CN112697672A - 一种层状堤基管涌破坏的模拟试验装置、试验方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种层状堤基管涌破坏的模拟试验装置、试验方法，属于堤基管涌破坏模拟的技术领域，其包括模型箱、上游水位控制系统、下游水位控制箱以及数据采集系统，模型箱内部沿长度方向间隔设置有第一渗滤组件和第二渗滤组件，第一渗滤组件和第二渗滤组件将模型箱分隔为上游进水室、土样装填室和下游水室；模型箱的上游进水室开设有第一进水口；模型箱顶部利用可拆卸的盖板封闭；盖板上位于第一渗滤组件和第二渗滤组件之间开设有贯穿盖板的管涌孔；模型箱的箱体、盖板和下游水位控制箱均为无色透明材质制成。本申请能够直观地对层状堤基管涌破坏的形成和发展过程进行模拟，从而有助于对管涌破坏的机理的研究。

Description

一种层状堤基管涌破坏的模拟试验装置、试验方法

技术领域

本申请涉及堤基管涌破坏模拟的领域，尤其是涉及一种层状堤基管涌破坏的模拟试验装置、试验方法。

背景技术

堤基管涌是指在堤防内外水头差作用下，堤基内部渗流将下游表土层顶穿，出现渗流出口即管涌口，口内砂沸，随着水头增加砂沸加剧且有一些砂颗粒随水流带出，在孔口形成砂环，在堤基内部沿堤基砂层与堤身底部或堤基表土覆盖层接触面形成渗流通道，随着水头增加，通道向上游回溯发展形成形似管状的渗流通道，并由通道向下游渗流出口处输砂。当达到一定水头时，管涌通道持续向上游发展，最终与上游连通，连通的通道在上下游水头水力冲刷作用下快速扩大，导致堤防溃决，抢险不及时将引起溃堤洪水。发生在堤基内的管涌对堤防的稳定性具有重要的影响。在九八洪水中，长江中下游堤防堤基管涌占较大险情总数的52.4%，居各种险情之首，其中湖南省安造垸、湖北省孟溪垸和簰洲湾、江西省九江市城防堤和江洲圩溃堤均是由管涌所致。堤防抢险和除险加固的实践表明,堤基管涌是堤防工程中普遍存在的易对堤防产生破坏的重要原因，如果不及时处理，会导致堤身失稳，酿成决堤灾害。一般情况下将管涌视为溃堤的一个前兆。

目前对于堤基管涌的检测方法有：瞬变电磁场法，通过对比堤防内部物理参数在汛期和枯水期的变化检测管涌；高密度电阻率法，通过定点重复观测研究不同水位下堤坝隐患电阻率图像的动态变化进行模拟实验；流场法，利用拉普拉斯方程下水流场与电流场的相似性，检测管涌入水口出的水流场实现管涌检测等。

上述方法只是通过间接检测的方式了解管涌的发展过程，无法直接观察到在上游水头发生变化的情况下堤基破坏的形成和发展。

发明内容

为了更加直观地观察管涌在层状堤基中的发展过程、对层状堤基管涌破坏机理进行研究，本申请提供一种层状堤基管涌破坏的模拟试验装置、试验方法。

一方面，本申请提供一种层状堤基管涌破坏的模拟试验装置采用如下的技术方案，

一种层状堤基管涌破坏的模拟试验装置，包括模型箱、上游水位控制系统、下游水位控制箱以及数据采集系统，其特征在于：所述模型箱内部沿长度方向间隔设置有相对且透水的第一渗滤组件和第二渗滤组件，所述第一渗滤组件和第二渗滤组件之间形成土样装填室，所述第一渗滤组件和模型箱的侧板之间形成上游进水室，所述第二渗滤组件和模型箱的侧板之间形成下游水室；所述模型箱位于上游进水室处的侧板上开设有第一进水口，所述第一进水口通过输水管路与上游水位控制系统连接；所述下游水位控制箱与下游水室连通且下游水位控制箱的高度不低于下游水室的高度；所述下游水位控制箱设置有第二进水口；所述模型箱顶部设置有可拆卸并将模型箱封闭的盖板；所述盖板上位于第一渗滤组件和第二渗滤组件之间靠近第二渗滤组件的位置开设有贯穿盖板的管涌孔；所述模型箱的箱体、盖板和下游水位控制箱均为无色透明材质制成。。

通过采用上述技术方案，在进行层状堤基管涌破坏的模拟试验时，首先向土样装填室内装填层状土样，固定盖板后在上游进水室和下游水室内分别注入水，在层状土样上下游均形成水压，之后利用上游水位控制系统逐级提高水头，观察管涌孔处的渗流量变化情况和模型箱土体的变形情况，直到在土体内形成连接上下游的管涌通道，本申请的试验装置能够直观地对层状堤基管涌破坏的形成和发展过程进行模拟，从而有助于对层状堤基管涌破坏的机理的研究。

优选的，所述模型箱宽度方向相对的两侧板靠近第一进水口的位置开设有相对的第一插槽，所述第一插槽沿模型箱的长度方向间隔设置；所述第一渗滤组件与第一插槽匹配并能够插入第一插槽内。

通过采用上述技术方案，将第一渗滤组件插入不同的第一插槽，可以调整第一渗滤组件与管涌孔之间的距离，即渗径的长度，从而能够对不同渗径的管涌破坏情况进行模拟。

优选的，所述模型箱位于下游水室处的侧板上开设有出水口，所述出水口处设置有排水管并通过控制阀控制。

通过采用上述技术方案，能够调整下游水位控制箱内的水位高度，同时方便将清理模型箱后的废水的排出。

优选的，所述第一渗滤组件包括沿模型箱长度方向相对的滤板以及夹在滤板之间的渗滤层，相对所述滤板之间螺栓连接。

通过采用上述技术方案，在允许水流经过的同时对土样颗粒进行阻挡，从而避免土样进入上游进水室和下游水室内。

优选的，所述数据采集系统包括水压检测模块和渗流量检测模块，所述盖板和模型箱宽度方向的两侧板上均设置有多个与模型箱内部连通的测压管，所述测压管连接有水压测试模块；所述渗流量检测模块设置在盖板的管涌孔处，用于对由管涌孔排出的涌水的渗流量进行检测。

通过采用上述技术方案，实时记录模拟管涌破坏过程中模型箱内不同位置的水压以及管涌孔中涌水的渗流量，方便后期的统计分析。

优选的，所述上游水位控制系统包括提升桶、带动提升桶上升的升降组件以及带动升降组件运行的驱动组件，所述驱动组件电连接PLC控制模块；所述提升桶的侧壁上分别连接有进水管和出水管，所述出水管的另一端与模型箱的第一进水口处连接；所述进水管靠近提升桶的位置设置有流量调节阀，所述出水管靠近提升桶的位置设置有流量计，所述流量控制阀和流量计分别电连接PLC控制模块。

通过采用上述技术方案，对水头进行自动控制，同时提升桶的进水管上的流量调节阀和出水管上的流量计能够保证提升桶内水的流出量与进入量相等，提升桶内的水位保持稳定，保证水头提升的准确性。

优选的，所述升降组件包括底座箱以及固定在底座箱上的竖向支架板，所述支架板的顶端固定有与底座箱的顶板相对的水平板；所述水平板与底座箱的顶板之间设置有竖直的螺纹杆，所述螺纹杆的顶端与水平板转动连接，所述螺纹杆的底端穿过底座箱的顶板进入底座箱内，所述螺纹杆与底座箱的顶板转动连接；所述驱动组件位于底座箱内并带动螺纹杆转动；所述提升桶的外壁上固定有与螺纹杆螺纹连接的连接板，所述连接板上下运动。

通过采用上述技术方案，利用驱动组件带动螺纹杆转动，螺纹杆转动的同时驱动提升桶升降，从而实现水头的调整。

优选的，所述模型箱宽度方向相对的两侧板位于土样装填室内并靠近第二渗滤组件的位置开设有相对的第二插槽，所述第二插槽内插接有与第二插槽匹配的隔板，所述隔板的顶端与盖板抵接。

通过采用上述技术方案，将土样装填室与下游水室完全隔开，对模型箱内的土样只施加上游水头差时的堤基管涌破坏情况进行模拟。

另一方面，本申请提供一种层状堤基管涌破坏的模拟试验装置的试验方法采用如下的技术方案：

一种层状堤基管涌破坏的模拟试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1、向第一渗滤组件和第二渗滤组件之间的土样装填室内填充层状土样, 土样的填充采用分层水下抛填并刮平、压实的方式进行，最后一层压实完毕且土样饱和后利用盖板封闭模型箱；

层状土样由不同厚度的细砂层和粗砂层组成，其中粗砂层位于细砂层的下方；

S2、由下游水位控制箱的第二进水口向下游水位控制箱内注水并进入下游水室内，使水位达到设计高度，水位不低于土样的高度；

S3、利用上游水位控制系统逐级提升水头，观察模型箱内土体的变形以及管涌通道的形成和发展过程，数据采集系统对试验过程中的数据进行检测；

S4、调整细砂层和粗砂层的厚度比，重复步骤S1-S3；

S5、根据获得的数据和影像，对层状堤基管涌破坏的发展情况和形成机理进行分析。

通过采用上述技术方案，在模型箱土样上下游均存在水头差的情况下模拟层状堤基管涌的破坏。分层水下抛填并压实的方式能够保证土样的充分饱和以及压实度。

一种层状堤基管涌破坏的模拟试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1、在第二插槽内插入隔板，之后向第一渗滤组件和隔板之间填充非层状土样，土样的填充采用分层水下抛填并刮平、压实的方式进行，最后一层压实完毕且土样饱和后利用盖板将模型箱封闭；

层状土样由不同厚度的细砂层和粗砂层组成，其中粗砂层位于细砂层的下方；

S2、利用上游水位控制系统逐级提升水头，观察模型箱内土体的变形以及管涌通道的形成和发展过程，数据采集系统对试验过程中的数据进行检测；

S3、调整细砂层和粗砂层的厚度比，重复步骤S1-S2；

S4、根据获得的数据和影像，对层状堤基管涌破坏的发展情况和形成机理进行分析。

通过采用上述技术方案，对模型箱内的土样只施加上游水头差的堤基管涌破坏情况进行模拟。

综上所述，本申请的层状堤基管涌破坏的模拟试验装置及其试验方法能够直观地观察到土体的变形、管涌的形成和发展过程，并能够对上下游均存在水头差和只存在上游水头差的情况进行模拟，通过调整第一渗滤组件的位置能够对不同渗径的管涌破坏过程进行模拟，从而有助于了解层状堤基管涌破坏的机理。

附图说明

图1是本申请的层状堤基管涌破坏的模拟试验装置的整体结构示意图。

图2是本申请的层状堤基管涌破坏的模拟试验装置的模型箱的外部结构示意图。

图3是本申请的层状堤基管涌破坏的模拟试验装置的模型箱的剖面图。

图4是本申请的层状堤基管涌破坏的模拟试验装置的内部结构示意图。

图5是本申请的层状堤基管涌破坏的模拟试验装置的上游水位控制系统的结构示意图。

图6是图5中A部分的局部放大示意图。

附图标记说明：1、模型箱；11、上游进水室；111、第一进水口；12、土样装填室；13、下游水室；131、出水口；132、排水管；14、盖板；141、第一对位槽；142、第二对位槽；143、企口；144、管涌孔；15、第一插槽；16、第二插槽；17、密封条；18、加强板；19、梁板；2、上游水位控制系统；21、升降组件；211、底座箱；212、支架板；213、螺纹杆；214、水平板；215、导向槽；216、水位传感器；22、驱动组件；221、伺服电机；222、蜗轮；223、蜗杆；23、提升桶；231、进水管；232、出水管；233、连接板；3、下游水位控制箱；31、第二进水口；4、第一渗滤组件；41、滤板；42、渗滤层；5、第二渗滤组件；6、隔板；7、支撑组件；71、加固板；72、行走轮；73、支腿；8、测压管；9、卡扣组件。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种层状堤基管涌破坏的模拟试验装置。参照图1、图2，层状堤基管涌破坏的模拟试验装置包括模型箱1、上游水位控制系统2、下游水位控制箱3、数据采集系统。

参照图2、图3，模型箱1为长方体状，模型箱1的尺寸为50×30×20cm。模型箱1内部沿长度方向间隔设置有相对的第一渗滤组件4和第二渗滤组件5。第一渗滤组件4和模型箱1的侧板之间形成上游进水室11，第二渗滤组件5和模型箱1的侧板之间形成下游水室13。第一渗滤组件4和第二渗滤组件5之间形成土样装填室12。土样装填室12的体积大于上游进水室11和下游水室13的体积。模型箱1与第一渗滤组件4相对的侧板开设有第一进水口111，模型箱1与第二渗滤组件5相对的侧板开设有出水口131。出水口131位于模型箱1的侧板的下部。出水口131处设置有排水管132，排水管132上设置有控制阀。

第一渗滤组件4和第二渗滤组件5均包括沿模型箱1长度方向相对的穿孔滤板41以及夹在滤板41之间的渗滤层42。渗滤层42为土工布或者无纺布。相对的滤板41之间利用螺栓连接从而将渗滤层42夹紧。

第二渗滤组件5的顶面与模型箱1的侧板的顶面齐平。第二渗滤组件5的顶面水平设置有与第二渗滤组件5紧贴的梁板19。梁板19沿模型箱1的宽度方向设置且梁板19长度方向两端的底面与模型箱1的侧板的顶面固定连接。梁板19的宽度大于第二渗滤组件5的宽度。

模型箱1位于上游进水室11和土样装填室12上方设置有可拆卸的盖板14。盖板14长度方向靠近下游水室13的一端的底面设置有企口143，企口143与梁板19搭接。搭接后，盖板14的底面与梁板19的底面齐平。

参照图3、图4，模型箱1的侧板的顶面以及梁板19的顶面与盖板14的企口143相对的位置固定有密封条17。密封条17为橡胶条。

盖板14的顶面边缘和模型箱1宽度方向的侧板外表面上部靠近盖板14的边缘均设置有利用螺钉固定的加强板18。加强板18为不锈钢板。

盖板14和模型箱1的侧板之间利用多个卡扣组件9连接。卡扣组件9包括固定在盖板14加强板18上的扣件以及固定在模型箱1侧板的加强板18上的卡件。由于卡扣组件9为现有技术中常用的用于连接相邻两个部件之间的连接件，因此在本实施例中对卡扣组件9的具体结构不再赘述，本领域技术人员应该熟知。

将盖板14利用卡扣组件9固定在模型箱1上，密封条17起到防水效果，避免模型箱1内有水的情况下出现渗漏的情况。

模型箱1宽度方向相对的两侧板上开设有相对的第一插槽15。第一插槽15竖向设置且顶端贯穿模型箱1侧板的顶面，底端与模型箱1底板的顶面齐平。第一插槽15沿模型箱1的长度方向等距离间隔设置多个。

模型箱1宽度方向相对的两侧板上靠近梁板19位置开设有相对的第二插槽16。第二插槽16竖向设置且顶端贯穿模型箱1侧板的顶面，底端与模型箱1底板的顶面齐平。

第一渗滤组件4与第一插槽15匹配并能够插入第一插槽15内。第二插槽16内设置有与第二插槽16匹配的隔板6。

盖板14的底面上开设有与第一渗滤组件4匹配的第一对位槽141。第一对位槽141的数量与第一插槽15的数量相等。第一渗滤组件4的顶端高出模型箱1侧板的顶面并插入第一对位槽141内。

盖板14的底面与隔板6相对的位置开设有与隔板6匹配的第二对位槽142，隔板6的顶端高出模型箱1的侧板的顶面并插入第二对位槽142内。当使用隔板6时，第一渗滤组件4与隔板6之间的位置用于装填土样。

盖板14位于相邻的第一对位槽141和第二对位槽142之间的位置开设有贯穿盖板14的管涌孔144。

下游水位控制箱3位于下游水室13上方并与下游水室13连通。下游水位控制箱3的底端开口。下游水位控制箱3的侧板的底面分别与模型箱1的侧板的顶面和梁板19的侧面抵接并利用玻璃胶粘结。下游水位控制箱3的上部开设有第二进水口31。下游水位控制箱3的侧壁上设置有竖向的刻度尺。

模型箱1的箱体、盖板14、梁板19和下游水位控制箱3均为无色透明有机玻璃制成。

参照图2、图3，模型箱1的箱体的下方以及外侧还设置有支撑组件7。支撑组件7包括固定在模型箱1底板上的加固板71和安装在加固板71上的行走轮72。行走轮72的设置方便对模型箱1进行移动。

模型箱1开设出水口131的侧板的外表面上固定设置有支腿73。支腿73用于将模型箱1竖起时对出水口131和排水管132的保护。在进行模型箱1内部清理时，可将模型箱1竖起，从而便于箱内水体的排出。

数据采集系统包括水压检测模块和渗流量检测模块。盖板14和模型箱1宽度方向的两侧壁上均设置有多个与模型箱1内部连通的测压管8。测压管8沿模型箱1的长度方向等距离间隔设置。测压管8可设置多排。测压管8与水压检测模块连接，水压检测模块可以是水压力传感器、水压测试表或者是其他能够实时检测模型箱1内水体压力的仪器。

渗流量检测模块设置在盖板14的管涌孔144的位置，用于对由管涌孔144排出的涌水的渗流量进行检测。渗流量检测模块采用常规的水体流量检测仪器，如多普勒流量计。渗流量检测模块与计算机连接从而能够实时观测到渗流量的变化。

模型箱1外部还设置有用于观测管涌破坏过程的摄像模块，摄像模块采用CCD相机，摄像模块与计算机电连接从而能够将影像信息实时传输到计算机上。

参照图1、图5，上游水位控制系统2包括提升桶23、升降组件21以及驱动组件22。提升桶23透明从而能够从外部观察到提升桶23内的水位。

提升桶23的侧壁上分别连接有进水管231和出水管232，其中出水管232的另一端与模型箱1的第一进水口111处连接。进水管231靠近提升桶23的位置设置有流量调节阀，出水管232靠近提升桶23的位置设置有流量计。流量控制阀和流量计电连接PLC控制模块。流量计获取提升桶23的出水量，流量调节阀用于控制提升桶23的进水量，流量计和流量控制阀的配合并在PLC控制模块的调节下能够使得提升桶23内的水位始终保持不变。

升降组件21包括底座箱211以及与固定在底座箱211一侧的竖向支架板212。支架板212的顶端固定有与底座箱211的顶板相对的水平板214。

水平板214与底座箱211的顶板之间设置有竖直的螺纹杆213。螺纹杆213的顶端与水平板214转动连接，螺纹杆213的底端穿过底座箱211的顶板进入底座箱211内。螺纹杆213与底座箱211的顶板转动连接。

参照图5、图6，驱动组件22位于底座箱211内。驱动组件22包括与螺纹杆213同轴且固定连接的蜗轮222以及与蜗轮222配合的蜗杆223。蜗杆223利用固定在底座箱211内的伺服电机221驱动。伺服电机221通过PLC控制模块启停。

提升桶23的侧壁上固定有与螺纹杆213螺纹连接的连接板233。连接板233朝向支架板212。支架板212朝向提升桶23的端面上开设有与连接板233匹配的导向槽215。连接板233插入导向槽215内。

支架板212上设置有竖向的刻度尺。

水平板214的底面上固定设置有与提升桶23的水面相对的水位传感器216。本实施例中的水位传感器216采用雷达水位传感器。水位传感器216与PLC控制模块和计算机电连接。水位传感器216用于记录提升桶23内水面的高度，进而通过换算得到水头的提升高度。

本申请实施例公开一种层状堤基管涌破坏的模拟试验装置的试验方法。

实施例一

层状堤基管涌破坏的模拟试验装置的试验方法包括以下步骤：

S1、根据确定的渗径长度，将第一渗滤组件4安装到选定的第一插槽15内，之后向第一渗滤组件4和第二渗滤组件5之间的土样装填室12内填充层状土样。

层状土样由不同厚度的细砂层和粗砂层组成，其中粗砂层位于细砂层的下方。

土样的填充采用分层水下抛填并刮平、压实的方式进行，每层厚5cm，最后一层压实完毕且土样饱和后将盖板14利用卡扣组件9固定在模型箱1上。

盖板14位于土样装填室12内的第一对位槽141和第二对位槽142均利用与盖板14材料相同的长条块充填，从而使得盖板14与填充土样接触的面形成完整的平面。

S2、由下游水位控制箱3的第二进水口31向下游水位控制箱3内注水并进入下游水室13内，使水位达到设计高度，水位不低于土样的高度。

S3、打开提升桶23的进水管231和出水管232上的流量计和流量调节阀，同时利用伺服电机221带动提升桶23上升，逐级提升水头，水头按照1cm/5min的速度提升。

当管涌通道形成后向上游发展到与上游进水室11连通时，停止提升水头。

利用水压检测模块和渗流量检测模块进行水压和渗流量的检测，摄像模块记录管涌通道的发育和土样的破坏过程。

S4、调整第一渗滤组件4插入第一插槽15的顺序，重复步骤S1-S3，从而对不同渗径的管涌破坏情形进行模拟。

S5、调整细砂层和粗砂层的厚度比，重复步骤S4。

S6、根据获得的数据和影像，对层状堤基管涌破坏的发展情况和形成机理进行分析。

本实施例中的试验方法用于在模型箱土样上下游均存在水头差的情况下模拟层状堤基管涌破坏。

实施例二

层状堤基管涌破坏的模拟试验装置的试验方法包括以下步骤：

S1、根据确定的渗径长度，将第一渗滤组件4安装到选定的第一插槽15内，在第二插槽16内插入隔板6，之后向第一渗滤组件4和隔板6之间填充层状土样。

层状土样由不同厚度的细砂层和粗砂层组成，其中粗砂层位于细砂层的下方。

土样的填充采用分层水下抛填并刮平、压实的方式进行，每层厚5cm，最后一层压实完毕且土样饱和后将盖板14利用卡扣组件9固定在模型箱1上。

盖板14位于土样装填室12内的第一对位槽141和第二对位槽142均利用与盖板14材料相同的长条块充填，从而使得盖板14与填充土样接触的面形成完整的平面。

S2、打开提升桶23的进水管231和出水管232上的流量计和流量调节阀，同时利用伺服电机221带动提升桶23上升，逐级提升水头，水头按照1cm/5min的速度提升。

当管涌通道形成后向上游发展到与上游进水室11连通时，停止提升水头。

利用水压检测模块和渗流量检测模块进行水压和渗流量的检测，摄像模块记录管涌通道的发育和土样的破坏过程。

S3、调整第一渗滤组件4插入第一插槽15的顺序，重复步骤S1-S2，从而对不同渗径的管涌破坏情形进行模拟。

S4、调整细砂层和粗砂层的厚度比，重复步骤S3。

S5、根据获得的数据和影像，对层状堤基管涌破坏的发展情况和形成机理进行分析。

本实施例中的试验方法用于对模型箱内的土样只施加上游水头差的情况下的堤基管涌破坏进行模拟。

在管涌的试验过程中，随着水头的提升，观察到以下现象：

（1）预留管涌孔144砂沸，砂颗粒在孔内上下翻腾，但未被水流带出孔口。

（2）增加水头至一定高度，砂沸加剧且有一些砂颗粒随水流带出孔口，形成砂环。随着水头的增加，管涌通道形成并向上游发展，砂环略有增大。保持水头不变，孔口出砂逐渐减少并最终停止，管涌通道也停止向上游发展．继续增加水头，砂沸加剧、通道向上游发展、砂环增大。

（3）提升至下一级水头，一条集中的管涌通道持续向上游发展直至与上游进水室11连通。

（4）管涌通道一旦与上下游连通，通道前端土体被水流加速冲刷并向下游输送，因此管涌通道变宽（从几毫米增加至几厘米），管涌孔144处的渗流量也剧增。在通道变宽的过程中，通道内偶尔有淤堵和疏通的过程交替，最终通道加宽，流量加大，若无抢救措施，将发生溃堤洪灾。

随着细砂层厚度的增加，管涌破坏的水头增大。由于砂颗粒的起动很大程度上取决于堤基的渗透性，而粗砂层的渗透性较大，因此粗砂层越厚，细砂层越薄，堤基的渗透性越强，管涌破坏水头越低。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种层状堤基管涌破坏的模拟试验装置，包括模型箱（1）、上游水位控制系统（2）、下游水位控制箱（3）以及数据采集系统，其特征在于：所述模型箱（1）内部沿长度方向间隔设置有相对且透水的第一渗滤组件（4）和第二渗滤组件（5），所述第一渗滤组件（4）和第二渗滤组件（5）之间形成土样装填室（12），所述第一渗滤组件（4）和模型箱（1）的侧板之间形成上游进水室（11），所述第二渗滤组件（5）和模型箱（1）的侧板之间形成下游水室（13）；所述模型箱（1）位于上游进水室（11）处的侧板上开设有第一进水口（111），所述第一进水口（111）通过输水管路与上游水位控制系统（2）连接；所述下游水位控制箱（3）与下游水室（13）连通且下游水位控制箱（3）的高度不低于下游水室（13）的高度；所述下游水位控制箱（3）设置有第二进水口（31）；所述模型箱（1）顶部设置有可拆卸并将模型箱（1）封闭的盖板（14）；所述盖板（14）上位于第一渗滤组件（4）和第二渗滤组件（5）之间靠近第二渗滤组件（5）的位置开设有贯穿盖板（14）的管涌孔（144）；所述模型箱（1）的箱体、盖板（14）和下游水位控制箱（3）均为无色透明材质制成。

2.根据权利要求1所述的层状堤基管涌破坏的模拟试验装置，其特征在于：所述模型箱（1）宽度方向相对的两侧板靠近第一进水口（111）的位置开设有相对的第一插槽（15），所述第一插槽（15）沿模型箱（1）的长度方向间隔设置；所述第一渗滤组件（4）与第一插槽（15）匹配并能够插入第一插槽（15）内。

3.根据权利要求1所述的层状堤基管涌破坏的模拟试验装置，其特征在于：所述模型箱（1）位于下游水室（13）处的侧板上开设有出水口（131），所述出水口（131）处设置有排水管（132）并通过控制阀控制。

4.根据权利要求1所述的层状堤基管涌破坏的模拟试验装置，其特征在于：所述第一渗滤组件（4）包括沿模型箱（1）长度方向相对的滤板（41）以及夹在滤板（41）之间的渗滤层（42），相对所述滤板（41）之间螺栓连接。

5.根据权利要求1所述的层状堤基管涌破坏的模拟试验装置，其特征在于：所述数据采集系统包括水压检测模块和渗流量检测模块，所述盖板（14）和模型箱（1）宽度方向的两侧板上均设置有多个与模型箱（1）内部连通的测压管（8），所述测压管（8）连接有水压测试模块；所述渗流量检测模块设置在盖板（14）的管涌孔（144）处，用于对由管涌孔（144）排出的涌水的渗流量进行检测。

6.根据权利要求1所述的层状堤基管涌破坏的模拟试验装置，其特征在于：所述上游水位控制系统（2）包括提升桶（23）、带动提升桶（23）上升的升降组件（21）以及带动升降组件（21）运行的驱动组件（22），所述驱动组件（22）电连接PLC控制模块；所述提升桶（23）的侧壁上分别连接有进水管（231）和出水管（232），所述出水管（232）的另一端与模型箱（1）的第一进水口（111）处连接；所述进水管（231）靠近提升桶（23）的位置设置有流量调节阀，所述出水管（232）靠近提升桶（23）的位置设置有流量计，所述流量控制阀和流量计分别电连接PLC控制模块。

7.根据权利要求7所述的层状堤基管涌破坏的模拟试验装置，其特征在于：所述升降组件（21）包括底座箱（211）以及固定在底座箱（211）上的竖向支架板（212），所述支架板（212）的顶端固定有与底座箱（211）的顶板相对的水平板（214）；所述水平板（214）与底座箱（211）的顶板之间设置有竖直的螺纹杆（213），所述螺纹杆（213）的顶端与水平板（214）转动连接，所述螺纹杆（213）的底端穿过底座箱（211）的顶板进入底座箱（211）内，所述螺纹杆（213）与底座箱（211）的顶板转动连接；所述驱动组件（22）位于底座箱（211）内并带动螺纹杆（213）转动；所述提升桶（23）的外壁上固定有与螺纹杆（213）螺纹连接的连接板（233），所述连接板（233）上下运动。

8.根据权利要求1所述的层状堤基管涌破坏的模拟试验装置，其特征在于：所述模型箱（1）宽度方向相对的两侧板位于土样装填室（12）内并靠近第二渗滤组件（5）的位置开设有相对的第二插槽（16），所述第二插槽（16）内插接有与第二插槽（16）匹配的隔板（6），所述隔板（6）的顶端与盖板（14）抵接。

9.一种如权利要求1、3-8任一项所述的层状堤基管涌破坏的模拟试验装置的试验方法，其特征在于：

S1、向第一渗滤组件（4）和第二渗滤组件（5）之间的土样装填室（12）内填充层状土样,土样的填充采用分层水下抛填并刮平、压实的方式进行，最后一层压实完毕且土样饱和后利用盖板（14）封闭模型箱（1）；

层状土样由不同厚度的细砂层和粗砂层组成，其中粗砂层位于细砂层的下方；

S2、由下游水位控制箱（3）的第二进水口（31）向下游水位控制箱（3）内注水并进入下游水室（13）内，使水位达到设计高度，水位不低于土样的高度；

S3、利用上游水位控制系统（2）逐级提升水头，观察模型箱（1）内土体的变形以及管涌通道的形成和发展过程，数据采集系统对试验过程中的数据进行检测；

S4、调整细砂层和粗砂层的厚度比，重复步骤S1-S3；

S5、根据获得的数据和影像，对层状堤基管涌破坏的发展情况和形成机理进行分析。

10.一种如权利要求8所述的层状堤基管涌破坏的模拟试验装置的试验方法，其特征在于：

S1、在第二插槽（16）内插入隔板（6），之后向第一渗滤组件（4）和隔板（6）之间填充层状土样，土样的填充采用分层水下抛填并刮平、压实的方式进行，最后一层压实完毕且土样饱和后利用盖板（14）将模型箱（1）封闭；

层状土样由不同厚度的细砂层和粗砂层组成，其中粗砂层位于细砂层的下方；

S2、利用上游水位控制系统（2）逐级提升水头，观察模型箱（1）内土体的变形以及管涌通道的形成和发展过程，数据采集系统对试验过程中的数据进行检测；

S3、调整细砂层和粗砂层的厚度比，重复步骤S1-S2；

S4、根据获得的数据和影像，对层状堤基管涌破坏的发展情况和形成机理进行分析。

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