CN204125898U - 一种模拟地震作用下坝基渗流的试验装置 - Google Patents

一种模拟地震作用下坝基渗流的试验装置 Download PDF

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孙杰
袁磊
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Abstract

本实用新型公开了一种模拟地震作用下坝基渗流的试验装置,该装置由装样槽、地震模拟器、水头控制装置、路径示踪器、电子流量计、水压力传感器、数据采集装置、计算机终端组成。装样槽内部左右两侧设有挡板插槽,可以嵌入具有不同功能的挡板;通过改变地震模拟器内的地震波,模拟坝基在不同级数地震下的渗流现象;通过装样槽左侧的水头控制装置改变水位高度,模拟坝基在不同水头下的渗流以及渗透破坏;通过路径示踪器得出坝基中的渗流路径以及对电子流量计、水压力传感器所采集得到的数据进行分析,得到相应的渗流场、应力场。为实际坝基工程的设计与施工提供指导,也可以作为岩土工程与水利工程教学与科研实验之用。

Description

一种模拟地震作用下坝基渗流的试验装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种模拟地震作用下坝基渗流的试验装置,属于水利工程模型试验领域。
背景技术
[0002] 大坝安全作为公共安全的重大问题,受到世界各国的普遍关注。多次大地震中的大坝震害使得大坝的的抗震安全成为关注的重点之一。我国已建成的平原水库千余座,南水北调工程以后,平原水库的存在就更加具有实际意义,平原水库在我国的分布十分广泛,而且很多平原水库分布在人口集中的大中城市附近,一旦发生问题,对人民的生命财产安全将造成巨大的影响。平原水库大坝的地质条件往往比较差,普遍特点是表层为黏土或亚黏土,下部为砂土。这些土在动荷载的作用下将发生液化,因此坝基中土体的渗流场在动荷载作用下的变化对我们研究大坝的抗震将尤为重要。但是,目前的试验模型也大多是模拟静力作用下坝基的渗流,无法准确得到土体中的渗流路径,得到的试验现象无法表征实际工程,得出的结论无法给坝基工程的抗震设计提供指导作用。
[0003] 因此,需要一种新的试验装置以解决上述问题。
发明内容
[0004] 为解决上述问题,本实用新型提供一种模拟地震作用下坝基渗流的试验装置。
[0005] 为实现上述实用新型目的,本实用新型采用如下技术方案:
[0006] 一种模拟地震作用下坝基渗流的试验装置,包括装样槽、地震模拟器、水头控制装置、路径示踪器、电子流量计、水压力传感器、数据采集装置、计算机终端,其中,所述装样槽的左侧上部设有装样槽进水口,所述装样槽进水口上通过塑料软管连接所述水头控制装置,所述装样槽内部垂直所述装样槽底部的设有两个挡板插槽,分别是左侧挡板插槽和右侧挡板插槽,在所述左侧挡板插槽和右侧挡板插槽上分别可拆卸的安装有左侧挡板和右侧挡板;所述装样槽底部连接有所述地震模拟器;所述路径示踪器由至少三根设有阀门的玻璃导管组成,玻璃导管垂直装样槽底部设置在左侧挡板的右侧面上,且可沿装样槽的高度方向上下调整;所述装样槽的右侧底部设有出水口,所述电子流量计安装在所述出水口处;在装样槽的前后两侧面板上布置水压力传感器,所述水压力传感器沿装样槽的高度方向均匀设置;所述电子流量计、水压力传感器测得的数据通过所述数据采集装置采集后与所述计算机终端相连。
[0007] 所述左侧挡板和右侧挡板将装样槽的内部分隔成左侧腔室、中间腔室及右侧腔室,所述的装样槽进水口设置在所述左侧腔室的顶部,且在左侧腔室的腔壁上设有刻度线。
[0008] 所述中间腔室的顶端设有可打开或封闭的有机玻璃盖板。
[0009] 所述的水头控制装置包括带有刻度线的支架、滑轮、水槽、绳子,所述的水槽上设有进水口、出水口及溢水口,所述进水口与外部水源连接,出水口通过塑料软管与所述装样槽进水口连接,溢水口确保一定的水位,水槽的上端通过动滑轮组件连接在带有刻度线的支架上。
[0010] 所述地震模拟器上连接有地震波控制器。
[0011] 所述电子流量计采用双转子流量计。
[0012] 本实用新型的有益效果:
[0013] 1、该装置能够真实地模拟地震作用下坝基工程中土体发生渗流的现象,通过改变地震模拟器内的地震波,模拟坝基在不同级数地震下渗流现象;通过左侧的水头控制装置改变水位高度,模拟坝基在不同水头下的渗流以及渗透破坏;通过改变装样槽内部砂土层的厚度,模拟不同实际坝基工程中土体的渗流;通过路径示踪器得出坝基中的渗流路径。
[0014] 2、该装置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,得出结论,为实际坝基工程的抗震设计与施工提供指导。
[0015] 3、该装置所用的双转子流量计、水压力传感器都与数据采集装置接通,通过数据采集装置对测量装置获取的数据进行收集并输入计算机终端,节约了人力成本,也确保了数据的准确性。
[0016] 4、该装置不仅为坝基工程的抗震设计与施工提供指导作用,也能作为岩土工程与水利工程学科的教学与科研实验设备之用。
附图说明
[0017] 图1是本实用新型的结构示意图;
[0018] 图2是装样槽装样后的剖面图;
[0019] 图中,1、带刻度线的支架;2、溢水口 ;3、绳子;4、滑轮;5、水槽进水口 ;6、装样槽进水口 ;7、刻度线;8、地震波控制器;9、水压力传感器;10、地震模拟器;11、数据采集装置;
12、计算机终端;13、装样槽出水口 ;14、双转子流量计;15、右侧插槽;16、有机玻璃盖板;17、左侧插槽;18、路径示踪器;19、阀门;20、透水挡板;21、砂土层;22、透砂挡板(也能透水);23、黏土、亚黏土等其他土层。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本实用新型,应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0021] 请参阅图1、图2所示,本实用新型公开了一种模拟地震作用下坝基渗流的试验装置,该装置主要包括具有进水口 6和出水口 13的装样槽、连接装样槽进水口的水头控制装置、连接装样槽出水口的双转子流量计14、设置于装样槽侧面的水压力传感器9、设置于透水挡板右侧的路径示踪器18、设置于装样槽底部的地震模拟器10、连接于地震模拟器的地震波控制器8、连接数据采集装置的计算机终端12。
[0022] 所述的地震模拟器10通过地震波控制器8控制,模拟坝基在不同级数地震下的渗流现象。
[0023] 所述的水头控制装置包括带有刻度线的支架1、滑轮4、水槽、绳子3,所述的水槽上设有进水口 5、出水口、溢水口 2,进水口 5与外部水源连接,出水口通过塑料软管6与装样槽进水口连接,溢水口 2确保一定的水位,通过绳子3拉伸长度的改变,模拟坝基在不同水头下的渗流以及渗透破坏情况。
[0024] 所述的装样槽内部设有两道插槽,分别为左侧插槽17和右侧插槽15,左侧插槽17中插入透水挡板20,右侧插槽中插入透砂挡板(也能透水)22。
[0025] 所述装样槽侧面设有刻度线,能够读出装入砂土层的厚度,根据不同实际坝基工程在地震作用下的渗流以及渗透破坏现象。
[0026] 所述路径示踪器18由至少三根设有阀门19的玻璃导管组成,玻璃导管垂直装样槽底部设置,并且可调节嵌入土样深度,确保至少三根玻璃导管处于同一水平面,在路径示踪器中装入不同颜色的荧光示踪剂,得到土样中的渗流路径。
[0027] 所述的地震波控制器8能实时得出模拟的参数,水压力传感器9实时监测土样中的水头高度,双转子流量计14实时监测流量,水压力传感器9和双转子流量计14与数据采集装置11连接,数据采集装置11与计算机终端12连接,整个试验过程实现数据采集自动化,提高了数据的准确性。
[0028] 本实用新型的工作原理如下:如图1、图2所示,打开装样槽顶端的有机玻璃盖板16,在装样槽的中间腔室中装入土样,模拟不同的坝基工程装入不同的砂土层厚度,分层装入并进行压实,排去土体孔隙中的气体,对土体进行饱和处理,将至少三根玻璃导管嵌入透水挡板20右侧面的土样中,确保至少三根玻璃导管处于同一平面,在导管中加入不同颜色的荧光示踪剂,封闭装样槽上侧盖板16。
[0029] 通过地震波控制器8调节地震模拟器10的模拟级数,模拟坝基在该级数地震下的渗流现象,将水源接入水头控制装置中的进水口 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,装样槽内土样形成渗流场,当开始渗流时,打开路径示踪器阀门,使得荧光示踪剂顺着水流形成清晰的渗流路径。水压力传感器9和双转子流量计14实时记录数据,注意观察透砂挡板(也能透水)22右侧砂量的变化以及土样中的渗流路径并作记录,待水压力传感器9与双转子流量计14测得的数据稳定后,增大水头高度,直至土样发生渗透破坏,得到此地震级数下相应的渗流场,应力场。改变地震级数或砂土层厚度,继续进行以上试验过程,得出不同砂土层厚度下的坝基在不同地震级数下相对应的渗流场、变形场。为实际坝基工程的抗震设计与施工提供指导作用。

Claims (6)

1.一种模拟地震作用下坝基渗流的试验装置,其特征在于,包括装样槽、地震模拟器、水头控制装置、路径示踪器、电子流量计、水压力传感器、数据采集装置、计算机终端,其中,所述装样槽的左侧上部设有装样槽进水口,所述装样槽进水口上通过塑料软管连接所述水头控制装置,所述装样槽内部垂直所述装样槽底部的设有两个挡板插槽,分别是左侧挡板插槽和右侧挡板插槽,在所述左侧挡板插槽和右侧挡板插槽上分别可拆卸的安装有左侧挡板和右侧挡板;所述装样槽底部连接有所述地震模拟器;所述路径示踪器由至少三根设有阀门的玻璃导管组成,玻璃导管垂直装样槽底部设置在左侧挡板的右侧面上,且可沿装样槽的高度方向上下调整;所述装样槽的右侧底部设有出水口,所述电子流量计安装在所述出水口处;在装样槽的前后两侧面板上布置水压力传感器,所述水压力传感器沿装样槽的高度方向均匀设置;所述电子流量计、水压力传感器测得的数据通过所述数据采集装置采集后与所述计算机终端相连。
2.根据权利要求1所述的一种模拟地震作用下坝基渗流的试验装置,其特征在于:所述左侧挡板和右侧挡板将装样槽的内部分隔成左侧腔室、中间腔室及右侧腔室,所述的装样槽进水口设置在所述左侧腔室的顶部,且在左侧腔室的腔壁上设有刻度线。
3.根据权利要求2所述的一种模拟地震作用下坝基渗流的试验装置,其特征在于:所述中间腔室的顶端设有可打开或封闭的有机玻璃盖板。
4.根据权利要求3所述的一种模拟地震作用下坝基渗流的试验装置,其特征在于:所述的水头控制装置包括带有刻度线的支架、滑轮、水槽、绳子,所述的水槽上设有进水口、出水口及溢水口,所述进水口与外部水源连接,出水口通过塑料软管与所述装样槽进水口连接,溢水口确保一定的水位,水槽的上端通过动滑轮组件连接在带有刻度线的支架上。
5.根据权利要求4所述的一种模拟地震作用下坝基渗流的试验装置,其特征在于:所述地震模拟器上连接有地震波控制器。
6.根据权利要求f 5中任一权利要求所述的一种模拟地震作用下坝基渗流的试验装置,其特征在于:所述电子流量计采用双转子流量计。
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