[实用新型]一种研究渗透性破坏现象的试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于研究渗透性破坏现象的实验装置。

背景技术

渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：一是由于渗流力的作用，使土体颗粒流失或局部土体产生移动，导致土体变形甚至失稳；二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体或结构物失稳；前者主要表现为流土和管涌，后者则表现为岸坡滑动或挡土墙等构筑物整体失稳。

目前研究表明，管涌是渗透水流作用下，细小颗粒在粗颗粒形成的孔隙中逐步移动，以至流失的过程。伴随着细颗粒的不断流出，管涌发生发展过程中土体内的孔隙水压力、土压力、土体位移及渗出流量都在发生着变化，因此，通过观测土体试样各部分的颗粒运动以及各参数的变化情况可以更好地了解管涌的发生与发展过程，但是，现有技术中，一般采用量测管涌发生时临界水力梯度的方法来研究管涌的发生与发展，而正如前面所述，管涌破坏一般有个时间发展过程，是一种渐进性质的破坏，即管涌是一个动态的过程，在管涌的发展过程中，随着细小颗粒的流失，土体将呈现非均质、各向异性等性质，同时，土体中的流速与孔隙水压力也会重新分布，因此，应用测量临界水力梯度的传统管涌试验方法，不能全面地探测管涌发展过程中涉及的所有参数的变化。

另外，目前公知的室内管涌实验观测仪器一般为窄形槽，尺寸较小，且一般用肉眼观测记录数据，所以，这种试验设备显然存在以下不足：(1)管涌的发生发展过程是三维的，窄形槽模拟管涌过程与实际情况出入很大；(2)管涌的室内实验受尺寸效应的影响很大，尺寸越小，尺寸效应越明显，造成的误差也越大；(3)目前大多数的此类实验仪器不能测量管涌发展过程中不同垂直荷载下的竖向位移，而且实验中能测量得到的参数种类也较少，很难全面地测量管涌发生发展过程中土体内各部分的水力参数与结构参数的变化；(4)数据利用人工记录的方法，精度不高。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种研究渗透性破坏现象的试验装置，其通过采用土体容纳箱盛装土体试样，并设置驱动上游贮水箱发生垂直位移的位移驱动控制装置改变上游贮水箱和进水箱之间的水头差以获取渗透性破坏现象发生的预设水力梯度，同时，设置水压力测量装置以及土压力测量装置以分别测量每一个水头差对应的渗透性破坏现象发展过程中相应位点的孔隙水压力以及土压力，并对土体试样施加不同的可用荷重测量装置测定的垂直负荷，设置竖向位移测量装置测量不同垂直荷载下的竖向位移，并对这些数据进行分析后输出水力梯度-时间、孔隙水压力-时间、土压力-时间以及渗出流量-水力梯度四条表征曲线，从而较为全面地表征整个渗透性破坏现象的发生发展过程。

为实现上述的技术目的，本实用新型将采用以下的技术方案：

一种研究渗透性破坏现象的试验装置，包括上游贮水箱、用于盛放土体试样的土体容纳箱以及下游贮水箱，所述上游贮水箱的输入端连接驱动其发生垂直位移的位移驱动控制装置，所述上游贮水箱和土体容纳箱之间连接有进水箱，且该进水箱上设置有用于测量上游贮水箱和进水箱之间水头差的水头指示管，而土体容纳箱和下游贮水箱之间则设置用于测量渗出流量的流量计，所述土体容纳箱顶板设置可纵向移动的活动盖板，并在该活动盖板上联动设置纵向负荷输出装置，且纵向负荷输出装置的输出端设置用于测量该纵向负荷输出装置所输出竖向负荷的荷重测量装置，而活动盖板上则设置用于测量土体试样竖向位移的竖向位移测量装置，另外，所述土体容纳箱上装有分别用于测量渗透性破坏现象发展过程中孔隙水压力的水压力测量装置和用于测量土压力的土压力测量装置。

所述荷重测量装置、水压力测量装置、竖向位移测量装置以及土压力测量装置分别为荷重传感器、水压力传感器、竖向位移传感器以及土压力传感器。

所述土体容纳箱的一个侧面板采用透明材质制作而成，且该透明面板的外表面上设置有用于拍摄土体试样颗粒轨迹的图像采集装置。

所述图像采集装置包括高速显微摄像头。

所述水头指示管、水压力传感嚣、土压力传感器、荷重传感器、竖向位移传感器以及高速显微摄像头的输出端分别与数据采集装置连接，而该数据采集装置的输出端则与一分析处理水头差、水压力、土压力、纵向负荷、竖向位移以及土体试样颗粒轨迹这些数据、以输出水力梯度-时间、孔隙水压力-时间、土压力-时间以及渗出流量-水力梯度四条表征曲线的计算机数据处理装置连接。

所述位移驱动控制装置包括卷扬机以及将卷扬机和上游贮水箱连接的提升机构。

所述纵向负荷输出装置包括千斤顶以及驱动该千斤顶运动的压力传动装置。