CN207396288U - 一种可变渗径并自动记录动态数据的管涌试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可变渗径并自动记录动态数据的管涌试验装置，包括模型槽、水循环系统、用于记录试验数据的数据记录系统和用于将接收的数据进行处理的数据处理终端；该装置采用了自动化监控技术，不需要长时间人为观测，同时考虑到了时间效应在管涌试验中的影响，通过数据采集与处理终端自动接收处理动态数据，并对接监控APP，实现实时的手机观测以及对管涌口的监测；同时也克服了现有管涌模型装置误差大、尺寸效应明显及精度较低等缺陷。

Description

一种可变渗径并自动记录动态数据的管涌试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种可变渗径并自动记录动态数据的管涌试验装置，管涌现象的试验装置。

背景技术

管涌是江河大堤在汛期常见险情之一。历史上曾多次发生管涌，给江河两岸的人民带来了巨大的经济损失和人员伤亡。1998年洪水期间发生的大范围的管涌破坏至今还让人心有余悸，但是对管涌的理论研究至今尚不成熟，其原因是发生管涌的渗流机理还没有在理论上取得突破，故海堤工程的管涌等渗透破坏问题受到了学术及工程界的普遍关注。

申请号为201310052803.7，名称为“一种研究海堤工程管涌现象的试验装置及试验方法”的发明专利公开了一种研究海堤工程管涌现象的试验装置，该试验装置包括：具有进水口的模型槽、连接进水口的基于单片机的智能水头控制系统、位于模型槽外侧面不同位置的若干水头测量装置、设置于模型槽内上游处的透水板、设置于模型槽内下游处的隔板、设置于隔板外侧的排水孔、排水孔下部接有电子流量计。所述装置通过基于单片机的智能水头控制系统使施加于土样的水头差随时间呈正弦曲线变化，模拟海浪、潮汐等循环涨落水流对海堤工程的冲击作用，同时也克服了现有管涌试验模型装置误差大、尺寸效应明显及精度低等的缺陷。

然而实际室内试验中，由于大多数据需要人为观测，并且无法长时间的进行试验，室内管涌试验大多未考虑时间因素对试验的影响，并且室内管涌试验由于耗时较长，动态数据无法同为人为实时观测，得到的大多为一个短暂时间内的数据，试验结果可能存在偶然性。然而在实际工程中，管涌的发生大多在土体被长时间连续侵蚀之后，所以在室内试验时应当考虑时间因素及动态数据观测的影响。

实用新型内容

本实用新型提供一种可变渗径并自动记录动态数据的管涌试验装置，该装置采用了自动化监控技术，不需要长时间人为观测，同时考虑到了时间效应在管涌试验中的影响，通过数据采集与处理终端自动接收处理动态数据，并对接监控APP，实现实时的手机观测以及对管涌口的监测；同时也克服了现有管涌模型装置误差大、尺寸效应明显及精度较低等缺陷。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可变渗径并自动记录动态数据的管涌试验装置，包括模型槽、水循环系统、用于记录试验数据的数据记录系统和用于将接收的数据进行处理的数据处理终端；

在模型槽表面设置有用于覆盖开口的盖板，在盖板上开设第二缺口，第二缺口内插入可移动的管涌口控制板，在管涌口控制板上开设管涌口；

前述的水循环系统包括砂水分离室、进水室、缓冲室和蓄水槽，砂水分离室设置在模型槽外部，其与管涌口相连通，在模型槽的上游端部处设置缓冲室，其一侧与模型槽相连通，缓冲室的另一侧与进水室的一侧相连通，在进水室的另一侧开设排水口，其中，进水室的开口、排水口均与蓄水槽相连通；

数据记录系统包括孔隙水压力计、电子秤、流量计和摄像头，在模型槽的侧壁上分布有多个孔隙水压力计，多个孔隙水压力计同时与数据采集及传输模块相连接，砂水分离室的下游位置处安置流量计，砂水分离室的底部设置电子秤，前述的摄像头安装在模型槽上方；

前述的数据采集及传输模块、电子秤、流量计和摄像头均与数据处理终端相连通；

作为本实用新型的进一步优选，前述的进水室设有高于模型槽表面的围合玻璃板，在进水室的另一侧玻璃板上开设第一缺口，第一缺口的底端与模型槽顶部表面平齐；在第一缺口上插入可移动的水头控制板，前述的排水口开设在水头控制板上；

作为本实用新型的进一步优选，前述的第一缺口高度为400mm，宽度为50mm；水头控制板的两侧与第一缺口通过橡胶卡槽紧密连接；

作为本实用新型的进一步优选，管涌口控制板的两侧与第二缺口通过橡胶卡槽紧密连接；

作为本实用新型的进一步优选，进水室另一侧靠近底端处开设平用于试验结束后排出装置中剩余水的排水孔，前述的排水孔直径为25mm；

作为本实用新型的进一步优选，在蓄水槽内还设有水泵，其通过进水管伸入排水口与进水室相连通；还包括溢流管，其一端伸进蓄水槽内，其另一端伸入进水室内；

作为本实用新型的进一步优选，缓冲室的另一侧通过多孔透水板与进水室的一侧相连通。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过移动带有管涌口的管涌口控制板，从而实现渗流路径的无极变化，大幅提高了试验的可控性；

本实用新型通过移动进水室上的水头控制板，实现水头高度的控制，提高了试验精度；

本实用新型通过带有抽水泵的蓄水槽实现水流的循环利用，减少以往试验中对水的浪费；

本实用新型通过与电子秤、流量计、孔隙水压力计及摄像头相连的数据采集与处理终端，可在手机终端上实现动态数据的实时记录与观测，提高了试验的自动化程度，大幅减少了人工在长期管涌试验中耗费的精力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的优选实施例的整体结构示意图。

图中：1为模型槽，2为缓冲室，3为进水室，4为水头控制板，5为管涌口控制板，6为管涌口，7为砂水分离室，8为电子秤，9为流量计，10为水泵，11为进水管，12为溢流管，13为孔隙水压力计，14为数据采集及传输模块，15为排水孔，16为摄像头，17为数据处理终端，18为水循环系统，19为蓄水槽，20为橡胶卡槽，21为盖板，22为手机终端。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，本实用新型包括以下技术特征：模型槽1，缓冲室2，进水室3，水头控制板4，管涌口控制板5，管涌口6，砂水分离室7，电子秤8，流量计9，水泵10，进水管11，溢流管12，孔隙水压力计13，数据采集及传输模块14，排水孔15，摄像头16，数据处理终端17，水循环系统18，蓄水槽19，橡胶卡槽20，盖板21，手机终端22。

本实用新型的一种可变渗径并自动记录动态数据的管涌试验装置，包括模型槽、水循环系统、用于记录试验数据的数据记录系统和用于将接收的数据进行处理的数据处理终端；

在模型槽表面设置有用于覆盖开口的盖板，在盖板上开设第二缺口，第二缺口内插入可移动的管涌口控制板，在管涌口控制板上开设管涌口，以无级变化管涌口位置从而改变渗流路径长度；

前述的水循环系统包括砂水分离室、进水室、缓冲室和蓄水槽，砂水分离室设置在模型槽外部，其与管涌口相连通，在模型槽的上游端部处设置缓冲室，其一侧与模型槽相连通，缓冲室的另一侧与进水室的一侧相连通，在进水室的另一侧开设排水口，其中，进水室的开口、排水口均与蓄水槽相连通；

数据记录系统包括孔隙水压力计、电子秤、流量计和摄像头，在模型槽的侧壁上分布有多个孔隙水压力计，多个孔隙水压力计同时与数据采集及传输模块相连接，砂水分离室的下游位置处安置流量计，砂水分离室的底部设置电子秤，用于测量过滤截留下的砂土质量，并将数据传至数据处理终端，砂水分离室中分离后的水通过流量计时，记录当时时刻下的水流量，流量计将所测数据传至数据处理终端，水则流入蓄水槽内，以实现循环利用，前述的摄像头安装在模型槽上方，并将影响资料传至数据处理终端；

前述的数据采集及传输模块、电子秤、流量计和摄像头均与数据处理终端相连通；

作为本实用新型的进一步优选，前述的进水室设有高于模型槽表面的围合玻璃板，在进水室的另一侧玻璃板上开设第一缺口，第一缺口的底端与模型槽顶部表面平齐；在第一缺口上插入可移动的水头控制板，以均匀变化水位高度，前述的排水口开设在水头控制板上；

作为本实用新型的进一步优选，前述的第一缺口高度为400mm，宽度为50mm；水头控制板的两侧与第一缺口通过橡胶卡槽紧密连接，保证水头控制板以下的水不从接口缝隙处流出；

作为本实用新型的进一步优选，管涌口控制板的两侧与第二缺口通过橡胶卡槽紧密连接；

作为本实用新型的进一步优选，进水室另一侧靠近底端处开设用于试验结束后排出装置中剩余水的排水孔，前述的排水孔直径为25mm；

作为本实用新型的进一步优选，在蓄水槽内还设有水泵，其通过进水管伸入排水口与进水室相连通；还包括溢流管，其一端伸进蓄水槽内，其另一端伸入进水室内；

作为本实用新型的进一步优选，缓冲室的另一侧通过多孔透水板与进水室的一侧相连通。

本实用新型的实施过程如下：使用时，水流从蓄水槽通过水泵经过进水管流入进水室，通过水头控制板控制水位的高低，高于水头控制板的水将通过设于水头控制板顶部的溢流管排至蓄水槽中，进水室中的水流通过布满卵石的缓冲室后进入模型槽内，经管涌口排出后，最终进入蓄水槽；通过管涌口排出的砂土与水经过砂土分离室分离，并被电子秤和流量计分别测得流失量，并将数据传至数据处理终端。

试验阶段将管涌口保持在某一位置，然后根据试验需要均匀移动水头控制板达到相应水位高度，同时保证进水管的流速较大，溢流管中始终有水流出，以此来匀速升降水位；试验过程中设置在模型槽内各水平位置的孔隙水压力计随时测定不同位置的孔隙水应力，以用来计算管涌口发生涌砂现象时的临界水力梯度；同时试验过程中，在某一级水位高度保持恒定时，通过移动模型槽上的管涌口控制板均匀变换渗流路径长度，测试渗径长度对管涌破坏的影响；该装置能有效地模拟均匀升降水位或恒定水位情况，以及不同渗流路径长度时管涌破坏的机理，利于对管涌的试验研究。

整个试验由摄像头进行全程拍摄记录，并同步传输至数据处理终端，而其他相关数据自动采集后均同步上传至数据处理终端，并在数据处理终端上做好动态数据的收集与处理，通过无线网络以实现手机终端对试验过程随时进行远程监控。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种可变渗径并自动记录动态数据的管涌试验装置，其特征在于：包括模型槽、水循环系统、用于记录试验数据的数据记录系统和用于将接收的数据进行处理的数据处理终端；

在模型槽表面设置有用于覆盖开口的盖板，在盖板上开设第二缺口，第二缺口内插入可移动的管涌口控制板，在管涌口控制板上开设管涌口；

前述的水循环系统包括砂水分离室、进水室、缓冲室和蓄水槽，砂水分离室设置在模型槽外部，其与管涌口相连通，在模型槽的上游端部处设置缓冲室，其一侧与模型槽相连通，缓冲室的另一侧与进水室的一侧相连通，在进水室的另一侧开设排水口，其中，进水室的开口、排水口均与蓄水槽相连通；

数据记录系统包括孔隙水压力计、电子秤、流量计和摄像头，在模型槽的侧壁上分布有多个孔隙水压力计，多个孔隙水压力计同时与数据采集及传输模块相连接，砂水分离室的下游位置处安置流量计，砂水分离室的底部设置电子秤，前述的摄像头安装在模型槽上方；

前述的数据采集及传输模块、电子秤、流量计和摄像头均与数据处理终端相连通。

2.根据权利要求1所述的可变渗径并自动记录动态数据的管涌试验装置，其特征在于：前述的进水室设有高于模型槽表面的围合玻璃板，在进水室的另一侧玻璃板上开设第一缺口，第一缺口的底端与模型槽顶部表面平齐；在第一缺口上插入可移动的水头控制板，前述的排水口开设在水头控制板上。

3.根据权利要求2所述的可变渗径并自动记录动态数据的管涌试验装置，其特征在于：前述的第一缺口高度为400mm，宽度为50mm；水头控制板的两侧与第一缺口通过橡胶卡槽紧密连接。

4.根据权利要求1所述的可变渗径并自动记录动态数据的管涌试验装置，其特征在于：管涌口控制板的两侧与第二缺口通过橡胶卡槽紧密连接。

5.根据权利要求1所述的可变渗径并自动记录动态数据的管涌试验装置，其特征在于：进水室另一侧靠近底端处开设平用于试验结束后排出装置中剩余水的排水孔，前述的排水孔直径为25mm。

6.根据权利要求1所述的可变渗径并自动记录动态数据的管涌试验装置，其特征在于：在蓄水槽内还设有水泵，其通过进水管伸入排水口与进水室相连通；还包括溢流管，其一端伸进蓄水槽内，其另一端伸入进水室内。

7.根据权利要求1所述的可变渗径并自动记录动态数据的管涌试验装置，其特征在于：缓冲室的另一侧通过多孔透水板与进水室的一侧相连通。