CN219573706U - 一种地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置，包括：模型箱，其为顶部开口的透明箱体结构，其内部填土以模拟地下土层结构；所述模型箱的底部设有流失孔；给水管，其布置在所述模型箱内，所述给水管上设有破损口以模拟地下管线的破损；所述给水管的两端分别从所述模型箱的两侧板穿出；供水装置，为所述给水管供水；监测装置，其包括用于检测所述给水管的进水流量的水流量计以及布置在土体内部的孔隙水压力传感器。便于试验人员能够透过所述模型箱直观的观察路基空洞的演化过程；利用监测装置实时监测进水流量和试验土体的孔隙水压力，以供后期的数据处理，便于对路基空洞形成机理的揭示。

Description

一种地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置

技术领域

本实用新型涉及路基空洞模拟试验技术领域，尤其涉及一种地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置。

背景技术

城市给排水管线的结构稳定性是保障人们日常生活的关键。然而，多种原因如腐蚀、老化、不规范施工等，导致管线上存在着各种各样的裂缝或破损，一旦出现了管线破损情况，管线中的水将渗漏至管线周边土体中，从而造成路基土的松软和流失，形成隐蔽的路基空洞。这种城市建设和运营中的潜在危险不仅增加了地面塌陷导致的交通事故和人员伤亡风险，还会进一步造成道路周边建筑物地基沉降，建筑物开裂、倾斜和倒塌等各种严重问题，严重影响了人们的生命财产安全。因此，关注城市地下管线渗漏引发的路基空洞问题，设计一种埋地管线渗漏引发路基空洞的模拟装置是十分必要的。

目前，已有相关研究人员设计了试验装置对路基空洞形成的影响进行了室内模型试验研究。然而现有的路基空洞模拟装置偏重于设置特定形状的路基空洞，从而研究路基空洞上覆土体的稳定性，然而，上述试验装置则忽略了路基空洞形成的原因及空洞发展的演化过程。除外，现有模拟装置无法模拟地下管线渗漏所带来的水压力的影响，因此无法揭示基于城市地下管线渗漏引发的路基空洞的形成和发展演化机理。为研究真实道路条件下，地下管线渗漏引发路基空洞的形成机理，有必要设计一种可以模拟管线渗漏引发路基空洞的试验装置，以便于在室内展开模型试验，观测路基空洞的发展过程，对研究路基空洞病害具有重大意义。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出一种地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置，能够模拟、观测路基空洞的演化过程，有助于揭示基于城市地下管线渗漏引发的路基空洞的形成和发展演化机理。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置，包括：

模型箱，其为顶部开口的透明箱体结构，其内部填土以模拟地下土层结构；所述模型箱的底部设有流失孔；

给水管，其布置在所述模型箱内，所述给水管上设有破损口以模拟地下管线的破损；所述给水管的两端分别从所述模型箱的两侧板穿出；

供水装置，为所述给水管供水；

监测装置，其包括用于检测所述给水管的进水流量的水流量计以及布置在土体内部的孔隙水压力传感器。

作为所述地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置的进一步可选方案，还包括收集装置，所述收集装置包括集土箱和集水箱，所述集土箱设置在所述流失孔下方以收集掉落的试验土体，所述集水箱设置在所述给水管的输出端以收集所述给水管排出的水。

作为所述地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置的进一步可选方案，所述供水装置包括储水箱和用于承载所述储水箱的水箱支架，所述储水箱上设有进水口、供水口以及溢水口，所述进水口与外部水源相连以为所述储水箱供水，所述供水口通过第一管线连接所述给水管，所述溢水口位于所述进水口上方以控制所述储水箱内的水位高度。

作为所述地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置的进一步可选方案，还包括流失调节装置，所述流失调节装置包括挡板以及螺栓，所述挡板设置在所述模型箱内部并位于所述流失孔上，所述挡板上设有螺纹孔；所述流失孔为条形孔，所述螺栓的端部从下往上穿过所述流失孔并与所述挡板的螺纹孔螺纹连接，所述螺栓的螺帽与所述挡板夹持所述模型箱的底板，通过调节所述挡板的位置实现调节所述流失孔的大小。

作为所述地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置的进一步可选方案，所述模型箱的两侧板上开设有多对供所述给水管穿过的管道接口，多对管道接口在竖向上间隔设置，所述给水管穿设在其中一对管道接口中，其余未使用的管道接口上卡设有橡胶塞。

作为所述地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置的进一步可选方案，所述模型箱由透明的有机玻璃制成，所述模型箱外设有金属支撑框架，所述金属支撑框架具有令所述模型箱离开地面一定高度的支撑腿。

作为所述地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置的进一步可选方案，所述给水管的输出端连接有第二管线，所述第二管线的输出端布置在所述集水箱内。

作为所述地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置的进一步可选方案，所述储水箱的供水口上设有调节阀。

作为所述地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置的进一步可选方案，所述水流量计设置在所述储水箱的供水口处。

作为所述地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置的进一步可选方案，所述孔隙水压力传感器设有多个，所述孔隙水压力传感器采用BWK型微型孔压计，多个孔隙水压力传感器在所述集土箱内沿横向及沿竖向间隔排列设置。

本实用新型的有益效果有：通过在模型箱内部填土模拟地下土层结构，且通过在给水管上的破损口模拟地下管线的破损，利用供水装置为给水管供水，当水从所述给水管内流通时，水会从给水管上的破损口漏出，从而模拟地下管线渗漏引发的路基空洞的演化全过程；所述模型箱为透明箱体结构，便于试验人员能够透过所述模型箱直观的观察路基空洞的演化过程；利用监测装置实时监测进水流量和试验土体的孔隙水压力，以供后期的数据处理，便于对路基空洞形成机理的揭示。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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他的附图。

图1为本实用新型一种地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置的结构示意图；

图2为所述模型箱的底部示意图；

图3为所述给水管上破损口的结构示意图；

图4为所述模型箱的侧视示意图；

图5为所述橡胶塞的结构示意图。

图中：1、模型箱；11、流失孔；12、管道接口；121、橡胶塞；2、给水管；21、破损口；22、第一管线；23、第二管线；3、供水装置；31、储水箱；311、进水口；312、供水口；313、溢水口；32、调节阀；33、水箱支架；4、监测装置；41、孔隙水压力传感器；42、水流量计；5、收集装置；51、集土箱；52、集水箱；6、流失调节装置；61、挡板；62、螺栓；7、金属支撑框架；71、支撑腿。

具体实施方式

下面将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，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参考图1-5，示出了一种地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置，包括模型箱1、给水管2、供水装置3以及监测装置4，所述模型箱1为顶部开口的透明箱体结构，其内部填土以模拟地下土层结构；所述模型箱1的底部设有流失孔11；所述给水管2布置在所述模型箱1内，所述给水管2上设有破损口21以模拟地下管线的破损，所述给水管2的两端分别从所述模型箱1的两侧板穿出；所述供水装置3用于为所述给水管2供水；所述监测装置4包括用于检测所述给水管2的进水流量的水流量计42以及布置在土体内部的孔隙水压力传感器41。

其中，通过在模型箱1内部填土模拟地下土层结构，且通过在给水管2上的破损口21模拟地下管线的破损，利用供水装置3为给水管2供水，当水从所述给水管2内流通时，水会从给水管2上的破损口21漏出，从而模拟地下管线渗漏引发的路基空洞的演化全过程；所述模型箱1为透明箱体结构，便于试验人员能够透过所述模型箱1直观的观察路基空洞的演化过程；利用监测装置4实时监测进水流量和试验土体的孔隙水压力，以供后期的数据处理，便于对路基空洞形成机理的揭示。

优选的，参考图1，该模拟装置还包括收集装置5，所述收集装置5包括集土箱51和集水箱52，所述集土箱51设置在所述流失孔11下方以收集掉落的试验土体，所述集水箱52设置在所述给水管2的输出端以收集所述给水管2排出的水。如此，便于将集土箱51中收集的实验土体以及所述集水箱52中收集的水回收利用。

上述方案具体的，所述供水装置3包括储水箱31和用于承载所述储水箱31的水箱支架33，所述储水箱31上设有进水口311、供水口312以及溢水口313，所述进水口311与外部水源相连以为所述储水箱31供水，所述供水口312通过第一管线22连接所述给水管2，所述溢水口313位于所述进水口311上方以控制所述储水箱31内的水位高度。其中，通过所述溢水口313使得所述储水箱31内的水位高度恒定，使得水位高度在实验过程中保持一致，从而为试验提供稳定的水压；优选的，所述供水口312上设置有调节阀32，通过所述调节阀32控制所述供水口312在单位时间内供水流量的大小，从而便于模拟不同流量的地下管线。另外，本实施例中，所述水流量计42设置在所述储水箱31的供水口312处，且位于所述调节阀32的位置之后，便于监测所述调节阀32调节后的供水流量的大小；所述水流量计42可采用内螺纹涡轮计量表。

在一些具体的实施方式中，所述第一管线22采用高压软管，而所述给水管2采用PVC管，所述第一管线22与所述给水管2的连接处注意保持密封，防止连接处漏水而影响试验结果。

上述方案具体的，所述模型箱1由透明的有机玻璃制成，具体是由多块有机玻璃面板结合而成；而为提高所述模型箱1的承载能力，所述模型箱1外设有金属支撑框架7，通过所述金属支撑框架7对所述模型箱1外部进行加固，防止在反复的试验过程中，所述模型箱1的有机玻璃面板的连接处开裂；本实施例中，所述金属支撑框架7采用多根铝合金条组成；另外，所述金属支撑框架7具有令所述模型箱1离开地面一定高度的支撑腿71，便于试验土体从流失孔11掉落，且便于为所述集土箱51提供放置空间。另外优选的，所述给水管2的输出端连接有第二管线23，所述第二管线23的输出端布置在所述集水箱52内，所述第二管线23采用高压软管，通过所述第二管道将所述给水管2排出的水导入所述集水箱52内，可避免水溅射到集水箱52外。

优选的，还包括流失调节装置6，利用所述流失调节装置6调节所述流失孔11的大小，从而便于研究在不同大小的流失孔11的情况下对路基空洞形成的影响。在其中一种实施方式中，参考图2，所述流失调节装置6包括挡板61以及螺栓62，所述挡板61设置在所述模型箱1内部并位于所述流失孔11上，所述挡板61上设有螺纹孔；所述流失孔11为条形孔，所述螺栓62的端部从下往上穿过所述流失孔11并与所述挡板61的螺纹孔螺纹连接，所述螺栓62的螺帽与所述挡板61夹持所述模型箱1的底板，通过调节所述挡板61的位置实现调节所述流失孔11的大小。如此，当从所述模型箱1的底部拧松所述螺栓62时，所述螺栓62的螺帽与所述挡板61不再夹紧所述模型箱1的底板，此时可以移动所述挡板61，而所述挡板61移动至合适位置后，可以重新拧紧所述螺栓62，从而实现所述挡板61的固定，完成对所述流失孔11的大小调节。

优选的，参考图4和图5，所述模型箱1的两侧板上开设有多对供所述给水管2穿过的管道接口12，多对管道接口12在竖向上间隔设置，所述给水管2穿设在其中一对管道接口12中，如此可以控制所述给水管2与流失孔11之间的相对距离，进行影响因素分析研究。其余未使用的管道接口12上卡设有橡胶塞121，从而防止试验土体从所述管道接口12泄漏。其中，参考图4，所述管道接口12的设置位置接近所述模型箱1的侧板边缘，从而使得所述给水管2贴近所述模型箱1的有机玻璃面板，令路基空洞形成在有机玻璃面板的附近以便于观察。

上述方案具体的，参考图1，所述孔隙水压力传感器41设有多个，所述孔隙水压力传感器41采用BWK型微型孔压计，多个孔隙水压力传感器41在所述集土箱51内沿横向及沿竖向间隔排列设置。

该模拟装置在实际操作时的具体实施方法如下：

(1)确保模型箱1干净无异物，按试验要求的级配和含水率制备好一定质量的试验土样，采用分层填压法对模型箱1进行填土，并压实至试验要求的相对密度；每层间采用刮板将土体刮平，保证箱体内土体的密度均匀且一致；

(2)在填土过程中安装所述给水管2及孔隙水压力传感器41，如图1所示，孔隙水压力传感器41分布于模型箱1的底板至给水管2间的区域内；

(3)将储水箱31放置在水箱支架33上方，储水箱31的进水口311连接外部水源，储水箱31的供水口312连接第一管线22；控制水流稳定流入储水箱31内直至溢水口313开始溢水，并调节外部水源流量得到稳定的水位高度，随后观察各接口是否漏水，如出现漏水情况，则及时补漏；为防止漏水，所有接口均采用生胶带缠绕并外加密封胶；

(4)将集土箱51放置于模型箱1下方，将集水箱52放置于第二管线23下方，随后即可开始试验。试验过程中保持水头高度一致；试验土样部分饱和后开始有渗流土体流出至集土箱51内，此时可通过拍摄装备对试验进行时间及重要现象的记录；照片可用于后期输入计算机软件进行数据处理；

(5)试验完成后对路基空洞进行数据测量，包括空洞宽度、空洞高度等数据；

(6)对模型箱1进行清理，挖除剩余土体。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置，其特征在于，包括：

模型箱，其为顶部开口的透明箱体结构，其内部填土以模拟地下土层结构；所述模型箱的底部设有流失孔；

给水管，其布置在所述模型箱内，所述给水管上设有破损口以模拟地下管线的破损；所述给水管的两端分别从所述模型箱的两侧板穿出；

供水装置，为所述给水管供水；

监测装置，其包括用于检测所述给水管的进水流量的水流量计以及布置在土体内部的孔隙水压力传感器。

2.根据权利要求1所述的地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置，其特征在于，还包括收集装置，所述收集装置包括集土箱和集水箱，所述集土箱设置在所述流失孔下方以收集掉落的试验土体，所述集水箱设置在所述给水管的输出端以收集所述给水管排出的水。

3.根据权利要求1所述的地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置，其特征在于，所述供水装置包括储水箱和用于承载所述储水箱的水箱支架，所述储水箱上设有进水口、供水口以及溢水口，所述进水口与外部水源相连以为所述储水箱供水，所述供水口通过第一管线连接所述给水管，所述溢水口位于所述进水口上方以控制所述储水箱内的水位高度。

4.根据权利要求1-3任一所述的地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置，其特征在于，还包括流失调节装置，所述流失调节装置包括挡板以及螺栓，所述挡板设置在所述模型箱内部并位于所述流失孔上，所述挡板上设有螺纹孔；所述流失孔为条形孔，所述螺栓的端部从下往上穿过所述流失孔并与所述挡板的螺纹孔螺纹连接，所述螺栓的螺帽与所述挡板夹持所述模型箱的底板，通过调节所述挡板的位置实现调节所述流失孔的大小。

5.根据权利要求1所述的地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置，其特征在于，所述模型箱的两侧板上开设有多对供所述给水管穿过的管道接口，多对管道接口在竖向上间隔设置，所述给水管穿设在其中一对管道接口中，其余未使用的管道接口上卡设有橡胶塞。

6.根据权利要求2所述的地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置，其特征在于，所述模型箱由透明的有机玻璃制成，所述模型箱外设有金属支撑框架，所述金属支撑框架具有令所述模型箱离开地面一定高度的支撑腿。

7.根据权利要求6所述的地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置，其特征在于，所述给水管的输出端连接有第二管线，所述第二管线的输出端布置在所述集水箱内。

8.根据权利要求3所述的地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置，其特征在于，所述储水箱的供水口上设有调节阀。

9.根据权利要求8所述的地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置，其特征在于，所述水流量计设置在所述储水箱的供水口处。

10.根据权利要求2所述的地下管线渗漏引发路基空洞的模拟装置，其特征在于，所述孔隙水压力传感器设有多个，所述孔隙水压力传感器采用BWK型微型孔压计，多个孔隙水压力传感器在所述集土箱内沿横向及沿竖向间隔排列设置。