CN203824878U - 一种模拟堤基工程土体防渗的试验装置 - Google Patents

一种模拟堤基工程土体防渗的试验装置 Download PDF

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孙杰
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Abstract

本实用新型公开了一种模拟堤基工程土体防渗的试验装置,它包括设有土样的装样槽、水头控制装置、电子流量计、液位传感器、变形测量仪、示踪器和数据采集系统,所述装样槽内设有垂直和水平两道挡板插槽,通过改变垂直插槽中实体挡板的嵌入深度和水平插槽中实体挡板的规格来模拟实际堤基工程土体防渗结构的设计;通过水头控制装置改变水位高度来模拟堤基工程土体在不同水位下的渗流以及渗透破坏;通过改变试验土样来研究管涌以及流砂现象;根据对数据采集系统、示踪器获取的数据,分析得到相应的渗流场、应力场、变形场和渗流路径。本实用新型能够为实际堤基工程土体防渗设计与施工提供有价值的决策参考。

Description

一种模拟堤基工程土体防渗的试验装置
技术领域
本实用新型属于水利工程技术领域,特别是涉及一种模拟堤基工程土体防渗的试验装置。 
背景技术
堤防是江河湖海的重要水利工程,是防洪体系的重要组成部分。据统计,我国现有的江河湖泊堤防26.5万km,但这些工程在建时由于受到经济、技术和环境条件的制约以及长时间的运行,不同程度地存在着安全隐患,尤其是堤基土体的渗流,严重地威胁着堤防工程的安全。因此,对堤基土体进行有效的除险加固显得尤为重要。现有公知的模型试验装置大多只是模拟堤基土体的渗流过程,并没有对堤基土体的防渗进行深入的研究,也没有对细颗粒的流动路径进行准确的表征,更没有模拟两侧不同水位作用下的堤基土体渗流,因此得到的试验结果无法准确地表征实际工程,得到的结论应用于实际工程具有明显的局限性,难以满足堤基工程堤基土体防渗的需要。
发明内容
本实用新型目的是为克服现有技术的不足而提供一种堤基工程土体防渗的试验装置,本实用新型能够模拟实际堤基工程土体垂直或水平防渗结构,根据对数据采集系统、示踪器获取的数据,分析得到相应的渗流场、应力场、变形场和渗流路径。本实用新型能够为实际堤基工程土体防渗设计与施工提供有价值的决策参考。
根据本实用新型提出的一种模拟堤基工程土体防渗的试验装置,其特征在于它包括设有土样(24)的装样槽(15)、水头控制装置(23)、电子流量计(12)、液位传感器(11)、变形测量仪(19)、示踪器(17)和数据采集系统(13),其中:所述水头控制装置(23)通过塑料软管(7)与装样槽进水口(6)连接,该装样槽(15)内设有两道实体挡板插槽,分别垂直和平行于装样槽(15),在该实体挡板插槽上设有可拆卸并可移动的实体挡板;所述数据采集系统(13)分别与电子流量计(12)、液位传感器(11)和变形测量仪(19)连接,其中:电子流量计(12)设置在装样槽(15)右侧出水口(14)处,设有多个液位传感器(11)并沿高度方向均匀设置在装样槽(15)内侧,变形测量仪(19)设置在装样槽(15)右侧的土样(24)上部;示踪器(17)包括可上下调整的设有阀门(16)的玻璃导管,该玻璃导管垂直于装样槽(15)底部设置,示踪器(17)嵌入装样槽(15)左侧的土样(24)中并与装样槽(15)固定连接。
本实用新型与现有技术相比其显著优点在于:
第一,本实用新型既可通过改变装样槽内垂直插槽中实体挡板的嵌入深度,模拟实际堤基工程土体垂直防渗结构的嵌入深度对堤基工程土体产生的渗流以及渗透破坏现象;又可通过改变水平插槽中实体挡板的规格,模拟实际堤基工程土体中水平防渗结构的设计长度对堤基工程土体产生的渗流以及渗透破坏现象;也可通过改变装样槽左侧的水头控制装置,模拟堤基工程土体在不同水位下的渗流以及渗透破坏现象;还可通过改变装样槽内的土样,对堤基工程土体的管涌以及流土现象进行研究。
第二,本实用新型通过对数据采集装置收集的数据进行分析,得到相应的渗流场、应力场、变形场和渗流路径等实时数据结果,为实际堤基工程土体的防渗设计与施工提供有效的指导。
第三,本实用新型的数据采集系统分别与电子流量计、液位传感器和变形测量仪连接,通过数据采集系统对各测量仪获取的实时数据进行分析,既保证了试验数据的准确性,又节约了大量的人力成本。
第四,本实用新型不仅为堤基工程土体的防渗设计与施工提供指导,而且为岩土工程与水利工程学科提供了科学的实验设备。
附图说明
    图1是本实用新型提出的一种模拟堤基工程土体防渗的试验装置的结构示意图。
图2是本实用新型的装样槽在装样后模拟垂直防渗的剖面结构示意图。
图3是本实用新型的装样槽在装样后模拟水平防渗的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。
结合图1,一种模拟堤基工程土体防渗的试验装置,它包括设有土样(24)的装样槽(15)、水头控制装置(23)、电子流量计(12)、液位传感器(11)、变形测量仪(19)、示踪器(17)和数据采集系统(13),其中:所述水头控制装置(23)通过塑料软管(7)与装样槽进水口(6)连接,该装样槽(15)内设有两道实体挡板插槽,分别垂直和平行于装样槽(15),在该实体挡板插槽上设有可拆卸并可移动的实体挡板;所述数据采集系统(13)分别与电子流量计(12)、液位传感器(11)和变形测量仪(19)连接,其中:电子流量计(12)设置在装样槽(15)右侧出水口(14)处,设有多个液位传感器(11)并沿高度方向均匀设置在装样槽(15)内侧,变形测量仪(19)设置在装样槽(15)右侧的土样(24)上部;示踪器(17)包括可上下调整的设有阀门(16)的玻璃导管,该玻璃导管垂直于装样槽(15)底部设置,示踪器(17)嵌入装样槽(15)左侧的土样(24)中并与装样槽(15)固定连接。
本实用新型进一步的优选方案是:
本实用新型所述的水头控制装置(23)由带有刻度线的支架(1)、滑轮(4)、水槽(21)和绳子(3)组成,该水槽(21)上设有水槽进水口(5)、水槽出水口(22)、水槽溢水口(2),水槽进水口(5)与外部水源连接,水槽出水口(22)通过塑料软管(7)与装样槽进水口(6)连接,水槽溢水口(2)与试验用水回收池连接。
本实用新型所述的实体挡板包括垂直实体挡板(18)和水平实体挡板(20),其中:垂直实体挡板(18)可上下移动地插接在所述装样槽(15)底部的垂直插槽(9)上,水平实体挡板(20)可左右移动地插接在所述装样槽(15)底部的水平插槽(8)上。
本实用新型所述的玻璃导管的数量为3~5根。
现以模拟堤基工程土体垂直防渗或水平防渗的试验系统为例,进一步详细说明本实用新型的具体实施例。
如图1、图2所示,本实用新型公开了一种模拟堤基工程土体垂直防渗的试验装置,该装置主要包括:设有土样(24)、装样槽进水口(6)和装样槽出水口(14)的装样槽(15)、连接装样槽进水口(6)的水头控制装置(23)、连接装样槽出水口(14)的电子流量计(12)、位于装样槽(15)外侧面沿高度方向均匀设置的若干液位传感器(11)、位于装样槽(15)内河堤模型(10)右侧的土样(24)上部的变形测量仪(19)、位于装样槽(15)内河堤模型(10)左侧的示踪器(17)和数据采集系统(13)。
所述的水头控制装置(23)包括带有刻度线的支架(1)、滑轮(4)、水槽(21)和绳子(3),所述水槽(21)上设有水槽进水口(5)、水槽出水口(22)、水槽溢水口(2),水槽进水口(5)与外部水源连接,水槽出水口(22)通过塑料软管(7)与装样槽进水口(6)连接,水槽溢水口(2)确保一定的水位,通过绳子(3)拉伸长度的改变,模拟堤基工程土体在不同水位下的渗流以及渗透破坏情况。
所述的装样槽内设有两道实体挡板插槽,分别为水平插槽(8)和垂直插槽(9),通过改变垂直插槽中实体挡板的嵌入深度来模拟实际堤基工程土体垂直防渗结构的嵌入深度;或者通过改变水平插槽中实体挡板的规格来模拟实际堤基工程土体水平防渗结构的铺设长度。
所述示踪器(17)包括设有阀门(16)的玻璃导管,该玻璃导管垂直于装样槽(15)底部设置且可上下移动,试验时采用3根设有阀门(16)的玻璃导管,也可根据需要采用4根或者5根设有阀门(16)玻璃导管,并使设有阀门(16)的玻璃导管处于同一水平面,在示踪器(17)中装入三种不同颜色的荧光示踪剂,以便得到实际土样(24)中的渗流路径。
所述的液位传感器(11)实时监测土样(24)中的水头高度,电子流量计(12)实时监测流量,变形测量仪(19)等距离设置在河堤模型右侧土样上部,能够实时读取土样(24)的变形量,三者都与数据采集系统(13)连接,既可确保数据准确,又可节省大量的人力成本。
模拟堤基工程土体垂直防渗或水平防渗的试验装置的工作原理是:
如图1、图2所示,在垂直插槽(9)中将垂直实体挡板(18)嵌入一定深度,在装样槽(15)中装入土样(24),分层装入并进行压实,排去土样(24)孔隙中的气体,对土样(24)进行饱和处理,变形测量仪(19)等距离设置在河堤模型(10)右侧土样(24)上部并与数据采集系统(13)连接,将示踪器(17)嵌入河堤模型(10)左侧土样(24)中,确保3根设有阀门(16)的玻璃导管处于同一平面上,在设有阀门(16)的玻璃导管中加入三种不同颜色的荧光示踪剂;将水源接入水头控制装置(23)中的水槽进水口(5),根据所要模拟的水头高度,改变绳子(3)的拉伸长度,在水头差的作用下,装样槽(15)内土样(24)形成渗流场,模拟堤基工程土体中垂直防渗结构的嵌入深度对堤基工程土体产生的渗流以及渗透破坏现象。
液位传感器(11)、电子流量计(12)和变形测量仪(19)实时记录数据,注意观察河堤模型(10)右侧的土样(24)表面的现象以及土样(24)中的渗流路径并作记录,待液位传感器(11)、电子流量计(12)和变形测量仪(19)分别测得的数据稳定后,改变绳子(3)的拉伸长度,增大水头高度,直至土样(24)发生渗透破坏,得到该嵌入深度相应的渗流场、应力场和变形场;通过改变垂直实体挡板(18)的嵌入深度,模拟不同堤基工程土体中垂直防渗结构的嵌入深度,继续进行以上试验过程,得到不同嵌入深度下的渗流场、应力场和变形场。
如图1、图3所示,本实用新型提出的模拟堤基工程土体水平防渗的试验装置的工作原理与上述模拟堤基工程土体垂直防渗的试验装置的工作原理类同,只要将垂直实体挡板(18)换成水平实体挡板(20),即可模拟实际堤基工程土体中的水平防渗结构,既可通过改变水平插槽(8)中水平实体挡板(20)的规格,模拟实际堤基工程土体中水平防渗结构的设计长度对堤基工程土体产生的渗流以及渗透的破坏现象,又可通过改变装样槽(15)内的土样(24),对堤基工程土体的管涌以及流砂现象进行试验,为实际堤基工程土体防渗设计与施工提供有价值的决策参考。
本实用新型的具体实施方式中凡未涉到的说明属于本领域的公知技术,可参考公知技术加以实施。
本实用新型经反复试验验证,取得了满意的应用效果。
以上实施例仅为本实用新型公开的一种实施方式而不限于本实用新型保护的范围,凡对本实用新型技术方案基础上做出的任何等同变化或等效的改动,均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。

Claims (5)

1.一种模拟堤基工程土体防渗的试验装置,其特征在于它包括设有土样(24)的装样槽(15)、水头控制装置(23)、电子流量计(12)、液位传感器(11)、变形测量仪(19)、示踪器(17)和数据采集系统(13),其中:所述水头控制装置(23)通过塑料软管(7)与装样槽进水口(6)连接,该装样槽(15)内设有两道实体挡板插槽,分别垂直和平行于装样槽(15),在该实体挡板插槽上设有可拆卸并可移动的实体挡板;所述数据采集系统(13)分别与电子流量计(12)、液位传感器(11)和变形测量仪(19)连接,其中:电子流量计(12)设置在装样槽(15)右侧出水口(14)处,设有多个液位传感器(11)并沿高度方向均匀设置在装样槽(15)内侧,变形测量仪(19)设置在装样槽(15)右侧的土样(24)上部;示踪器(17)包括可上下调整的设有阀门(16)的玻璃导管,该玻璃导管垂直于装样槽(15)底部设置,示踪器(17)嵌入装样槽(15)左侧的土样(24)中并与装样槽(15)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种模拟堤基工程土体防渗的试验装置,其特征在于所述的水头控制装置(23)由带有刻度线的支架(1)、滑轮(4)、水槽(21)和绳子(3)组成,该水槽(21)上设有水槽进水口(5)、水槽出水口(22)、水槽溢水口(2),水槽进水口(5)与外部水源连接,水槽出水口(22)通过塑料软管(7)与装样槽进水口(6)连接,水槽溢水口(2)与试验用水回收池连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种模拟堤基工程土体防渗的试验装置,其特征在于所述的实体挡板包括垂直实体挡板(18)和水平实体挡板(20),其中:垂直实体挡板(18)可上下移动地插接在所述装样槽(15)底部的垂直插槽(9)上,水平实体挡板(20)可左右移动地插接在所述装样槽(15)底部的水平插槽(8)上。
4.根据权利要求1或2所述的一种模拟堤基工程土体防渗的试验装置,其特征在于所述的玻璃导管的数量为3~5根。
5.根据权利要求3所述的一种模拟堤基工程土体防渗的试验装置,其特征在于所述的玻璃导管的数量为3~5根。
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