CN215263505U - 一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及土体渗流试验技术领域，具体公开了一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置，包括底座及试样，底座上设有围压室及垫板，试样设于围压室内并由垫板承载，垫板上分布有若干过孔Ⅰ，且垫板正下方设有漏槽，漏槽通过出水管与量具相连通；该装置还包括围压加压器、轴向加压器和渗透加压器；试样为多层岩土体结构，且每一层岩土体均具有两种不同粒径大小的土颗粒；漏槽内从上至下依次设有至少两块水平设置的承载板，承载板上分布有若干过孔Ⅱ，漏槽内位于每一承载板的上表面均设有透水膜，且从上至下各透水膜的透水孔孔径依次减小。本实用新型有利于真实模拟多层土体的渗流破坏过程。
Description
技术领域
本实用新型涉及土体渗流试验技术领域，尤其涉及一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置。
背景技术
土体的渗流破坏是土体的土骨架相在渗透水力作用下，发生流土现象并伴随细小颗粒逐渐脱离土骨架，引发土体内部结构的侵蚀，这是渗流作用下发生土体潜蚀的现象；在此过程中，细小颗粒随着水相在孔隙中移运流失，导致孔隙率增大，从而增强了土体的渗透性；渗透性的增强使得渗流速度增大，渗流速度的增大进一步加剧了土骨架相的潜蚀；即潜蚀与渗流之间存在着耦合效应，两者相互促进，相互影响；最终土体中的粗颗粒可能被架空、塌落，最后造成土体的破坏。
切实有效地开展岩土体在渗流-潜蚀耦合作用下的稳定性分析，可为防止土体渗流产生重大灾害提供强有力的理论支撑；因此，如何科学地、贴近工程实际条件地开展岩土体的渗流破坏试验，研究复杂渗透条件和复杂地质条件下土体的渗流破坏机理，对预防渗流导致的工程事故有重要意义；考虑到实际岩土工程的复杂性，地质成因等因素影响，实际工程现场很少出现均匀的土样，而现有的岩土体渗透破坏试验的大部分试验对象为小尺寸的均质土体，由于尺寸效应和土层效应的影响，不能真实地模拟土体所处状态对渗流发展机理的影响，也就使得小尺寸的均质土体渗流破坏试验结果的正确性无法得到保证。
因此，如何设计一种正确且可行性高的土体渗流试验装置，以高效获取岩土体渗流作用下的发展规律，为岩土体在渗流-潜蚀耦合作用下的稳定性分析提供可靠的数据，显得尤为重要。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置，有利于真实模拟多层土体的渗流破坏过程。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置，包括水平设置的底座及竖直设置的试样，所述底座上设有围压室，所述底座上位于围压室底部的位置固定有垫板，所述试样设于围压室内并由垫板承载，所述垫板上分布有若干过孔Ⅰ，且所述垫板正下方设有漏槽，所述漏槽通过出水管与量具相连通；
该装置还包括用于调节围压室围压的围压加压器、用于对试样施加轴向压力的轴向加压器和用于对试样施加渗透压的渗透加压器；
所述试样为多层岩土体结构，且每一层岩土体均具有两种不同粒径大小的土颗粒；所述漏槽内从上至下依次设有至少两块水平设置的承载板，所述承载板上分布有若干过孔Ⅱ，所述漏槽内位于每一承载板的上表面均设有透水膜，且从上至下各所述透水膜的透水孔孔径依次减小。
作为对本实用新型技术方案的进一步改进，所述试样外套设有橡皮膜，所述试样的顶部设有盖帽，所述盖帽的底部分布有若干过孔Ⅲ，所述盖帽内填充有卵石滤层；所述渗透加压器的出水端连接有管路Ⅰ，所述管路Ⅰ远离渗透加压器的一端穿入围压室并伸入盖帽内部。
作为对本实用新型技术方案的进一步改进，所述围压加压器的出口端连接有管路Ⅱ，所述管路Ⅱ远离围压加压器的一端穿入围压室内。
作为对本实用新型技术方案的进一步改进，所述轴向加压器设于围压室正上方，所述轴向加压器的动力输出端连接有轴向加压杆，所述轴向加压杆远离轴向加压器的一端穿入围压室内并与盖帽的顶部相接触。
作为对本实用新型技术方案的进一步改进，该装置还包括数据监测采集系统；所述数据监测采集系统包括上位机、位移计、压力传感器、孔隙水压传感器及流量计，所述位移计设于轴向加压杆并用于监测轴向加压杆的轴向位移，所述压力传感器设于轴向加压杆并用于监测轴向加压器输出的轴向应力，所述孔隙水压传感器分别设在试样的每一层岩土体内并用于监测各对应岩土体的孔隙水压，所述流量计设置在出水管上并用于监测试验过程中涌水流量变化，所述围压加压器、轴向加压器、渗透加压器、位移计、压力传感器、孔隙水压传感器及流量计均与上位机电连接。
作为对本实用新型技术方案的进一步改进，所述底座上表面垂直设有一支架，所述支架内固定有一采用有机玻璃制成的圆筒体，所述底座、圆筒体内侧及支架顶部之间围合形成围压室。
作为对本实用新型技术方案的进一步改进，所述支架上安装有一排气阀，所述排气阀伸入围压室并且在开启状态下用于供围压室内的气体排出。
作为对本实用新型技术方案的进一步改进，所述底座上表面垂直设有一反力架，所述轴向加压器固定在反力架顶部。
作为对本实用新型技术方案的进一步改进，所述漏槽呈下凸的圆弧形结构。
作为对本实用新型技术方案的进一步改进，所述过孔Ⅰ、过孔Ⅱ或过孔Ⅲ的孔径为4.5-5.5mm。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益技术效果：
第一，本实用新型的试样为多层岩土体结构，且每一层岩土体均具有两种不同粒径大小的土颗粒，配合多层透水膜分离出不同粒径的土颗粒，利于研究大尺寸多层土体的渗流发展机理，克服了传统的土体渗流试验方法中土体均匀单一的问题，符合工程实际情况，更具实践价值；
第二，本实用新型能够考虑复杂应力条件下，孔隙水渗流、土体细颗粒流失导致的土体变形多相耦合作用对土体渗流破坏过程的影响；
第三，本实用新型克服了小尺寸室内试验结果无法得到保证的缺陷，具有监测数据实时传输记录、智能化控制加载系统、测量精度高以及操作方便的优点。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的漏槽的结构示意图；
图3本实用新型的垫板的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例
如图1至图3所示：本实施例提供了一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置，包括水平设置的底座1及竖直设置的试样2，所述底座1上设有围压室3，所述底座1上位于围压室3底部的位置固定有垫板4，所述试样2设于围压室3内并由垫板4承载，所述垫板4上分布有若干过孔Ⅰ4a，且所述垫板4正下方设有漏槽5，所述漏槽5通过出水管6与量具7相连通；该装置还包括用于调节围压室3围压的围压加压器8、用于对试样2施加轴向压力的轴向加压器9和用于对试样2施加渗透压的渗透加压器10；所述试样2为多层岩土体结构，且每一层岩土体均具有两种不同粒径大小的土颗粒；所述漏槽5内从上至下依次设有至少两块水平设置的承载板51，所述承载板51上分布有若干过孔Ⅱ51a，所述漏槽5内位于每一承载板51的上表面均设有透水膜52，且从上至下各所述透水膜52的透水孔孔径依次减小。
试验时，底座1沿水平方向设置，试样2则垂直于底座1设置；底座1的中部设有凹槽，垫板4固定在凹槽的顶部，漏槽5则固定在凹槽底部，从垫板4的过孔Ⅰ4a流出的水进入漏槽5中；垫板4为圆形板结构，过孔Ⅰ4a均匀分布在垫板4上，过孔Ⅰ4a为圆孔结构，其孔径可为4.5-5.5mm，优选为5.0mm；漏槽5优选呈下凸的圆弧形结构，例如可呈半圆形；漏槽5可采用透明玻璃制成，其内壁上可设置刻度层，便于试验者衡量流失的细颗粒；量具7可为量杯结构。
试样2为多层岩土体结构(多层指两层以上，本实施例以三层为例)，岩土体为土木工程或地质工程中不同含水率、不同级配的砂土；每一层岩土体可包含两种不同粒径大小的土颗粒(0.075mm-20mm)，其中粒径较大的土颗粒占的比例较多(即体积比大于50％)，而且本层岩土体中较大土颗粒的粒径与上层岩土体中较小土颗粒的粒径相同。
承载板51可采用透明玻璃制成，为圆形板结构，各承载板51在漏槽5内沿漏槽5的径向布置；过孔Ⅱ51a为圆孔结构，其孔径可为4.5-5.5mm，优选为5.0mm；承载板51例如可设置为三层，透水膜52的数量与承载板51相同；透水膜52可通过粘贴方式固定在相应承载板51的上表面；透水膜52上的透水孔均匀分布，透水孔的孔径可为0.04-0.06mm，以将流出的细颗粒与水分离，并形成分层。
本实施例中，所述试样2外套设有橡皮膜11，所述试样2的顶部设有盖帽12，所述盖帽12的底部分布有若干过孔Ⅲ12a，所述盖帽12内填充有卵石滤层12b；所述渗透加压器10的出水端连接有管路Ⅰ13，所述管路Ⅰ13远离渗透加压器10的一端穿入围压室3并伸入盖帽12内部。试样2的形状与盖帽12的外轮廓形状均为圆柱状；过孔Ⅲ12a为圆孔结构，其孔径可为4.5-5.5mm，优选为5.0mm。所述围压加压器8的出口端连接有管路Ⅱ14，所述管路Ⅱ14远离围压加压器8的一端穿入围压室3内。围压加压器8用于产生围压的物质可以为透明压力油，其依靠液体介质的静压力，完成能量的积压、传递、放大，能够适用于大尺寸试样2的围压介质。管路Ⅰ13、管路Ⅱ14中可设置相关控制阀。所述轴向加压器9设于围压室3正上方，所述轴向加压器9的动力输出端连接有轴向加压杆15，所述轴向加压杆15远离轴向加压器9的一端穿入围压室3内并与盖帽12的顶部相接触。
本实施例中，该装置还包括数据监测采集系统；所述数据监测采集系统包括上位机16、位移计17、压力传感器18、孔隙水压传感器19及流量计20，所述位移计17设于轴向加压杆15并用于监测轴向加压杆15的轴向位移，所述压力传感器18设于轴向加压杆15并用于监测轴向加压器9输出的轴向应力，所述孔隙水压传感器19分别设在试样2的每一层岩土体内并用于监测各对应岩土体的孔隙水压，所述流量计20设置在出水管6上并用于监测试验过程中涌水流量变化，所述围压加压器8、轴向加压器9、渗透加压器10、位移计17、压力传感器18、孔隙水压传感器19及流量计20均与上位机16电连接。上位机16例如可为PC机结构。各用电元件均通过市电供电，元件之间可通过导线、信号线相连接。
本实施例中，所述底座1上表面垂直设有一支架21，所述支架21内固定有一采用有机玻璃制成的圆筒体22，所述底座1、圆筒体22内侧及支架21顶部之间围合形成围压室3。轴向加压杆15从支架21顶部穿过并滑动连接，同时在二者之间还保持密封连接，其结构近似于活塞与液压缸体之间的连接结构。所述支架21上安装有一排气阀23，所述排气阀23伸入围压室3并且在开启状态下用于供围压室3内的气体排出。所述底座1上表面垂直设有一反力架24，所述轴向加压器9固定在反力架24顶部。
综合上述内容，使用本实施例提供的一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置进行试验时可采用但不限于以下步骤：
(1)制备试样2、安装仪器。本装置试验对象为多层不同级配的岩土体试样2，每层层土体有两种不同粒径大小的土颗粒，其中较大粒径的土颗粒占绝大多数，而且上层土体中的较小土颗粒粒径与本层层土体中的较大土颗粒粒径相同。首先，根据干密度及含水量要求，利用特制对开模制备试样2。按照规程制作三层直径均为20cm、高30cm的土体试样2，同时在试样2制作过程中，在靠近每层岩土体的中心位置分别埋设孔隙水压传感器19。在试样2安装到装置之前要分层进行压实操作。将制作好的土体试样2放置在底座1上的垫板4上，后结合承膜筒和密封圈将橡皮膜11套在试样2表面，并且安装试样2盖帽12。在此基础上安装轴向加压杆15和形成围压室3，形成围压室3后注意检查密封性。同时注意要始终保持试样2竖直，避免施加轴向压力时产生偏心受压；
(2)施加围压。打开位于支架21顶部的排气阀23，启动围压加压器8，待围压室3内的空气排尽后关闭排气阀23，开始分级施加围压到指定值，同时打开排水阀，使试样2开始固结；
(3)施加轴向压力。试样2在排水固结过程中，启动轴向加压器9，开始分级施加轴向压力。利用位移计17与上位机16相连，实时监测试样2在固结过程中的沉降变化。当施加一级压力后，试样2沉降量不再变化时，开始施加下一级轴向压力，直到加载至预定值。待试样2沉降稳定后，保持围压及轴向压力不变，以模拟实际工程中原状土的三轴应力状态；
(4)施加渗透压力。启动渗透加压器10，开始分级施加渗透压，渗透水流通过管路Ⅰ13流经多层土体试样2后通过出水管6，进入量杯。在此过程中，用上位机16密切监视记录每层岩土体的孔隙水压力，记录出砂持续时间以及流量、透水膜52中收集的细颗粒的质量及每层岩土体中的孔隙水压力；
(5)流失颗粒分析。试验结束后对流失细颗粒进行筛分试验，以分析土样中细颗粒的流失情况。
以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置，包括水平设置的底座及竖直设置的试样，所述底座上设有围压室，所述底座上位于围压室底部的位置固定有垫板，所述试样设于围压室内并由垫板承载，所述垫板上分布有若干过孔Ⅰ，且所述垫板正下方设有漏槽，所述漏槽通过出水管与量具相连通；
该装置还包括用于调节围压室围压的围压加压器、用于对试样施加轴向压力的轴向加压器和用于对试样施加渗透压的渗透加压器；其特征在于：
所述试样为多层岩土体结构，且每一层岩土体均具有两种不同粒径大小的土颗粒；所述漏槽内从上至下依次设有至少两块水平设置的承载板，所述承载板上分布有若干过孔Ⅱ，所述漏槽内位于每一承载板的上表面均设有透水膜，且从上至下各所述透水膜的透水孔孔径依次减小。
2.根据权利要求1所述的一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置，其特征在于：
所述试样外套设有橡皮膜，所述试样的顶部设有盖帽，所述盖帽的底部分布有若干过孔Ⅲ，所述盖帽内填充有卵石滤层；所述渗透加压器的出水端连接有管路Ⅰ，所述管路Ⅰ远离渗透加压器的一端穿入围压室并伸入盖帽内部。
3.根据权利要求2所述的一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置，其特征在于：
所述围压加压器的出口端连接有管路Ⅱ，所述管路Ⅱ远离围压加压器的一端穿入围压室内。
4.根据权利要求2所述的一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置，其特征在于：
所述轴向加压器设于围压室正上方，所述轴向加压器的动力输出端连接有轴向加压杆，所述轴向加压杆远离轴向加压器的一端穿入围压室内并与盖帽的顶部相接触。
5.根据权利要求4所述的一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置，其特征在于：
该装置还包括数据监测采集系统；所述数据监测采集系统包括上位机、位移计、压力传感器、孔隙水压传感器及流量计，所述位移计设于轴向加压杆并用于监测轴向加压杆的轴向位移，所述压力传感器设于轴向加压杆并用于监测轴向加压器输出的轴向应力，所述孔隙水压传感器分别设在试样的每一层岩土体内并用于监测各对应岩土体的孔隙水压，所述流量计设置在出水管上并用于监测试验过程中涌水流量变化，所述围压加压器、轴向加压器、渗透加压器、位移计、压力传感器、孔隙水压传感器及流量计均与上位机电连接。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置，其特征在于：
所述底座上表面垂直设有一支架，所述支架内固定有一采用有机玻璃制成的圆筒体，所述底座、圆筒体内侧及支架顶部之间围合形成围压室。
7.根据权利要求6所述的一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置，其特征在于：
所述支架上安装有一排气阀，所述排气阀伸入围压室并且在开启状态下用于供围压室内的气体排出。
8.根据权利要求1至5任一项所述的一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置，其特征在于：
所述底座上表面垂直设有一反力架，所述轴向加压器固定在反力架顶部。
9.根据权利要求1至5任一项所述的一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置，其特征在于：
所述漏槽呈下凸的圆弧形结构。
10.根据权利要求1至5任一项所述的一种多层土体渗流潜蚀耦合试验装置，其特征在于：
所述过孔Ⅰ、过孔Ⅱ或过孔Ⅲ的孔径为4.5-5.5mm。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN116559047A (zh) * | 2023-05-06 | 2023-08-08 | 中国地质大学（武汉） | 渗透实验装置、方法及渗透系数和流态的评估方法 |
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2021
- 2021-07-30 CN CN202121772311.1U patent/CN215263505U/zh not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116559047A (zh) * | 2023-05-06 | 2023-08-08 | 中国地质大学（武汉） | 渗透实验装置、方法及渗透系数和流态的评估方法 |
| CN116559047B (zh) * | 2023-05-06 | 2024-01-30 | 中国地质大学（武汉） | 渗透实验装置、方法及渗透系数和流态的评估方法 |
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