CN220367068U - 一种可重复回收制备土样的潮汐联合强降雨模拟试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可重复回收制备土样的潮汐联合强降雨模拟试验系统，包括土体模拟装置、模拟海床区和潮汐模拟装置，所述土体模拟装置用于模拟海床区上形成模拟土样，所述潮汐模拟装置用于改变海水相对于土样的水位用于模拟潮汐对土样的影响，所述土体模拟装置包括可升降底板，可升降底板上升使得所述土体模拟装置制备的土样至于模拟海床区的预定位置，当模拟试验结束后，所述可升降底板下降使得塌落的土体进入可升降底板的上方再次进行土样的制备。本实用新型的系统可以重复使用土样模拟潮汐和强降雨联合作用对沿岸土体的影响。

Description

一种可重复回收制备土样的潮汐联合强降雨模拟试验系统

技术领域

本实用新型涉及一种可重复回收制备土样的潮汐联合强降雨模拟试验系统。

背景技术

在潮汐模拟试验中，常常需要进行多次试验，每次试验完成后部分土样会塌落到模型箱的底板形成沉积，土样的沉积或导致模型箱用于试验的体积减小，从而对试验结果产生影响，因此在重复试验的过程中，需要不断的对模型箱底部的土体进行清理，土体损失较大，另一方面又需要重复添加土体制备土样。本申请的申请人在部分申请人研发的试验装置上合作开发了可回收重复制备土样的模拟试验系统。

实用新型内容

针对以上不足，本实用新型的目的在于提供一种可重复回收制备土样的潮汐联合强降雨模拟试验系统，通过回收塌落的土体继续制备土样来解决上述问题。

为此，本实用新型的一种可重复回收制备土样的潮汐联合强降雨模拟试验系统，包括土体模拟装置、模拟海床区和潮汐模拟装置，所述土体模拟装置用于模拟海床区上形成模拟土样，所述潮汐模拟装置用于改变海水相对于土样的水位用于模拟潮汐对土样的影响，所述土体模拟装置包括可升降底板，可升降底板上升使得所述土体模拟装置制备的土样至于模拟海床区的预定位置，当模拟试验结束后，所述可升降底板下降使得塌落的土体进入可升降底板的上方再次进行土样的制备。

进一步的，所述土体模拟装置还包括设在包括固结砂板、带孔加载板、土工布和加压装置，所述固结砂板设在可升降底板的上方，所述可升降底板的上表面设有集水槽，并且可升降底板上设有连通集水槽的可启闭的出水口，所述模拟海床区的两侧设有可拆卸阻隔板，固结砂板的上方放置土体，土体的上表面和下表面铺设土工布，土样的上表面设带孔加载板，所述带孔加载板可在加压装置作用下使得土体固结形成模拟沿岸实际土体的土样。

进一步的，所述模拟海床区的下方设有与可升降底板配合的L形侧板，至少一个L形侧板上设有出水口，侧板的出水口设有滤板，所述可升降底板的上表面设有与模拟海床区下表面配合的密封圈，所述L形侧板的翼板上设有与可升降底板配合的密封圈。

进一步的，包括模型箱，所述模型箱中包括模拟海水区、与模拟海水区相邻的模拟海床区和地下水位观测区，所述模拟海床区中设有用于监测土体参数的土样监测装置。

进一步的，所述模型箱包括第一底板和第二底板，所述第二底板固定在第一底板的上方，所述第二底板由弹性材料制作，且所述第二底板两端为自由端，所述自由端可在外力作用下向上移动形成坡面或弧面。

进一步的，包括供水箱，供水箱与模型箱之间通过进水管和排水管相连，所述进水管用于向模型箱中供水，所述排水管用于将模型箱中的水排向供水箱，所述模型箱中还设有水位调控区，所述水位调控区与模拟海水区相邻，所述进水管一端设在水位调控区中，当所述进水管流量大于出水管流量时水位上涨在水位调控区模拟涨潮并通过模拟海水区冲击土样，当所述进水管流量小于出水管流量时水位下降在水位调控区模拟落潮。

进一步的，所述水位调控区和模拟海水区之间设有阻隔板，所述模拟海水区和模拟海床区之间设有阻隔板，所述阻隔板可开启使得水位调控区、模拟海水区和模拟海床区连通。

进一步的，还包括降雨模拟装置，降雨模拟装置包括支架和反力架，所述降雨模拟装置包括多孔喷头，所述加压装置和多孔喷头分别连接在滑块的一个面上，所述滑块可沿反力架移动，所述反力架活动连接在支架上使得反力架可做旋转运动，以这样的方式使得滑块正对土样的一面在加压装置和多孔喷头之间切换。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型的土体模拟装置可以直接制备模拟沿岸土体的土样，利用水位的涨落模拟潮汐水位变化，使海水模拟区模拟潮汐水位变化的冲击作用，从而较为真实的模拟沿岸土体受到潮汐的实际影响，利用降雨模拟装置模拟降雨，较为真实的实现对潮汐联合强降雨的联合作用影响。本实用新型的可升降底板设在模拟海床区，制备土样时，可升降底板上升至模型箱的底板接触，置入土体，加压排水制成土样；试验完成后，将模型箱中海水排空，可升降底板下降使得土样低于模型箱底板上表面，将模型箱中沉积的土样通过水冲、刮板等方式收集到可升降底板的上方，插入隔板后，将可升降底板升起到预定位置，加载压力制成相应的土样，实现了土样的重复利用和重复试验。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的示意图；

图2为本实用新型实施例1或2的推板的示意图；

图3为本实用新型实施例1中模拟波浪的示意图。

附图标记说明：1、模型箱；101、水位调控区；102、模拟海水区；103、模拟海床区；104、水位观测区；105、阻隔板；106、凹槽；2、供水箱；3、降雨模拟装置；301、喷头；4、变频水泵；5、调节阀；6、水位尺；7、可升降底板；8、L形侧板；9、集水槽；10、固结砂板；11、带孔加载板；12、加压装置；13、支架；14、反力架；15、滑块；16、滤板；17、密封圈；18、第一底板；19、第二底板；191、自由端。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为实现预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

参照图1和图2所示，本实用新型的一种潮汐和强降雨联合对沿岸土体影响的模拟试验系统，包括模拟海床区103，用于放置模拟沿岸土体的土样；潮汐模拟装置，用于改变海水相对于土样的水位用于模拟潮汐对土样的影响；降雨模拟装置3，用于向土样的上表面喷水，用于模拟降雨；土体模拟装置用于模拟海床区上制备模拟土样，土体模拟装置包括可升降底板7，可升降底板7上升使得所述土体模拟装置制备的土样至于模拟海床区的预定位置，当模拟试验结束后，所述可升降底板7下降使得塌落的土体进入可升降底板的上方再次进行土样的制备。在本实用新型的实施例1中，模拟海床区103设在模型箱1中，模型箱1设置在台架上，模型箱1的容腔中依次为水位调控区101、模拟海水区102、模拟海床区103和水位观测区104，相邻的分区之间通过阻隔板105分隔，模型箱1的侧壁上设凹槽106或在侧壁上设置槽板形成凹槽106，阻隔板105通过插入凹槽106中将各区分隔开，通过将阻隔板105从凹槽106中向上移出使得各区连通，参照图1所示，为了直接制备土样，土体模拟装置包括固结砂板10、带孔加载板11、土工布和加压装置12，模拟海床区103底部为固结砂板10和可升降底板7，可升降底板7采用液压装置或电动升降装置来实现升降，可升降底板的上表面设有与模拟海床区下表面配合的密封圈，所述模拟海床区的下方设有与可升降底板7配合的L形侧板8，固结砂板10设在可升降底板7的上方，可升降底板7的上表面设有集水槽9，并且可升降底板7上设有连通集水槽9的可启闭的出水口，至少一个L形侧板8上设有出水口，L形侧板8的出水口设有滤板16，L形侧板的翼板上设有与可升降底板配合的密封圈17，土样制备时，可升降底板7上升至模拟海床区的下方，固结砂板10在土样固结过程中向下均匀排水至集水槽9中，并通过集水槽9连通的可以启闭的出水口外排，在土样上、下表面布置土工布，在上侧土工布的上方放置带孔加载板11，加压装置12可以为液压千斤顶或其他现有的加压设备，加压装置12固定在滑块15上，滑块15可在电机驱动下在反力架14上移动，反力架14连接在支架13上，反力架14可以在旋钮控制下转动，反力架14的另一个面上固定多孔喷头301或喷板，降雨模拟装置3还包括管道、控制阀和泵，用于模拟不同降雨量。制备土样时，旋动反力架14上的旋钮，使得千斤顶一端向下，按压液压手动泵，使千斤顶向下延伸直到带孔加载板11上，继续对土样加压，使土样中的水分由固结砂板10和带孔加载板11两侧排出，固结得到模拟沿岸实际土样。水位调控区101中设有进水口和排水口，进水口和排水口通过管道连接到供水箱2中，供水箱2设置在台架上，排水管道与变频水泵4连接，进水管道与可调节流量的调节阀5连接，水位调控区101用于模拟潮汐涨落，且与模拟海水区102用阻隔板105分开，为避免干扰到土层，使模拟海水区102的水体更平缓稳定；模拟海水区102用于模拟沿岸海水涨落，并且观察潮汐水位变化。模拟海床区103用于放置土样，模拟海岸的情况。地下水位观测区104与模拟海床区103相邻，模拟海床区103土样地下水位上涨，水位观测区水位也会上涨，用于监测模拟海岸地下水位的变化。模拟海床区103中设有土样监测装置，土样监测装置包括水位监测仪、土压力传感器、孔压力传感器等对土体力学特性进行监测，水位观测区104和模拟海水区102内设有水位尺6或水位计。其潮汐模拟试验方法包括如下步骤：将阻隔板105插入凹槽106中，向模拟海床区103放入土样，开启水泵，调节阀门，向水位调控区101注入海水，打开模拟海水区102与水位调控区101之间的阻隔板105，海水流向模拟海水区102，静置预定时间后，打开模拟海床区103与模拟海水区102、水位观测区104之间的阻隔板105，水位观测区104与模拟海床区103相邻，当水位观测区104的水位与模拟海水区102水位持平时，记录其水位并作为土样地下水的初始水位。调节阀门使得进水量大于排水量，在水位调控区101模拟潮涨，并通过模拟海水区102缓冲后模拟真实涨潮对土体产生影响，记录模拟海水区102的水位、水位观测区水位以及土体监测装置的数据。当水位到达预定的高度后，通过调节阀门，使得排水量大于进水量，在水位调控区101模拟落潮，并通过模拟海水区102缓冲后模拟落潮对土样的影响，记录模拟海水区102的水位、水位观测区水位以及土体监测装置的数据。需要说明的是，通过调节阀门的流量，可以模拟不同的潮汐涨落的影响。当模拟试验完成后，先将模型箱中的海水排至供水箱，再使可升降底板7带着土样缓慢下降至土样的上表面低于模型箱底板上表面，即可升降底板7与L形侧板8的翼板配合，翼板和可升降底板7间的密封圈17形成防水，通过冲水或刮板将塌落的土体收集入土样的上方，多余的水通过滤板16外排，再次插入阻隔板将模拟海床区进行分隔后，将可升降底板7上升使得密封圈17在可升降底板7和模拟海床区底板之间形成防水，适当补充损耗的土样，再次进行土样制备，土样制备后，再次进行模拟试验，供水箱中也可设在滤板进行过滤，过滤海水中的沙土后再用于模拟试验。

进一步的，在上述实施例的基础上，进一步改进，参照图3所示，模型箱1包括第一底板18和第二底板19，所述第二底板19固定在第一底板18的上方，第二底板19由弹性材料制作，且所述第二底板两端（分别设在模拟海水区和水位观测区）为自由端191，所述自由端191可在外力作用下向上移动形成坡面或弧面。当试验完成时，通过手动抬升或采用拉索等方式将自由端191抬升形成坡面，再用水流向下冲洗，更为有效地将土体冲入可升降底板7的上方。

在上述实施例中，潮汐联合强降雨模拟试验包括以下步骤：

（1）先在亚力克板制模型箱1内插入阻隔板105，将其分为水位调控区101、模拟海水区102、模拟海床区103和水位观测区104三部分，在模拟海床区103底部铺设固结砂板10，放置一层土工布，加入土样，土样上方再加一层土工布，放置带孔加载板11，将水位监测仪、土压力传感器、孔压力传感器埋设于土样内部。

旋动反力架14上的旋钮，使得千斤顶一端向下，按压液压手动泵，使千斤顶向下延伸直到带孔加载板11上，按压液压手动泵继续对土样加压，使土样中的水分由固结砂板10和带孔加载板11两侧排出，固结得到模拟沿岸土体。

（2）按下液压手动泵清零按键，千斤顶回到顶端，撤去带孔加载板11。转动反力架14旋钮，使喷头301朝下。打开供水箱，向水位调控区101注入海水，打开阻隔板105，让海水流入模拟海水区102，静置一会，直至模拟海水区102、地下水位观测区104水位持平，此水位作为初始地下水位。

（3）打开调节阀5，开启变频水泵4，调节变频水泵4，使水位调控区101的进水流量大于抽水流量，起到潮汐上涨的效果；当潮汐水位到达一定高度，调节流量调控阀和变频水泵4，使水位调控区101的进水量小于抽水量，起到潮汐水位下降的效果，模拟一个周期的潮汐涨落。重复以上操作，进行多个周期的潮汐涨落。

调控潮汐涨落的同时，开启蓄水式水泵从外部抽水，利用多孔喷头301模拟降雨，匀速移动滑块，使土样受降雨作用均匀，通过水量控制器控制降雨量和记录降雨量。

（5）试验过程中，用水位尺6记录潮汐涨落过程的水位变化，用土体水位监测仪、土压力传感器、孔隙水压力传感器分别监测土样中的地下水位、土压力、孔隙水压力数据并记录。

（6）潮汐模拟结束后，关闭变频水泵4和流量调控阀，关闭蓄水式水泵。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种可重复回收制备土样的潮汐联合强降雨模拟试验系统，其特征在于：包括土体模拟装置、模拟海床区和潮汐模拟装置，所述土体模拟装置用于模拟海床区上形成模拟土样，所述潮汐模拟装置用于改变海水相对于土样的水位用于模拟潮汐对土样的影响，所述土体模拟装置包括可升降底板，可升降底板上升使得所述土体模拟装置制备的土样至于模拟海床区的预定位置，当模拟试验结束后，所述可升降底板下降使得塌落的土体进入可升降底板的上方再次进行土样的制备。

2.根据权利要求1所述的一种可重复回收制备土样的潮汐联合强降雨模拟试验系统，其特征在于：所述土体模拟装置还包括设在包括固结砂板、带孔加载板、土工布和加压装置，所述固结砂板设在可升降底板的上方，所述可升降底板的上表面设有集水槽，并且可升降底板上设有连通集水槽的可启闭的出水口，所述模拟海床区的两侧设有可拆卸阻隔板，固结砂板的上方放置土体，土体的上表面和下表面铺设土工布，土样的上表面设带孔加载板，所述带孔加载板可在加压装置作用下使得土体固结形成模拟沿岸实际土体的土样。

3.根据权利要求2所述的一种可重复回收制备土样的潮汐联合强降雨模拟试验系统，其特征在于：所述模拟海床区的下方设有与可升降底板配合的L形侧板，至少一个L形侧板上设有出水口，侧板的出水口设有滤板，所述可升降底板的上表面设有与模拟海床区下表面配合的密封圈，所述L形侧板的翼板上设有与可升降底板配合的密封圈。

4.根据权利要求2或3所述的一种可重复回收制备土样的潮汐联合强降雨模拟试验系统，其特征在于：包括模型箱，所述模型箱中包括模拟海水区、与模拟海水区相邻的模拟海床区和地下水位观测区，所述模拟海床区中设有用于监测土体参数的土样监测装置。

5.根据权利要求4所述的一种可重复回收制备土样的潮汐联合强降雨模拟试验系统，其特征在于：所述模型箱包括第一底板和第二底板，所述第二底板固定在第一底板的上方，所述第二底板由弹性材料制作，且所述第二底板两端为自由端，所述自由端可在外力作用下向上移动形成坡面或弧面。

6.根据权利要求4所述的一种可重复回收制备土样的潮汐联合强降雨模拟试验系统，其特征在于：包括供水箱，供水箱与模型箱之间通过进水管和排水管相连，所述进水管用于向模型箱中供水，所述排水管用于将模型箱中的水排向供水箱，所述模型箱中还设有水位调控区，所述水位调控区与模拟海水区相邻，所述进水管一端设在水位调控区中，当所述进水管流量大于出水管流量时水位上涨在水位调控区模拟涨潮并通过模拟海水区冲击土样，当所述进水管流量小于出水管流量时水位下降在水位调控区模拟落潮。

7.根据权利要求6所述的一种可重复回收制备土样的潮汐联合强降雨模拟试验系统，其特征在于：所述水位调控区和模拟海水区之间设有阻隔板，所述模拟海水区和模拟海床区之间设有阻隔板，所述阻隔板可开启使得水位调控区、模拟海水区和模拟海床区连通。

8.根据权利要求6所述的一种可重复回收制备土样的潮汐联合强降雨模拟试验系统，其特征在于：还包括降雨模拟装置，降雨模拟装置包括支架和反力架，所述降雨模拟装置包括多孔喷头，所述加压装置和多孔喷头分别连接在滑块的一个面上，所述滑块可沿反力架移动，所述反力架活动连接在支架上使得反力架可做旋转运动，以这样的方式使得滑块正对土样的一面在加压装置和多孔喷头之间切换。