[发明专利]基于激光测试技术和透明土可视化的管涌试验装置及方法

说明书

本发明涉及岩土工程试验领域，旨在提供一种基于激光测试技术和透明土可视化的管涌试验装置及方法。该装置包括带透明上面板与侧面板的模型箱，其端部通过供液管接至上游储液槽；上面板表面设有出液口，其上罩设中空的收集箱，并通过流道接至下游集液槽；下游集液槽中通过抽液泵和抽液管接至上游储液槽；模型箱的正上方固定安置激光器和面状光源处理器，在正对透明侧面板处设置CCD相机，CCD相机通过信号线连接至计算机。本发明有效解决了传统管涌试验装置难以观测土体内部颗粒运移情况与管涌通道形成过程、管涌位置不理想导致的激光照射面无法定位管涌、孔隙流体折射率与粘滞度会随温度变化、土颗粒与孔隙流体分离及孔隙流体的循环使用问题。

技术领域

本发明属于岩土工程试验领域，特别涉及基于激光测试技术和透明土可视化的管涌 试验装置及方法。

背景技术

管涌是堤防、大坝破坏的主要原因，研究管涌发生机理有着重要的科学和实际工程 意义。然而，管涌是发生在土体内部的侵蚀现象，管涌发展过程的可视化观测是学术上的一大难题。

传统管涌试验装置对内部情况的观测主要有四种方法：1.设置传感器，通过传感器 实现对管涌内部情况的间接检测。该方法无法实现真正的观测，同时传感器本身也对管涌情况的发生产生了影响。2.控制试验条件，使管涌现象发生在模型箱玻璃表面，该方 法实现的管涌并不是真实且完整的管涌通道。3.使用彩色砂，通过观察不同色砂的涌出 时间和状态判断内部情况，该方法仍是间接的监测方式。4.使用地球物理探测技术，通 过电法探测数据，反演出管涌通道的发育情况。该方法适用于真实的堤坝管涌现场，即 大尺寸模型中，同时需要对管涌通道形成足够大小才可实现监测，成本较高，不适用于 室内管涌试验。

透明土模型已应用于现有岩土工程各个检测技术中，但将透明土模型应用于管涌试 验装置的较少。其原因有：1.管涌发生位置较难确定，激光照射面无法定位管涌通道；2.管涌试验不同与其他试验，需要不断供入孔隙流体，而孔隙流体折射率与粘滞度会随 温度变化导致观测不理想；3.孔隙流体成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于激光测试技术 和透明土可视化的管涌试验装置及方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种基于激光测试技术和透明土可视化的管涌试验装置，包括用于填充透明土 模型的模型箱，该模型箱呈长方体，包括有机玻璃板制成的透明上面板和一个透明侧面板，其余四个面板均为铝板；在模型箱的一个端部面板上设进液孔，进液孔通过供液管 连接至上游储液槽的底部开口；在上面板表面设有出液口，出液口靠近与进液孔相对的 模型箱另一端部；该装置还包括一个下游集液槽，槽中设置加热棒、制冷片、磁力搅拌 器和抽液泵，抽液泵的出口通过抽液管接至上游储液槽，制冷片与制冷压缩机连接；在 模型箱的出液口上罩设一个中空的收集箱，收集箱能分离孔隙流体与透明土颗粒，并通 过流道将孔隙流体送至下游集液槽；

在模型箱的正上方固定安置激光器和面状光源处理器，激光器发出的束状激光由后 者转换成面状激光后照射至模型箱的透明上面板；在正对透明侧面板处设置CCD相机，CCD相机通过信号线连接至计算机。

本发明中，在所述下游集液槽的表面设有过滤网，从收集箱溢出的孔隙流体经过滤 后再进入下游集液槽；所述加热棒、制冷片和磁力搅拌器均位于过滤网下方；下游集液槽中装有温度传感器，加热棒、制冷压缩机和温度传感器通过电缆接至温控器。

本发明中，所述流道由一块弧面凹形有机玻璃条和两块直角梯形有机玻璃板组成。

本发明中，所述上游储液槽放置在电动升降台上，一个流量计装在与其相连的供液 管上；所述进液孔处设阻挡透明土颗粒的土工布。

本发明中，在上游储液槽侧壁设开口，通过排液管接至下游集液槽。