CN219608920U - 一种模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀影响的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀影响的试验装置，包括潜蚀试验系统、供水系统、加压系统及水土分离系统，潜蚀试验系统用于放置土样并形成常、变水头不同水头条件形式测试环境，并模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀的影响；供水系统用于提供潜蚀试验用水；加压系统用于提供压缩空气，形成压强水头水，土分离系统用于将水土混合物分离；本实用新型能通过改变潜蚀试验箱底板洞口开口模拟不同岩溶洞口且通过加压装置以及对潜蚀试验箱的灵活运用模拟不同水头类别对土体进行潜蚀，从而模拟真实情况下不同岩溶洞口大小与不同水头类别环境下对土体潜蚀特性的影响。

Description

一种模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀影响的试验装置

技术领域

本实用新型涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀影响的试验装置。

背景技术

岩溶广泛分布于我国西南地区，由于地下水的长期侵蚀，岩溶地区常形成大小不一的溶洞，而岩溶上方常覆土体，在雨水和地下水作用下常形成不同的水头条件。土体在雨水或者地下水的作用下，细小颗粒会被水带走，从岩溶洞口流失，由此产生的地面塌陷严重威胁城市建设、经济发展乃至生命财产安全。

针对岩溶地区溶洞面积大小不一这一现象，对于岩溶上方覆盖的土体，在地下水或者由雨水作用形成的地表积水对土体的潜蚀影响作用还未见有相应的设备，同时还缺乏岩溶洞口大小作用下对土体潜蚀特性的试验方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀影响的试验装置，实现在室内模拟不同潜蚀洞口大小对土体潜蚀，便于系统研究土体在不同岩溶洞口大小的作用下潜蚀作用机理。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀影响的试验装置，包括潜蚀试验系统、供水系统、加压系统及水土分离系统，所述供水系统、所述潜蚀试验系统和所述水土分离系统依次顺序连接，所述加压系统的输出分别接入所述供水系统和所述潜蚀试验系统；

所述潜蚀试验系统包括潜蚀试验箱、4个红外感应装置、4个外感应装置开关、电导线、4个角柱、2个滑道、2块洞口挡板、2个弹簧、2个定滑轮、2根活动拉绳、4根固定拉绳、软管、转动装置和方形漏斗，所述潜蚀试验箱设置于4个所述角柱上方并呈箱体形状设置，且所述潜蚀试验箱的侧板均为可视化透明设置，4个所述红外感应装置在所述潜蚀试验箱一侧的侧板外沿竖直方向均匀间隔布置，4个所述外感应装置开关通过电导线分别连接所述红外感应装置，4条所述电导线先并联再串联；

所述潜蚀试验箱的顶部开设有试验箱进水口、试验箱排气口和试验箱进气口，所述潜蚀试验箱的底板开设有底板洞口开口，所述底板洞口开口设置于所述潜蚀试验箱的底板中间，所述底板洞口开口为正方形开口；

2个所述滑道设置在所述潜蚀试验箱下方，2块所述洞口挡板位于所述潜蚀试验箱与所述滑道之间，2块洞口挡板闭合时恰好可以将底板洞口开口盖住，2块所述洞口挡板的长边比所述底板洞口开口的边长更长，每块所述洞口挡板上开设有2个底板凹槽，每个底板凹槽与相对的洞口挡板上的底板凹槽形成一个大凹槽，2个所述弹簧分别置于对应的大凹槽内；

2个所述定滑轮固定在所述潜蚀试验箱的底板下方并呈对称放置，2根所述活动拉绳的一端分别与一块所述洞口挡板的外侧连接，同时分别绕过所述定滑轮的滚轮，另一端与所述转动装置连接；

所述方形漏斗包括方形漏斗入口和方形漏斗出口，所述方形漏斗入口放置在所述底板洞口开口的正下方并保持固定的垂直距离，所述方形漏斗出口连接软管，所述软管的另一端连接至所述水土分离系统；

4根所述固定拉绳的一端分别与所述角柱连接，另一端与所述方形漏斗入口的一个角固定连接。

其中，所述滑道在长边的边缘处沿着短边方向开设有长方体凹槽，2块所述滑道以长边的中轴线对称布置，两个长方体凹槽合围形成滑道凹槽，2块所述洞口挡板与滑道凹槽嵌合并设置在滑道凹槽内。

其中，所述转动装置包括外框架、轴承、上垫片、第一被动齿轮、固定卡片、0～360°读盘、螺丝钉、指针、L型钢、转动把手、转轴、3个第二被动齿轮、3个下垫片、主动齿轮和2个穿线孔，所述外框架呈空心圆柱体设置，所述轴承与所述外框架固定连接并设置在所述外框架内侧上底面中心，所述上垫片和3个所述下垫片间隔对称设置在所述外框架内侧侧面中部，所述第一被动齿轮安装在所述上垫片上，3个所述第二被动齿轮分别安装在所述下垫片上；所述转轴呈圆柱实体设置，且所述转轴直径小于所述外框架直径，所述转轴的一端与所述轴承连接，所述主动齿轮套设在所述转轴上，并分别与所述第一被动齿轮和3个所述第二被动齿轮啮合；所述L型钢设置在所述转轴远离所述轴承的另一侧端面上，所述转动把手焊接在所述L型钢上，2个所述穿线孔设置在所述外框架侧面上，2根活动拉绳分别穿过所述穿线孔连接至转轴；所述螺丝钉从外向内依次贯穿外框架的端面、固定卡片、第一被动齿轮和上垫片，所述外框架靠近所述转动把手一侧的端面上绘制有0～360°读盘，所述指针置于L型钢上且对准0～360°读盘的刻度0°位置处。

其中，所述供水系统包括水源、进水池、水阀、蓄水箱及红外感应水阀，所述水源、所述进水池和所述蓄水箱依次连接，所述进水池底部开设有进水池出水口，所述蓄水箱的顶部设置有蓄水箱进水口、蓄水箱排气口和蓄水箱进气口，底部开设有蓄水箱出水口，所述水阀设置在所述进水池出水口与所述蓄水箱进水口之间的供水管道上，所述红外感应水阀设置在所述蓄水箱进气口与所述试验箱进水口间的供水管道上，且与所述红外感应装置电性连接，所述蓄水箱容积大于潜蚀试验箱容积。

其中，所述加压系统包括蓄水箱进气阀门、试验箱进气阀门、空气加压装置及压缩空气储存罐，所述压缩空气储存罐连接所述空气加压装置，所述空气加压装置分别通过供气管道连接至蓄水箱进水口和试验箱进气口，所述蓄水箱进气阀门和所述试验箱进气阀门设置在对应的供气管道上。

其中，所述水土分离系统包括反滤网、水土分离箱及分离蓄水箱，所述水土分离箱的顶部开设有水土混合物入口，底部开设有分离箱出水口，所述分离蓄水箱的顶部设置有分离进水口，所述水土混合物入口通过软管与方形漏斗出口连接，所述分离箱出水口与所述分离进水口之间通过供水管道连接，所述反滤网设置在所述水土分离箱内并与所述水土分离箱可分离连接。

本实用新型提供了一种模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀影响的试验装置，包括潜蚀试验系统、供水系统、加压系统及水土分离系统，潜蚀试验系统用于放置土样并形成常、变水头不同水头条件形式测试环境，并模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀的影响；供水系统用于提供潜蚀试验用水；加压系统用于提供压缩空气，形成压强水头水土分离系统用于将水土混合物分离；能通过空气加压装置向潜蚀试验箱充入压缩空气可以在较小的试验箱内，形成较大的水头对土体进行潜蚀；本实用新型能通过改变潜蚀试验箱底板洞口开口模拟不同岩溶洞口且通过空气加压装置以及对潜蚀试验箱的灵活运用模拟不同水头类别对土体的潜蚀，从而模拟真实情况下不同岩溶洞口大小与不同水头类别环境下耦合作用对土体潜蚀特性的影响。

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是本实用新型的一种模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀影响的试验装置的总体结构示意图。

图2为本实用新型的潜蚀试验箱的内部构造示意图。

图3是图2的a-a剖视图。

图4是本实用新型的滑道与洞口挡板立体结构示意图。

图5为本实用新型的转动装置内部构造示意图。

图6为图5的b-b剖视图。

图7为本实用新型的方形漏斗立体结构示意图。

1-潜蚀试验箱、2-试验箱进水口、3-试验箱排气口、4-试验箱进气口、5-底板洞口开口、6-红外感应装置、7-红外感应线路开关、8-电导线、9-角柱、10-滑道、11-洞口挡板、12-弹簧、13-定滑轮、14-活动拉绳、15-底板凹槽、16-外框架、17-轴承、18-上垫片、19-第一被动齿轮、20-固定卡片、21-0～360°读盘、22-螺丝钉、23-指针、24-L型钢、25-转动把手、26-转轴、27-第二被动齿轮、28-下垫片、29-主动齿轮、30-穿线孔、31-活动拉绳、32-方形漏斗入口、33-方形漏斗出口、34-软管、35-水源、36-进水池、37-进水池出水口、38-水阀、39-蓄水箱进水口、40-蓄水箱排气口、41-蓄水箱进气口、42-蓄水箱、43-蓄水箱出水口、44-红外感应水阀、45-蓄水箱进气阀门、46-试验箱进气阀门、47-空气加压装置、48-压缩空气储存罐、49-水土混合物入口、50-反滤网、51-水土分离箱、52-分离箱出水口、53-分离进水口、54-分离蓄水箱、101-转动装置、102-方形漏斗。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1至图7，本实用新型提出了一种模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀影响的试验装置，包括潜蚀试验系统、供水系统、加压系统及水土分离系统，所述供水系统、所述潜蚀试验系统和所述水土分离系统依次顺序连接，所述加压系统的输出分别接入所述水系统和所述潜蚀试验系统；

所述潜蚀试验系统包括潜蚀试验箱1、试验箱进水口2、试验箱排气口3、试验箱进气口4、底板洞口开口5、4个红外感应装置6、4个外感应装置开关7、电导线8、4个角柱9、2个滑道10、2块洞口挡板11、2个弹簧12、2个定滑轮13、2根活动拉绳14、4个底板凹槽15、4根固定拉绳31、方形漏斗入口32、方形漏斗出口33、软管34、转动装置101及方形漏斗102；其中，所述潜蚀试验箱1设置于4个所述角柱9上，潜蚀试验箱1底板材质为钢板，角柱9材质为钢材；潜蚀试验箱1的顶板为钢板，前板、后板、左侧板、右侧板为透明有机玻璃；所述底板洞口开口5设置于所述潜蚀试验箱1底板中间，底板洞口开口5为正方形开口；红外感应装置6与红外感应水阀44通过电导线8连接至外接电源；4个所述红外感应装置6设置于潜蚀试验箱1侧板外侧沿竖直方向布置，最底部红外感应装置距底板垂直方向高度差优选为1m，且每个红外感应装置垂直方向相距优选0.25m布置；4个所述红外感应线路开关7通过电导线8分别控制所述4个红外感应装置6，每个开关7控制1个红外感应装置6，四条电导线8先并联再串联；所述试验箱进水口2、试验箱进气口4及试验箱排气口3置于所述潜蚀试验箱1顶板内；2块所述洞口挡板11为有一定厚度的长方体钢板，两块洞口挡板11闭合时刚好可以将底板洞口开口5盖住，洞口挡板11长边横向布置，长边比底板洞口开口5边长要长；所述洞口挡板11置于所述潜蚀试验箱1底板下方，2块洞口挡板11闭合处对准所述潜蚀试验箱21底板洞口开口5中心；所述底板凹槽15置于距洞口挡板11高的方向且距离洞口挡板11顶边、底边适当距离；四个所述底板凹槽15分别置于两块洞口挡板11内，且距所述底板洞口开口5一定距离对称布置，每块洞口挡板11中的2个底板凹槽15对准另一块洞口挡板11的2个底板凹槽15形成2个大凹槽；两个所述弹簧12置于所述2个大凹槽内，所述弹簧12在所述2块洞口挡板11闭合时处于原长状态；2块所述滑道10为长方体钢板且置于2块洞口挡板11下方；所述转动装置101焊接在潜蚀试验箱1侧板下方；两根所述活动拉绳14分别连接两块洞口挡板11长边外侧；所述洞口挡板11长边横向布置，一前一后；2个所述定滑轮13置于所述潜蚀试验箱1底板下对称放置，所述活动拉绳14绕过定滑轮13滚轮连接至转动装置101；所述固定拉绳31一端固定至所述方形漏斗入口32的一个角，另一端固定至潜蚀试验系统中潜蚀试验箱1的角柱9，4根固定拉绳31将方形漏斗102固定至潜蚀试验箱1的4个角柱9，使得方形漏斗102悬空；所述方形漏斗入口32放置于距潜蚀试验箱1的底板洞口开口5适当的垂直距离；所述方形漏斗入口32中心对准潜蚀试验箱1底板洞口开口5中心；所述方形漏斗出口33连接所述软管34；所述方形漏斗入口32面积比底板洞口开口5面积大。所述方形漏斗出口33连接软管34连接至水土分离系统中的水土分离箱51的水土混合物入口49。

进一步的，所述滑道10为有一定厚度的长方体钢板；所述滑道10在长边边缘处沿着短边方向挖一长方体凹槽，凹槽长边、短边分别留一个高度与洞口挡板11同高且有一定厚度的边缘，使得两块洞口挡板11可以与两个滑道10凹槽嵌合，使得洞口挡板11可以沿着滑道10长边滑动，每块洞口挡板11沿着滑道10滑动的距离不能小于底板洞口开口5边长的一半；所述两块滑道10沿着纵向布置，一左一右。

所述转动装置101包括外框架16、轴承17、上垫片18、第一被动齿轮19、固定卡片20、0～360°读盘21、螺丝钉22、指针23、L型钢24、转动把手25、转轴26、3个第二被动齿轮27、3个下垫片28、主动齿轮29、2个穿线孔30。其中所述外框架16为空心圆柱体，材质为钢板；所述轴承17焊接至外框架16内侧上底面中心；所述上垫片18、3个下垫片28对称焊接于外框架16内侧侧面中部；所述第一被动齿轮19安装于上垫片18上；3个第二被动齿轮27分别安装于3个下垫片28之上；所述转轴23为圆柱实心体钢柱，且直径比所述外框架16直径小，所述转轴26上底面连接所述轴承17；所述主动齿轮29置于转轴26侧面上；所述主动齿轮29分别啮合第一被动齿轮19和3个第二被动齿轮27；所述L型钢24焊接至转轴26下底面；所述转动把手25焊接于L型钢24上；所述2个穿线孔30设于外框架16侧面，2根活动拉绳14穿过穿线孔30连接至转轴26；所述外框架16下底面打一直径与转轴26相同的圆形洞口；所述固定卡片20为一定厚度的长方体钢片；所述螺丝钉22穿过固定卡片20；所述螺丝钉22依次穿过外框架16下底面、固定卡片20、第一被动齿轮19及上垫片18；所述外框架16下底板外侧绘制0～360°读盘21，所述指针置23于L型钢24上且对准0～360°读盘21的0°位置处。

所述供水系统包括水源35、进水池36、进水池出水口37、水阀38、蓄水箱进水口39、蓄水箱排气口40、蓄水箱进气口41、蓄水箱42、蓄水箱出水口43及一个红外感应水阀44；其中所述进水池36外接水源35；所述蓄水箱进水口39、蓄水箱进气口41、蓄水箱排气口40置于所述蓄水箱42顶部盖板内；所述蓄水箱出水口43置于蓄水箱42底板；所述进水池36通过供水管道连接蓄水箱42的蓄水箱进水口39，水流量由水阀38控制；所述蓄水箱42的蓄水箱出水口43通过供水管道连接潜蚀试验系统的试验箱进水口2，水流量由红外感应水阀44控制；所述蓄水箱42通过供气管道连接至加压系统中的空气加压装置47，气流量由加压系统中的蓄水箱进气阀门45控制；所述蓄水箱42容积大于潜蚀试验箱1容积。

所述水土分离系统包括水土混合物入口49、反滤网50、水土分离箱51、分离箱出水口52、分离进水口53及分离蓄水箱54；其中所述水土混合物入口49置于水土分离箱51顶部盖板内；所述分离箱出水口52置于水土分离箱51底板内；所述水土分离箱51的水土混合物入口49通过软管34连接潜蚀试验系统Ⅰ的方形漏斗出口33；所述分离蓄水箱54的分离进水口53通过供水管道连接水土分离箱51的分离箱出水口52；所述反滤网50置于水土分离箱51内，且反滤网50可从水土分离箱51的侧板抽出。

具体操作原理如下：

1、模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀影响，通过顺时针转动转动把手25，使得活动拉绳14缠绕转轴26，通过定滑轮13改变活动拉绳14的方向，活动拉绳14带动洞口挡板11，使得洞口挡板11沿着滑道10滑槽滑动，使得洞口挡板11张开面积增大，以至于被洞口挡板11遮挡的底板洞口面积增大，最终实现洞口的扩大；位于洞口挡板11的底板凹槽15中间的弹簧12，两块洞口挡板11闭合时，处于原长状态，由于受到活动拉绳14拉力作用弹簧12形变增加从而弹力增加；顺时针转动把手25时，带动转轴26上的主动齿轮29转动，主动齿轮29带动第一被动齿轮19及3个第二被动齿轮27转动，通过拧紧螺丝钉22，使得固定卡片20将第一被动齿轮19卡紧在上垫片18上，从而使得洞口大小固定在试验设计值；通过拧松螺丝钉22，使得固定卡片20偏离第一被动齿轮19，再通过逆时针转动转动把手25，位于洞口挡板11的凹槽15中间的弹簧12，由于弹力作用会使得洞口挡板11张开面积减小，以至于外露的洞口面积减小，最终实现洞口的减小；通过转轴外框架16上的指针23可以知道转轴26转动的角度n，转轴26半径为r，从而可以换算出洞口面积s的大小，当指针23转动n度时，此时s＝πrnb/90；当试验设计面积为s时只需要转动n度，此时n＝90S/πrb；模拟常水头潜蚀试验，当潜蚀试验箱1水位降低时，通过设置在侧板的红外感应装置6控制红外感应水阀44开启实现蓄水箱42自动向潜蚀试验箱1补水，当水位到达设计水位高度时候，红外感应装置6控制感应水阀44关闭保证水头稳定。在做需要水力梯度才能发生潜蚀时所需的水力梯度的土时候，通过空气压缩装置47向潜蚀试验箱1充入不同气压的压缩空气，使得潜蚀土体上部和下部水力梯度增大，增大潜蚀发生的效果。在做变水头试验时，通过在装填好土样的潜蚀试验箱1充入设定水位值，待水位降至0重新向潜蚀试验箱子充入相同水位线的水；在做常水头且潜蚀发生需要一定水力梯度的土体时，通过加压系统同时向潜蚀试验箱1和蓄水箱42加压，且保证蓄水箱42压强大于或等于潜蚀试验箱1压强，致使蓄水箱42里的水可以流向潜蚀试验箱1，通过增大压强可以增大土体上部、下部的水头变大导致土体上部、下部的水力梯度增大，以达到该土体发生潜蚀时候的临界水力梯度，当潜蚀试验箱1水位低于设计水位时候，红外感应装置6控制感应水阀44开启，蓄水箱42的水自动进入潜蚀试验箱1，当潜蚀试验箱1的水位达到设计水位时，红外感应装置6控制红外感应水阀44关闭停止补水，以此达到在常水头条件下模拟需要一定水力梯度才能发生潜蚀的土体潜蚀试验。在模拟变水头条件下对难以发生潜蚀土体时候，通过空气加压装置47同时向潜蚀试验箱1和蓄水箱42加压，蓄水箱42气压大于等于潜蚀试验箱1压强，将红外感应装置6与红外感应水阀电路之间的开关7设为开路，当水位降至最低时，手动打开感应孔压水阀使得水位升值设计水头，重新向潜蚀试验箱1充入设计位置水头与压强水头。

2、洞口面积控制装置原理：

洞口面积计算公式

s＝a×b

b为地板洞口宽度，为固定值；a为洞口外露的宽度；

设转动转轴转动n度，转轴半径为r，转轴带着指针转动n度对应的弧长长度即每根拉绳移动的长度即每块洞口挡板在滑道上的位移；即只需要知道指针转动的角度即可得到洞口面积大小；

当指针转动n°时

此时a＝(n/360)×2πr×2；

此时s＝a×b＝πrnb/90。

当试验设计面积为S1时只需要转动n₁度

此时n1＝90S₁/πrb；

3、常水头试验设计原理：

通过红外感应装置6感应水位线，当潜蚀试验箱1水位线低于红外感应装置6位置时候，红外感应水阀44自动向潜蚀试验箱1补水，当潜蚀试验箱1水位线到达红外感应装置6高度时，红外感应水阀44自动关闭，停止向潜蚀试验箱1补水；

4、针对需要一定临界水力梯度才能发生潜蚀的土体设计的室内模型箱：

室内试验中，由于受到场地限制，不能将潜蚀试验箱1做得很高，以至于室内试验受到场地影响，水头不能很大，但实际条件中，往往水头会很大，所以本实用新型设计了一种可以在室内模拟较大水头的对土体进行潜蚀的装置，工作原理为通过向装好土体的密闭的潜蚀试验箱1中充入压缩空气，再在潜蚀试验箱1内充入一定高度的位置水头，使得压强水头增大致使总水头增大，使得水力梯度大于土体发生潜蚀时的临界水力梯度。此时1个工程大气压相当于十米高水柱。

将3、4结合起来做常水头条件下对需要一定临界水力梯度才能发生潜蚀的土体进行潜蚀试验研究，通过向装好土体的潜蚀试验箱1及蓄水箱42中充入压缩空气，再在密闭的潜蚀试验箱1内充入一定高度的位置水头，使得压强水头增大致使总水头增大，使得水力梯度大于该土体发生潜蚀时的临界水力梯度；通过向蓄水箱42充入大于或等于向潜蚀试验箱1充入的压缩空气，致使蓄水箱42的水能在红外感应装置6的作用下自动的向潜蚀试验箱1补水和停止补水。

进一步的，进行各类试验的具体步骤如下：

在进行变水头试验时：

步骤一，将所有水阀、气阀都关闭，所有电路开关设为开路；

步骤二，将底面积与潜蚀试验箱1底面积相同的原状土填入潜蚀试验箱1；原状土样高度根据试验自定；

步骤三，根据试验所需水头，通过水源35将进水池36中的水蓄满，打开水阀38将蓄水箱42蓄满水，打开红外感应水阀44，向潜蚀试验箱1加水，当水位达到设计水位时候，关闭红外感应水阀44；

步骤四，通过顺时针转动转动把手25，使得潜蚀洞口张开到设定值；位通过拧紧螺丝钉22，从而使得洞口大小固定在试验设计值；

步骤五，当潜蚀试验箱1水位降至零时，潜蚀试验箱1中的水随着潜蚀的发生流入水土分离系统中的分离蓄水箱54；手动打开红外感应水阀44，将潜蚀试验箱1补水至设定水位线；

步骤六，每经过一次循环，将水土分离箱51的反滤网50抽出、烘干称重；重复上述操作直至集土反滤网50中土颗粒在某次循环水之后不再发生变化，停止试验，将设备所有装置关闭。

步骤七，通过拧松螺丝钉22，再通过逆时针转动转动把手25，使得实现洞口的减小至0；

在进行需要一定临界水力梯度才能发生潜蚀等土体进行变水头试验时：

步骤一，将所有水阀、气阀都关闭，所有电路开关设为开路；

步骤二，将底面积与潜蚀试验箱1底面积相同的原状土填入潜蚀试验箱1；原状土样高度根据试验自定

步骤三，通过水源35将进水池36中的水蓄满，打开水阀38，将水灌入蓄水箱42，但需留出1/3以上容积；打开蓄水箱进气阀门45和试验箱进气阀门46，根据试验所需水头，通过空气加压装置47将压缩空气通入蓄水箱42及潜蚀试验箱1，且确保充入蓄水箱42的压缩空气量大于充入潜蚀试验箱1压缩空气量；手动将红外感应水阀44打开，通过供水管道蓄水箱42向潜蚀试验箱灌水，使得水位达到设计水位，手动关闭红外感应水阀。

步骤四，通过顺时针转动转动把手25，使得潜蚀洞口张开到设定值；通过拧紧螺丝钉22，从而使得洞口大小固定在试验设计值；

步骤五，当潜蚀试验箱1水位降至最低时，手动将红外感应水阀44打开，致使水位升至设计水位线。

步骤六，每经过一次循环，将水土分离箱51的反滤网50抽出、烘干称重；重复上述操作直至反滤网中土颗粒在某次循环水之后不再发生变化，停止试验，将设备所有装置关闭。

步骤七，通过拧松螺丝钉22，再通过逆时针转动转动把手25，使得实现洞口的减小至0；

在进行常水头试验时：

步骤一，将所有水阀、气阀都关闭，所有线路开关设为开路；

步骤二，将底面积与潜蚀试验箱1底面积相同的原状土填入潜蚀试验箱1；潜蚀试验箱1提供4个红外感应装置6，每个红外感应装置6代表一个设计水头，将选常水头位置与红外感应装置6对应，并将相应的红外感应装置6与红外感应水阀44之间的线路闭合；原状土样高度与选定的红外感应装置6保持1m垂直距离，也可根据试验需求自定，但土样高度不得与选定红外感应装置6距潜蚀试验箱1底板高度一样。

步骤三，根据试验所需水头，通过水源35将进水池36中的水蓄满，打开水阀38将蓄水箱42蓄满水，打开红外感应水阀44，向潜蚀试验箱21加水，当水位达到设计水位时候，关闭水阀38。

步骤四，将红外感应水阀44打开，通过供水管道蓄水箱42向潜蚀试验箱1灌水，当水位到达红外感应装置6选定的高度时，红外感应水阀44自动关闭；

步骤五，通过顺时针转动转动把手25，使得潜蚀洞口张开到设定值；通过拧紧螺丝钉22，从而使得洞口大小固定在试验设计值；

步骤六，根据设定称重间隔时间，每一段时间将水土分离箱51的反滤网31抽出、烘干称重，直至某段时间内称重质量无变化，停止试验，关闭所有设备开关。

步骤七，通过拧松螺丝钉22，再通过逆时针转动转动把手25，使得实现洞口的减小至0；

在进行需要一定临界水力梯度才能发生潜蚀等土体进行常水头试验时：

步骤一，将所有水阀、气阀都关闭，所有线路开关设为开路；

步骤二，将底面积与潜蚀试验箱1底面积相同的原状土填入潜蚀试验箱1；潜蚀试验箱1提供4个红外感应装置6，每个装置代表一个设计水头，将选常水头位置与红外感应装置6对应，并将相应的红外感应装置6与红外感应水阀44之间的开关7闭合；原状土样高度与选定的红外感应装置6保持1m垂直距离，也可根据试验需求自定，但土样高度不得与选定红外感应装置6距试验箱1底板高度一样。

步骤三，通过水源35将进水池中36的水蓄满，打开水阀38，将水灌入蓄水箱42但需留出1/3以上的容积；打开蓄水箱进气阀门45和试验箱进气阀门46，根据试验所需水头，通过空气加压装置47将压缩空气通入蓄水箱42及潜蚀试验箱1，且确保充入蓄水箱42的压缩空气量大于充入潜蚀试验箱1压缩空气量；

步骤四，将红外感应水阀44打开，通过供水管道蓄水箱42向潜蚀试验箱1灌水，当水位到达选定的红外感应装置6高度时，红外感应水阀44自动关闭，停止向潜蚀试验箱1补水；

步骤五，通过顺时针转动转动把手25，使得潜蚀洞口张开到设定值；位通过拧紧螺丝钉22，从而使得洞口大小固定在试验设计值；

步骤六，根据设定称重间隔时间，每一段时间将水土分离箱51的反滤网50抽出、烘干称重，直至某段时间内称重质量无变化，停止试验，关闭所有设备开关。

步骤七，通过拧松螺丝钉22，再通过逆时针转动转动把手25，使得实现洞口的减小至0。

本实用新型设计一种新型可独立控制潜蚀洞口大小的设备，系统研究土体在不同岩溶洞口大小的作用下潜蚀作用机理；本使用新型能够实现一种在室内模拟不同潜蚀洞口大小对土体潜蚀的设备，系统研究土体在不同岩溶洞口大小的作用下潜蚀作用机理；本实用新型能实现能通过空气加压装置向潜蚀试验箱充入压缩空气可对需要一定临界水力梯度才能发生潜蚀的土体进行潜蚀试验研究，且可以在较小的试验箱内，形成较大的水头；本实用新型能模拟常、变水头作用下对土体进行潜蚀试验的新装置；本实用新型能通过改变潜蚀试验箱底板洞口开口模拟不同岩溶洞口且通过空气加压装置以及对潜蚀试验箱的灵活运用模拟不同水头类别对土体的潜蚀，从而模拟真实情况下不同岩溶洞口大小与不同水头类别环境下耦合作用对土体潜蚀特性的影响。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀影响的试验装置，其特征在于，

包括潜蚀试验系统、供水系统、加压系统及水土分离系统，所述供水系统、所述潜蚀试验系统和所述水土分离系统依次顺序连接，所述加压系统的输出分别接入所述供水系统和所述潜蚀试验系统；

所述潜蚀试验系统包括潜蚀试验箱、4个红外感应装置、4个外感应装置开关、电导线、4个角柱、2个滑道、2块洞口挡板、2个弹簧、2个定滑轮、2根活动拉绳、4根固定拉绳、软管、转动装置和方形漏斗，所述潜蚀试验箱设置于4个所述角柱上方并呈箱体形状设置，且所述潜蚀试验箱的侧板均为可视化透明设置，4个所述红外感应装置在所述潜蚀试验箱一侧的侧板外沿竖直方向均匀间隔布置，4个所述外感应装置开关通过电导线分别连接所述红外感应装置，4条所述电导线先并联再串联；

所述潜蚀试验箱的顶部开设有试验箱进水口、试验箱排气口和试验箱进气口，所述潜蚀试验箱的底板开设有底板洞口开口，所述底板洞口开口设置于所述潜蚀试验箱的底板中间，所述底板洞口开口为正方形开口；

2个所述滑道设置在所述潜蚀试验箱下方，2块所述洞口挡板位于所述潜蚀试验箱与所述滑道之间，2块洞口挡板闭合时恰好可以将底板洞口开口盖住，2块所述洞口挡板的长边比所述底板洞口开口的边长更长，每块所述洞口挡板上开设有2个底板凹槽，每个底板凹槽与相对的洞口挡板上的底板凹槽形成一个大凹槽，2个所述弹簧分别置于对应的大凹槽内；

2个所述定滑轮固定在所述潜蚀试验箱的底板下方并呈对称放置，2根所述活动拉绳的一端分别与一块所述洞口挡板的外侧连接，同时分别绕过所述定滑轮的滚轮，另一端与所述转动装置连接；

所述方形漏斗包括方形漏斗入口和方形漏斗出口，所述方形漏斗入口放置在所述底板洞口开口的正下方并保持固定的垂直距离，所述方形漏斗出口连接软管，所述软管的另一端连接至所述水土分离系统；

4根所述固定拉绳的一端分别与所述角柱连接，另一端与所述方形漏斗入口的一个角固定连接。

2.如权利要求1所述的模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀影响的试验装置，其特征在于，

所述滑道在长边的边缘处沿着短边方向开设有长方体凹槽，2块所述滑道以长边的中轴线对称布置，两个长方体凹槽合围形成滑道凹槽，2块所述洞口挡板与滑道凹槽嵌合并设置在滑道凹槽内。

3.如权利要求2所述的模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀影响的试验装置，其特征在于，

所述转动装置包括外框架、轴承、上垫片、第一被动齿轮、固定卡片、0～360°读盘、螺丝钉、指针、L型钢、转动把手、转轴、3个第二被动齿轮、3个下垫片、主动齿轮和2个穿线孔，所述外框架呈空心圆柱体设置，所述轴承与所述外框架固定连接并设置在所述外框架内侧上底面中心，所述上垫片和3个所述下垫片间隔对称设置在所述外框架内侧侧面中部，所述第一被动齿轮安装在所述上垫片上，3个所述第二被动齿轮分别安装在所述下垫片上；所述转轴呈圆柱实体设置，且所述转轴直径小于所述外框架直径，所述转轴的一端与所述轴承连接，所述主动齿轮套设在所述转轴上，并分别与所述第一被动齿轮和3个所述第二被动齿轮啮合；所述L型钢设置在所述转轴远离所述轴承的另一侧端面上，所述转动把手焊接在所述L型钢上，2个所述穿线孔设置在所述外框架侧面上，2根活动拉绳分别穿过所述穿线孔连接至转轴；所述螺丝钉从外向内依次贯穿外框架的端面、固定卡片、第一被动齿轮和上垫片，所述外框架靠近所述转动把手一侧的端面上绘制有0～360°读盘，所述指针置于L型钢上且对准0～360°读盘的刻度0°位置处。

4.如权利要求3所述的模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀影响的试验装置，其特征在于，

所述供水系统包括水源、进水池、水阀、蓄水箱及红外感应水阀，所述水源、所述进水池和所述蓄水箱依次连接，所述进水池底部开设有进水池出水口，所述蓄水箱的顶部设置有蓄水箱进水口、蓄水箱排气口和蓄水箱进气口，底部开设有蓄水箱出水口，所述水阀设置在所述进水池出水口与所述蓄水箱进水口之间的供水管道上，所述红外感应水阀设置在所述蓄水箱进气口与所述试验箱进水口间的供水管道上，且与所述红外感应装置电性连接，所述蓄水箱容积大于潜蚀试验箱容积。

5.如权利要求4所述的模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀影响的试验装置，其特征在于，

所述加压系统包括蓄水箱进气阀门、试验箱进气阀门、空气加压装置及压缩空气储存罐，所述压缩空气储存罐连接所述空气加压装置，所述空气加压装置分别通过供气管道连接至蓄水箱进水口和试验箱进气口，所述蓄水箱进气阀门和所述试验箱进气阀门设置在对应的供气管道上。

6.如权利要求5所述的模拟不同岩溶洞口大小对土体潜蚀影响的试验装置，其特征在于，

所述水土分离系统包括反滤网、水土分离箱及分离蓄水箱，所述水土分离箱的顶部开设有水土混合物入口，底部开设有分离箱出水口，所述分离蓄水箱的顶部设置有分离进水口，所述水土混合物入口通过软管与方形漏斗出口连接，所述分离箱出水口与所述分离进水口之间通过供水管道连接，所述反滤网设置在所述水土分离箱内并与所述水土分离箱可分离连接。