[发明专利]一种模拟岩土体中管道水流冲刷效应的测试装置及测试方法

权利要求书

1.模拟岩土体中管道水流冲刷效应的测试方法，包括以下步骤：

A、选好实验场地，安装模拟岩土体中管道水流冲刷效应的测试装置；所述模拟岩土体中管道水流冲刷效应的测试装置包括底板(1)和铺设于底板(1)上的内部具有贯通管道(3)的模拟岩土层(2)；所述底板(1)包括固定端和升降端，所述固定端通过水平轴固定且可绕水平轴转动，所述升降端与升降装置相连，升降装置可连续调节升降端在竖直方向上的高度；所述模拟岩土层(2)中的贯通管道(3)包括靠近固定端的上游端口(31)和靠近升降端的下游端口(32)，所述下游端口(32)配置有与端口形状匹配的阻水塞(33)，所述上游端口(31)与水源相连；

B、根据待测试地质条件在底板(1)上铺设好内部具有贯通管道(3)的模拟岩土层(2)，用配置好的阻水塞(33)将贯通管道(3)的下游端口(32)堵住；

C、静水实验：通过升降装置调节底板(1)至水平放置，然后通过上游端口(31)向贯通管道(3)中注水，使水充满贯通管道(3)后停止注水；

D、调整升降装置，使升降端缓慢向下倾斜，直至底板(1)上的模拟岩土层(2)刚好发生滑动时立刻停止调整升降装置，并测量此时底板(1)的倾斜角度α；

E、动水实验：还原底板(1)至水平放置并按照与步骤B相同的方式在底板(1)上铺设好内部具有贯通管道(3)的模拟岩土层(2)，用配置好的阻水塞(33)将贯通管道(3)的下游端口(32)堵住，然后通过上游端口(31)向贯通管道(3)中注水，使水充满贯通管道(3)；

F、拔掉阻水塞(33)，同时调整升降装置，使升降端缓慢向下倾斜，该过程中保持向贯通管道(3)中注水并调整水流量确保贯通管道(3)中始终充满水流，直至底板(1)上的模拟岩土层(2)刚好发生滑动时立刻停止调整升降装置，并测量此时底板(1)的倾斜角度β；

G、根据实验结果计算出水流对贯通管道(3)壁面的拖曳力；

拖曳力计算公式如下：

式中：

G代表具有贯通管道的岩土体自重，

F代表贯通管道中水体对岩土体的压力，

F_f代表下层岩体对具有贯通管道的岩土体的摩擦力，

α代表静水试验条件下测得的底板倾斜角度，

β代表动水试验条件下测得的底板倾斜角度，

F_d代表水流对贯通管道壁面产生的拖曳力。

2.根据权利要求1所述的模拟岩土体中管道水流冲刷效应的测试方法，其特征在于：所述升降装置为升降支架(9)。

3.根据权利要求1或2中任一权利要求所述的模拟岩土体中管道水流冲刷效应的测试方法，其特征在于：所述贯通管道(3)横截面为圆形。

4.根据权利要求1或2中任一权利要求所述的模拟岩土体中管道水流冲刷效应的测试方法，其特征在于：所述贯通管道(3)横截面为矩形。

5.根据权利要求1所述的模拟岩土体中管道水流冲刷效应的测试方法，其特征在于：所述模拟岩土层(2)包括铺设在底板(1)上的砂垫层(21)和铺设在砂垫层(21)上的混凝土层(22)，贯通管道(3)设置于混凝土层(22)内部，所述贯通管道(3)内壁具有粉质黏土填充层(23)。