CN116519409A - 模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种模拟渗流‑潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置及方法；该制样装置包括制样器、供水系统、土水分离器和渗流水收集系统，制样器用于装填土样，供水系统与制样器连通用于在制样时提供水源以形成渗流‑潜蚀作用环境，制样器的底部设置有粗粒土隔离盘，粗粒土隔离盘底部依次连接有土水分离器和渗流水收集系统，制样器还连接有用于调节制样器倾斜角度的调节支架。本发明的制样装置可先进行土样的非饱和渗流试验，然后继续进行一定时长的渗流‑潜蚀试验，将供水系统、土水分离器以及粗粒土隔离盘卸掉后，可以直接装样至三轴设备处进行三轴力学特征试验，满足不同的试验需求，适用性广，实用性强。

Description

模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置及方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置及方法。

背景技术

现有研究表明，我国频发的堆积层滑坡无不与降雨直接相关，堆积层滑坡灾害90％以上发生在雨季。堆积层滑坡形成与堆积层饱水软化和渗透力密切相关，已为研究者所认识，而降雨入渗引起的堆积层内发生的渗流-潜蚀效应对滑坡具有重要的触发作用也逐渐开始引起了研究者的关注，但尚不成熟。同时，非饱和粗粒土在渗流过程中发生的基质吸力变化将影响到土体力学特征，而目前，关于粗粒土土水特征的研究还很匮乏，因此，开展粗粒土土水特征、渗流-潜蚀效应及非饱和状态下土体力学特征的研究具有重要的理论和现实意义。

尽管目前研究土体渗流-潜蚀效应对土体力学特征影响的设备已有一些，但大都针对的是颗粒较小的砂土，因此，试样的尺寸较小，并不适合颗粒分布宽泛的堆积土，而且，这些设备不具备开展非饱和力学特征试验的功能，不能通过简单的扩大设备尺寸达到研究渗流-潜蚀效应及非饱和状态对粗粒土力学特征影响的目的。因此，有必要研制针对宽级配粗粒土的制样设备，在制样的同时，可以首先进行土水特征试验和渗流-潜蚀试验。

发明内容

为了解决现有试验设备不能同时研究宽级配粗粒土非饱和力学特征和渗流-潜蚀效应的弊端，一方面，本发明提供了一种模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，包括制样器、供水系统、土水分离器和渗流水收集系统，所述制样器用于装填土样，所述供水系统与所述制样器连通用于在制样时提供水源以形成渗流-潜蚀作用环境，所述制样器的底部设置有粗粒土隔离盘，所述粗粒土隔离盘底部依次连接有所述土水分离器和所述渗流水收集系统，所述制样器还连接有用于调节所述制样器倾斜角度的调节支架。

进一步地，所述制样器由透明有机玻璃制成，所述制样器上设置有多个用于安装张力计的通孔，各所述通孔沿所述制样器的中部在不同高度设置。

进一步地，所述供水系统包括试样帽、供水水源以及供水管路，所述试样帽位于所述制样器内且底部与所述制样器内的土样顶端接触，所述试样帽通过所述供水管路与所述供水水源连接；所述供水管路上还连接有流量监测器，所述供水水源还连接有水压监测器。

进一步地，所述试样帽包括基板，所述基板上设置有与所述供水管路连通的进水口，所述基板上开设有与所述进水口连通的进水主通道，所述基板上还开设有多个与所述进水主通道连通的供水通道。

进一步地，所述土水分离器包括土颗粒收集器、过滤组件和渗流水集中器，所述土颗粒收集器与所述粗粒土隔离盘连接，所述渗流水集中器与所述土颗粒收集器连接，所述土颗粒收集器和所述渗流水集中器之间设置有所述过滤组件。

进一步地，所述土颗粒收集器包括壳体，所述壳体内设置有多个横向隔断和多个竖向隔断将壳体分隔成多个区域。

进一步地，所述粗粒土隔离盘或所述土水分离器上设置有注水口。

进一步地，所述调节支架包括升降机构和环抱器，所述环抱器套设在所述制样器外侧，所述升降机构的输出端与所述环抱器铰接，所述升降机构的底部设置有锁止万向轮。

进一步地，所述渗流水收集系统包括储水筒和渗流水管路，所述渗流水管路的一端与所述土水分离器的出水端连接，另一端与所述储水筒连接；所述渗流水管路上连接有水压监测器和流量监测器。

另一方面，本发明还提供了一种如上所述的模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置的试验方法，所述试验方法包括如下步骤：

步骤一：将制样器竖直放置并在内部套设橡胶膜，将土样分为若干份，将各土样依次装入制样器中并击实，装样过程中，在制样器多个对应位置安装张力计，装样完毕后，在土样顶端连接好供水系统；

步骤二：通过调节支架调整制样器至设定倾斜角度，在渗流-潜蚀试验开始前，向粗粒土隔离盘以及土水分离器内注水，保持粗粒土隔离盘和土水分离器的内部孔隙全部充满水；

步骤三：开启供水系统开始向土样注水，试验过程中保持水头恒定，同时测定供水系统水流流量；水入渗过程中，通过张力计实时监测土样中基质吸力的变化，当多个传感器的基质吸力值均增加到0时，说明土样基本饱和，根据此过程中的读数得到土样非饱和渗流过程中的土水特征曲线；

步骤四：试样完全饱和后，继续保持试样顶部水头在一定值，使得水持续流经土样内部，形成对细颗粒土的潜蚀作用，待渗流-潜蚀时间达到设定值后，关闭供水系统和渗流水收集系统的阀门，渗流-潜蚀试验完成，在试验过程中，实时监测供水系统的水流量以及渗流水收集系统的水压和水流量，得到渗流-潜蚀过程中土样渗透系数的变化；

步骤五：调整调节支架使得制样器呈水平放置，卸掉制样器上的试样帽以及制样器底部的土水分离器和粗粒土隔离盘；将土水分离器中的水全部收集至渗流水收集系统中，将土水分离器中的细粒土烘干并称重，即可得到土样的潜蚀量。

本发明提供的模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置的工作原理是，将宽级配粗粒土装填至内部套有橡胶膜的制样器中，本申请中制样装置适用的土样的土颗粒直径为0.001mm～60mm，在制样器上设置多个张力计，在土样顶端放置连接有供水管路的试样帽，通过调节支架调整试样器至设定的倾斜角度，继而使得土样倾斜至设定角度，打开供水系统，水由试样顶部开始向底部入渗，随着土样饱和度的变化，土样由非饱和状态转化为饱和状态，此过程中可以监测土样的土水特征，进而得到土样非饱和渗流过程中的土水特征曲线；土样饱和后，供水系统持续供水至设定时长，渗流水流速在达到最大渗透速度后，土样中的细颗粒将被持续潜蚀，渗流-潜蚀试验停止后，启动调节支架使得试样器呈水平放置，卸掉供水系统、土水分离器以及粗粒土隔离盘，将装填有土样的制样器移动至三轴设备处装样进行三轴力学特征试验。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本发明提供的制样装置可先进行土样的非饱和渗流试验，然后继续进行一定时长的渗流-潜蚀试验，将供水系统、土水分离器以及粗粒土隔离盘卸掉后，可以直接装样至三轴设备处进行三轴力学特征试验，满足不同的试验需求，适用性广，实用性强；

2)本发明提供的制样装置，制样器的倾斜角度可调节，可以通过控制宽级配粗粒土渗流-潜蚀的水力梯度、渗流时间、渗流通道、潜蚀时间等因素，系统地研究不同环境条件对宽级配粗粒土的潜蚀效应；

3)本发明提供的制样装置，可以通过在制样器底部安装不同孔径的粗粒土隔离盘，研究渗流水对粗粒土中不同粒径细颗粒的侵蚀规律；

4)本发明提供的制样装置，可以快速开展不同渗流通道、不同力学梯度下非饱和宽级配粗粒土的土水特征试验，一方面弥补了现有大型粗粒土试验设备不能开展土水特征试验的缺陷，另一方面节约了试验时间；

5)本发明提供的制样装置，可调节土样呈一定的坡度，模拟真实环境条件对宽级配粗粒土的渗流-潜蚀作用，且制样装置为模块化结构组装而成，可快速安装及拆解，渗流-潜蚀完成后，通过开展三轴力学特征试验，实现了对渗流-潜蚀-应力环境耦合条件下宽级配粗粒土力学特征的研究。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置的结构示意图；

图2为本发明模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置中试样帽的俯视图；

图3为本发明模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置中试样帽的正视图；

图4为本发明模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置中粗粒土隔离盘的俯视图；

图5为本发明模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置中图4的A-A剖面图；

图6为本发明模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置中土颗粒收集器的俯视图；

图7为本发明模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置中图6的B-B剖面图。

1-制样器；2-土样；3-粗粒土隔离盘；31-第一安装环；4-通孔；5-试样帽；51-基板；52-进水口；53-进水主通道；54-供水通道；6-供水水源；7-供水管路；8-供水水流量计；9-供水水压计；10-土颗粒收集器；101-第二安装环；102-横向隔断；103-竖向隔断；104-第一螺丝；11-滤纸；12-透水石；13-渗流水集中器；131-第二螺丝；14-注水口；15-储水筒；16-渗流水管路；17-渗流水水压计；18-渗流水水流量计；19-阀门；20-升降机构；21-环抱器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。附图中，为清晰可见，可能放大了某部分的尺寸及相对尺寸。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义解释，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通的技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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、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。

此外，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

实施例1

如说明书附图1所示，本发明提供了一种模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，包括制样器1、供水系统、土水分离器和渗流水收集系统，所述制样器1用于装填土样2，优选的，所述制样器1为两端对开的圆筒状，采用透明有机玻璃制成，所述供水系统与所述制样器1连通用于在制样时提供水源以形成渗流-潜蚀作用环境，所述制样器1的底部设置有粗粒土隔离盘3，所述粗粒土隔离盘3底部依次连接有所述土水分离器和所述渗流水收集系统，所述制样器1还连接有用于调节所述制样器1倾斜角度的调节支架；具体的，将土样装填在制样器中，然后通过调节支架将制样器倾斜一定的角度，模拟堆积土的坡度，开启供水系统，向制样器内的土样注水，形成渗流-潜蚀作用环境，混合有土颗粒的潜蚀水通过土水分离器进行分离，便于后期测量潜蚀量，渗流水收集系统用于收集经土水分离器分离后的渗流水并测量重量，并监测试样渗流的相关参数。

优化实施方式，所述制样器1上设置有多个用于安装张力计的通孔4，各所述通孔4沿所述制样器1的中部在不同高度设置；具体的，本实施例中设置有三个通孔4，三个通孔4在制样器壁面上沿制样器1的轴线方向设置，制样器1竖直放置时，装填土样并安装张力计，三个通孔4在制样器1的中部沿竖直方向均匀设置，即使得张力计沿竖直方向均匀分布在土样中；可实时监测土样中不同高度的基质吸力的变化，测定土样的饱和度。

优化实施方式，所述供水系统包括试样帽5、供水水源6以及供水管路7，其中，供水水源6可以是水箱，所述试样帽5位于所述制样器1内且底部与所述制样器1内的土样2顶端接触，试样帽5设置在土样2顶端，用于将水均匀注入土样2中，试样帽5的外径与制样器1的内径相同，试样帽5可以铺设在制样器1的顶端，与土样2接触，所述试样帽5通过所述供水管路7与所述供水水源6连接；所述供水管路7上还连接有流量监测器，所述供水水源6还连接有水压监测器，具体的，为了在试验中实时监测供水参数，在所述供水管路上连通有供水水流量计8用于监测供水的水流量，在所述供水水源处设置有供水水压计9用于监测供水的水压；优选的，所述供水水源的高度要高于土样的高度，便于供水。

细化实施方式，如说明书附图2和3所示，为试样帽的细部图，为了使水能够通过试样帽5均匀的注入土样2中，所述试样帽5上均匀分布有多个连通的供水通道，使得水经供水管路7到达试样帽5后，可以通过供水通道在土样的顶端均匀注入，避免局部水量过大或过小，对试验数据造成影响；具体的，所述试样帽5包括圆形的基板51，所述基板51上设置有进水口52，所述进水口52设置在基板51的边缘，所述基板51上开设有与进水口52连通的进水主通道53，所述进水主通道53的一端与进水口52连通，另一端延伸至基板51的圆心处，以进水主通道53及其延长线为对称轴，在基板51上对称设置有多个均匀分布的供水通道54，各供水通道54与进水主通道53连通，优选的，各所述供水通道54为弧形，且各供水通道的圆心与所述基板的圆心重合。在使用过程中，试样器1倾斜一定角度，使试样帽5设有进水口52的一侧位于基板51的最高点，使得水可以在自身重力以及供水通道54的作用下均匀渗透至土样2中，提高试验的准确性。

在一些实施例中，供水通道54可以是其他的形状，均匀分布在基板51上即可，本申请中对供水通道54的形状以及数量不做限制。

优化实施方式，所述试样帽5采用透明有机玻璃制成。

优化实施方式，如说明书附图4和5所示，为粗粒土隔离盘3的结构示意图，所述粗粒土隔离盘3为钢材制成，且为圆形，所述粗粒土隔离盘3上分布有若干个用于细粒土穿过的孔，所述粗粒土隔离盘3的上端部设置有用于与制样器1可拆卸连接的第一安装环31，所述第一安装环31的内径与制样器1的外径相同，第一安装环31套设在制样器1的底部并与制样器1卡接，可以快速的进行粗粒土隔离盘3的安装以及拆卸。

细化实施方式，粗粒土隔离盘3的孔径根据试验需求进行选择，可以通过安装不同孔径的粗粒土隔离盘3，如粗粒土隔离盘的孔径为0.5mm、1mm、2mm、5mm等，根据试验需求进行设定，研究渗流水对粗粒土中不同粒径细颗粒的侵蚀规律。

优化实施方式，所述土水分离器包括土颗粒收集器10、过滤组件和渗流水集中器13，所述土颗粒收集器10与所述粗粒土隔离盘3连接，所述渗流水集中器13与所述土颗粒收集器10连接，所述土颗粒收集器10和所述渗流水集中器13之间设置有所述过滤组件；具体的，水流经土样2内部，形成对细颗粒土的潜蚀作用，混有细颗粒土的潜蚀水经粗粒土隔离盘3后进入土颗粒收集器10中，经过滤组件过滤后的渗流水流至渗流水集中器13中，细颗粒土在土颗粒收集器中进行收集，可进行土水分离，对细颗粒土烘干并称重，即可得到粗粒土的潜蚀量；优选的，所述过滤组件包括滤纸11和透水石12，且所述滤纸11铺设在所述透水石12上。

具体实施方式，如说明书附图6和7所示，为土颗粒收集器的结构示意图，所述土颗粒收集器10为圆筒状，其上下为开口状，所述土颗粒收集器10的上端部设置有第二安装环101，下端部通过多个横向隔断102和多个竖向隔断103将土颗粒收集器10的内部划分成多个区域，本实施例中，土颗粒收集器10通过三个均匀设置的横向隔断102以及三个均匀设置的竖向隔断103分隔成16个区域，在使用中，对各区域进行编号，记录并分别对各区域收集的细颗粒土进行称重，记录不同区域的潜蚀量。当然，可以根据试验需求，设置不同数量的横向隔断102以及竖向隔断103将土颗粒收集器10分隔成不同数量的区域。土样在不同的倾斜角度下有不同的渗流路径，其不同区域内细颗粒潜蚀的路径也是不同的，倾斜角度相对较小时，下部区域潜蚀的细颗粒较多，上面潜蚀的细颗粒较少，土颗粒收集器在试样底部设置了分离格来收集不同区域潜蚀的细颗粒，在一定程度上可以解释细颗粒的潜蚀路径问题，得到细颗粒潜蚀规律。

具体实施方式，所述土颗粒收集器10为透明有机玻璃制成，其中的横向隔断102和竖向隔断103也为有机玻璃制成。所述第二安装环101的内径与制样器1的外径相同，第二安装环101套设在制样器1底部并通过第一螺丝104进行固定，此时，粗粒土隔离盘3位于第二安装环101内；优选的，所述粗粒土隔离盘3的上端面与制样器1内的土样底部接触，粗粒土隔离盘3的下端面与土颗粒收集器10内的横向、竖向隔断接触，土颗粒收集器10可以提高粗粒土隔离盘3与制样器1连接的可靠性，避免在试验过程中出现松动，影响试验准确性。

在一些实施例中，先将粗粒土隔离盘3套设在制样器1底部，再在底部套设上土颗粒收集器10，通过第一螺丝104将第二安装环101、第一安装环31与制样器1固定。

具体实施方式，所述渗流水集中器13由有机玻璃制成，内部有漏斗形空腔，用于渗流水流经，所述渗流水集中器13上端部设有第三安装环，第三安装环的内径与土颗粒收集器10的外径相同，第三安装环可以套设在土颗粒收集器10底部，且渗流水集中器13内与土颗粒收集器10连接处设有凸环，透水石12和滤纸11可以依次铺设在凸环上，滤纸11位于土颗粒收集器10的底部，所述渗流水集中器13的第三安装环通过第二螺丝131与土颗粒收集器10连接。

优化实施方式，所述粗粒土隔离盘3或所述土水分离器上设置有注水口14，通过该注水口14可以向土水分离器内注水，使得水充满粗粒土隔离盘3以及土颗粒收集器10、渗流水集中器13的间隙。

优化实施方式，所述渗流水收集系统包括储水筒15和渗流水管路16，所述渗流水管路16的一端与所述渗流水集中器13的出水端连接，另一端与所述储水筒15连接；所述渗流水管路16上连接有用于水压监测的渗流水水压计17以及用于流量监测的渗流水水流量计18。

具体实施方式，所述储水桶15由透明有机玻璃制成，其上设有刻度，便于读取水量，所述渗流水管路16伸入储水桶15内。

优化实施方式，所述供水管路7、渗流水管路16以及注水口14上设置有阀门19，便于调控。

优化实施方式，本发明的制样装置，可通过调节支架调节制样器1的倾斜角度，继而调整土样2的倾斜角度，所述调节支架包括升降机构20和环抱器21，具体的，所述调节支架包括至少一组升降机构20和环抱器21，所述环抱器21套设在所述制样器1外侧，所述升降机构20的输出端与所述环抱器21铰接，所述升降机构优选千斤顶、气缸、液压杆等，当调节支架包括一组升降机构20和环抱器21时，环抱器21设置在制样器1的上端部，通过升降机构20在竖直方向升降，可以调节制样器1的倾斜角度，进而使得土样有一定的倾斜角度，有不同的渗流路径。优选的，本实施例中，所述调节支架包括两个升降机构20和两个环抱器21，两个环抱器21分别设置在制样器1的两端，两个所述升降机构20的输出端分别与对应的环抱器21铰接，分别对两个升降机构20进行调节，可以调整制样器1的倾斜角度，当然，也可以调节制样器1的高度；为了便于移动制样器1，所述升降机构20的底部设置有锁止万向轮。

所述制样装置中土水分离器采用模块化结构进行组装，安装拆卸均便捷，便于快速对渗流水以及潜蚀的细颗粒土进行收集称重，渗流-潜蚀试验完成后，拆卸掉所述土水分离器、粗粒土隔离盘以及供水系统，移动所述调节支架，可将土样移动至三轴试验装置处，将土样安装好，即可开展三轴试验。

本申请的制样装置，可以先进行非饱和渗流试验，再进行一定时长的渗流-潜蚀试验，最后，拆卸掉土水分离器、粗粒土隔离盘以及供水系统后，将试样装在三轴设备上开展力学特征试验，适用性广，实用性强。

实施例2

本发明还提供了一种如实施例1所述的模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置的试验方法，所述试验方法包括如下步骤：

步骤一：将制样器1竖直放置并在内部套设橡胶膜，将土样2分为若干份，将各土样2依次装入制样器1中并击实，装样过程中，在制样器1多个对应位置安装张力计，装样完毕后，在土样顶端连接好供水系统；

具体的，将制样器1、粗粒土隔离盘3、土水分离器以及渗流水收集系统安装好，将土样分为5份依次装入制样器1中，每份土样2装入制样器1后，按照预先计算的分层厚度将每层土样击实之后再装入下一层土样，装样过程中，土样2高度到安装张力计的位置时，安装张力计后再继续装填土样2，制样器1上安装有三个与土样连接的张力计，三个张力计位于土样的不同高度，土样装填完成后，在土样2顶端安装试样帽5，试样帽5与供水管路7连通。

具体而言，所述制样装置适用的土样的土颗粒直径为0.001mm～60mm，试样直径要求是最大颗粒直径的5倍以上，所述制样器的直径不小于300mm，适用范围广。

步骤二：通过调节支架调整制样器至设定倾斜角度，在渗流-潜蚀试验开始前，通过注水口14向粗粒土隔离盘3以及土水分离器内注水，保持粗粒土隔离盘3和土水分离器的内部孔隙全部充满水；

步骤三：按照设计水头开启供水系统开始向土样注水，试验过程中保持水头恒定，同时测定供水系统水流流量；水入渗过程中，通过张力计实时监测土样中基质吸力的变化，当多个传感器的基质吸力值均增加到0时，说明土样基本饱和，根据此过程中的读数得到土样非饱和渗流过程中的土水特征曲线；

步骤四：试样完全饱和后，继续保持试样顶部水头在一定值，此处水头只可以和步骤三中的水头值一样，或者根据试验需求进行调节，使得水持续流经土样内部，形成对细颗粒土的潜蚀作用，待渗流-潜蚀时间达到设定值后，关闭供水系统和渗流水收集系统的阀门，渗流-潜蚀试验完成，在试验过程中，实时监测供水系统的水流量以及渗流水收集系统的水压和水流量，得到渗流-潜蚀过程中土样渗透系数的变化；

步骤五：调整调节支架使得制样器呈水平放置，卸掉制样器1上的试样帽以及制样器底部的土水分离器和粗粒土隔离盘；将土水分离器中的水全部收集至渗流水收集系统中，将土水分离器中的细粒土烘干并称重，即可得到土样的潜蚀量。

具体的，将制样器调节至水平后，拆卸掉试样帽、土水分离器以及粗粒土隔离盘，抬高土水分离器，并打开渗流水收集系统管路上的阀门，使得土水分离器中的渗流水全部流入储水桶内，将土颗粒收集器中的细粒土按照分隔的区域进行收集并分别烘干并称重，即可得到粗粒土的潜蚀量，并可分析出不同渗流通道的潜蚀量。

最后，移动调节支架，将土样推至三轴试验装置处，将土样安装好，即可开展三轴试验。

本发明提供的模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，将宽级配粗粒土装填至内部套有橡胶膜的制样器中，在制样器上设置多个张力计，在土样顶端放置连接有供水管路的试样帽，通过调节支架调整试样器至设定的倾斜角度，继而使得土样倾斜至设定角度，打开供水系统，水由试样顶部开始向底部入渗，随着土样饱和度的变化，土样由非饱和状态转化为饱和状态，此过程中可以监测土样的土水特征，进而得到土样非饱和渗流过程中的土水特征曲线；土样饱和后，供水系统持续供水至设定时长，渗流水流速在达到最大渗透速度后，土样中的细颗粒将被持续潜蚀，渗流-潜蚀试验停止后，启动调节支架使得试样器呈水平放置，卸掉供水系统、土水分离器以及粗粒土隔离盘，将装填有土样的制样器移动至三轴设备处装样进行三轴力学特征试验，方便快捷。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神和范围。尽管已描述了本发明的实施例，应理解本发明不应限制为此实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (10)

1.一种模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，其特征在于，包括制样器、供水系统、土水分离器和渗流水收集系统，所述制样器用于装填土样，所述供水系统与所述制样器连通用于在制样时提供水源以形成渗流-潜蚀作用环境，所述制样器的底部设置有粗粒土隔离盘，所述粗粒土隔离盘底部依次连接有所述土水分离器和所述渗流水收集系统，所述制样器还连接有用于调节所述制样器倾斜角度的调节支架。

2.根据权利要求1所述的模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，其特征在于，所述制样器由透明有机玻璃制成，所述制样器上设置有多个用于安装张力计的通孔，各所述通孔沿所述制样器的中部在不同高度设置。

3.根据权利要求1所述的模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，其特征在于，所述供水系统包括试样帽、供水水源以及供水管路，所述试样帽位于所述制样器内且底部与所述制样器内的土样顶端接触，所述试样帽通过所述供水管路与所述供水水源连接；所述供水管路上还连接有流量监测器，所述供水水源还连接有水压监测器。

4.根据权利要求3所述的模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，其特征在于，所述试样帽包括基板，所述基板上设置有与所述供水管路连通的进水口，所述基板上开设有与所述进水口连通的进水主通道，所述基板上还开设有多个与所述进水主通道连通的供水通道。

5.根据权利要求1所述的模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，其特征在于，所述土水分离器包括土颗粒收集器、过滤组件和渗流水集中器，所述土颗粒收集器与所述粗粒土隔离盘连接，所述渗流水集中器与所述土颗粒收集器连接，所述土颗粒收集器和所述渗流水集中器之间设置有所述过滤组件。

6.根据权利要求5所述的模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，其特征在于，所述土颗粒收集器包括壳体，所述壳体内设置有多个横向隔断和多个竖向隔断将壳体分隔成多个区域。

7.根据权利要求1所述的模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，其特征在于，所述粗粒土隔离盘或所述土水分离器上设置有注水口。

8.根据权利要求1所述的模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，其特征在于，所述调节支架包括升降机构和环抱器，所述环抱器套设在所述制样器外侧，所述升降机构的输出端与所述环抱器铰接，所述升降机构的底部设置有锁止万向轮。

9.根据权利要求1所述的模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，其特征在于，所述渗流水收集系统包括储水筒和渗流水管路，所述渗流水管路的一端与所述土水分离器的出水端连接，另一端与所述储水筒连接；所述渗流水管路上连接有水压监测器和流量监测器。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置的试验方法，其特征在于，所述试验方法包括如下步骤：

步骤一：将制样器竖直放置并在内部套设橡胶膜，将土样分为若干份，将各土样依次装入制样器中并击实，装样过程中，在制样器多个对应位置安装张力计，装样完毕后，在土样顶端连接好供水系统；

步骤二：通过调节支架调整制样器至设定倾斜角度，在渗流-潜蚀试验开始前，向粗粒土隔离盘以及土水分离器内注水，保持粗粒土隔离盘和土水分离器的内部孔隙全部充满水；

步骤三：开启供水系统开始向土样注水，试验过程中保持水头恒定，同时测定供水系统水流流量；水入渗过程中，通过张力计实时监测土样中基质吸力的变化，当多个传感器的基质吸力值均增加到0时，说明土样基本饱和，根据此过程中的读数得到土样非饱和渗流过程中的土水特征曲线；

步骤四：试样完全饱和后，继续保持试样顶部水头在一定值，使得水持续流经土样内部，形成对细颗粒土的潜蚀作用，待渗流-潜蚀时间达到设定值后，关闭供水系统和渗流水收集系统的阀门，渗流-潜蚀试验完成，在试验过程中，实时监测供水系统的水流量以及渗流水收集系统的水压和水流量，得到渗流-潜蚀过程中土样渗透系数的变化；

步骤五：调整调节支架使得制样器呈水平放置，卸掉制样器上的试样帽以及制样器底部的土水分离器和粗粒土隔离盘；将土水分离器中的水全部收集至渗流水收集系统中，将土水分离器中的细粒土烘干并称重，即可得到土样的潜蚀量。