[发明专利]一种可观测土体内部的渗水力模型试验装置和试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及渗水力模型试验装置和试验方法，尤其涉及一种可观测土体内部的渗水力模型试验装置和试验方法。

背景技术

土工模型试验在岩土工程研究中占有重要的地位，它既可以用来检验各种理论分析和数值计算，也可以直接实际工程的设计和施工，因此，模型试验广泛应用于分析各种工程问题。

现有的模型试验分为常规的1g模型试验和ng模型试验两大类。常规模型试验在水力学和岩土工程中应用非常广泛, 但缩尺后1g模型中各点的自重应力水平远低于原型中各点的应力水平，强度指标很难满足相似条件，那么试验成果也必然与实际情况相差较大。ng的模型试验就是将土工建筑物或地基与基础尺寸缩小到1/n，同时重力加速度增大到ng。在ng的试验中目前有土工离心机试验和渗水力模型试验两种。

土工离心机试验将模型置于高速旋转的离心机中，让模型承受与重力等效的离心惯性力，来再现原型中土体的应力水平。但该技术存在一些不尽人意的地方, 如离心应力场不均匀, 设备造价昂贵, 技术操作复杂, 因而影响它的推广和应用。

渗水力模型试验是另一种能提供n g 应力场的模型试验, 它通过水在土体中的渗流来提供体积力, 使土体中自重有效应力增加。由于渗水力模型试验构思新颖、应力场均匀、设备成本低、操作简单，在地基基础方面应用较多。然而，该模型试验具有一定的适用范围，土样必须是饱和的，表面应当是水平的，最好是粉砂，并且提供的总水头差有限。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种可观测土体内部的渗水力模型试验装置和试验方法。

本发明提供了一种可观测土体内部的渗水力模型试验装置，包括透明模型箱，所述透明模型箱的顶部设有密封盖板，所述透明模型箱的底部设有多孔板，所述多孔板与所述透明模型箱的底板之间为排水腔体，所述排水腔体上设有排水孔，所述多孔板与所述密封盖板之间为土样放置腔体，所述土样放置腔体内填充有透明土样，所述密封盖板连接有进水管，所述透明模型箱上设有与所述土样放置腔体连通的孔隙压力测量装置。

作为本发明的进一步改进，所述可观测土体内部的渗水力模型试验装置还包括激光源、发生器和数字相机，所述激光源、发生器共轴安装，所述数字相机的轴线垂直于所述激光源的轴线，所述数字相机的轴线与所述激光源的轴线的交点位于所述透明模型箱的土样放置腔体内。

作为本发明的进一步改进，所述多孔板上设有过滤网。

作为本发明的进一步改进，所述透明模型箱的侧壁上设有测压孔，所述测压孔与所述土样放置腔体连通，所述孔隙压力测量装置为孔隙水压力传感器，所述孔隙水压力传感器通过所述测压孔与所述土样放置腔体连通。

作为本发明的进一步改进，所述进水管连接有马氏瓶，所述马氏瓶内设有与所述透明土样具有相应折射率的孔隙流体。

作为本发明的进一步改进，所述透明土样为透明土颗粒。

本发明还提供了一种使用上述任一项所述的可观测土体内部的渗水力模型试验装置的可观测土体内部的渗水力模型试验方法，包括以下步骤：

1）制备透明土样；

2）将制备好的透明土样分层放入透明模型箱内，施加稳定压力水；

3）向透明模型箱内注入与透明土样具有相应折射率的空隙流体；

4）用激光照射透明土样剖面，观察土样变形。

作为本发明的进一步改进，在制备透明土样时，是采用无定型硅或熔融石英砂混合具有相应折射率的孔隙流体制备成透明土样。

作为本发明的进一步改进，步骤2）为：将制备好的透明土样分层放入透明模型箱内，对透明模型箱抽真空后密封。

作为本发明的进一步改进，步骤4）为：用激光源通过发生器照射透明土样剖面，用数字相机拍摄激光照射到的透明土样剖面。

本发明的有益效果是：通过上述方案，扩广了应用范围，将透明土样广泛应用到测定土体内部变形中，并结合渗水力模型试验装置，达到n g 应力水平下的变形；均匀性好，渗水力模型试验模拟的力场是均匀力场，试验材料各部分是均匀受力的，其模拟的系统误差较其他n g模型试验小；设备成本低，渗水力模型设备简单，易于操作，成本较低。

附图说明

图1是本发明一种可观测土体内部的渗水力模型试验装置的结构示意图；

图2是本发明一种可观测土体内部的渗水力模型试验装置的激光照射土样剖面的示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。