分散机构包括横向布置的水流分散漏斗，水流分散漏斗的小口端与给水压力机构相连；试验箱包括横向布置的试验箱体和固接在试验箱体后端的导流筒，水流分散漏斗的大口端与试验箱体相连，导流筒的出口端与汇集机构前端相对应。
2.根据权利要求1所述的模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置，其特征在于：所述试验箱体内壁设有可提供粗糙度及摩擦力以避免砂土大量移动的波浪状突起。
3.根据权利要求1所述的模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置，其特征在于：所述水流分散机构还包括水流分散隔离网，该水流分散隔离网可拆卸地安装在水流分散漏斗的大口端处。
4.根据权利要求1所述的模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置，其特征在于：所述试验箱体与导流筒之间还设有导流隔离网。
5.根据权利要求1所述的模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置，其特征在于：所述筛分机构包括竖向布置的筛分筒，筛分筒顶端与汇集机构后端相对应，筛分筒底端与水土分离机构相对应；筛分筒内设置有若干个呈倾斜布置的筛滤网，筛滤网的孔径为自上而下依次变小。
6.根据权利要求5所述的模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置，其特征在于：所述水土分离机构包括斜漏斗、蓄土池和蓄水池，斜漏斗具有顶部开口和底部开口，斜漏斗顶部开口与筛分筒底端相对应，斜漏斗底部开口与蓄土池侧壁相连接，另设有引流管，该引流管头端与蓄土池侧壁相连、末端朝向蓄水池，该引流管头端的高度高于斜漏斗底部开口的高度。
7.根据权利要求6所述的模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置，其特征在于：所述引流管头端处设有可过滤最小粒径砂粒的无纺布。
8.根据权利要求1所述的模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置，其特征在于：还包括角度调节机构，该角度调节机构包括支撑座和液压推杆，支撑座支撑在试验箱体后端，液压推杆与试验箱体前端相连，液压推杆活动以带动试验箱体前端向上或向下倾斜以调节试验箱体与水平面之间的夹角。
9.根据权利要求1所述的模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置，其特征在于：所述汇集机构包括竖向布置的汇集漏斗，该汇集漏斗的大口端位于导流筒出口端下方，该汇集漏斗的小口端位于筛分机构前端的正上方。
10.根据权利要求1所述的模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置，其特征在于：所述给水压力机构包括储水池、恒压水泵、第一管体和第二管体，第一管体两端分别与储水池和恒压水泵相连接，第二管体两端分别与恒压水泵和水流分散漏斗的小口端相连接。
11.模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置的使用方法，其应用权利要求1至10中任意一项所述的模拟砂土地层漏水漏砂的模型装置，其特征在于：包括：在水流分散漏斗内装入石子，试验箱体内可装入石子与砂土试样；当给水压力机构对水流分散漏斗注入水流时，给水压力机构注入的水流通过石子的分流打散后可模拟现实环境中的水流流向；被分流打散后的水流流入试验箱体内对试验箱体的石子与砂土试样进行冲刷后形成漏水漏砂，漏水漏砂经过导流筒后落入汇集机构内汇集，再从汇集机构进入筛分机构，筛分机构可筛分出不同粒径的砂粒，最后，只剩最小粒径的砂粒和水进入水土分离机构，水土分离机构将最小粒径的砂粒与水进行分离。可通过筛分机构获得一定时间内的各个粒径的砂粒质量，也可通过水土分离机构获得最小粒径的砂粒质量和水的质量，进而可得出一定时间内砂土地层的漏水漏砂情况。
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|---|---|
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