[发明专利]一种测试多孔介质内孔隙液体流动特性的装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种研究多孔介质内孔隙液体流动特性的装置及试验方法，即一种通过非侵入手段测定多孔介质内部液体流动特性和细颗粒移动规律的方法和装置。本方法通过室内模型试验进行多孔介质渗流试验，测定孔隙液体的流动特性和细颗粒迁移规律与水头梯度、颗粒密实度、颗粒级配等因素的关系。

技术领域

本发明涉及模拟土木工程及水利工程中多孔介质内孔隙液体流动特性的测试方法与测试装置，属于土体渗透破坏规律测试领域。

背景技术

管涌是在渗流作用下土体细颗粒沿骨架颗粒形成的孔隙被带出的现象，是渗流破坏的一种主要形式。天然土体是一种由大小不等的固体颗粒组成的多孔非均质介质，发生管涌时，土体中的固体颗粒在一定的水力条件下由原来的静止状态转变为运动状态。因此，管涌的发生就是部分土体发生相变的过程。天然土体中的孔隙通道形状多变、高度立体化，渗流场中，孔隙流速分布不均，而细颗粒的移动来源于孔隙渗流的拖拽力，并且具有启动范围小、速度快，迁移路径复杂、影响因素较多的特性。因此研究孔隙液体的流动特性以及细颗粒在内部孔隙中的移动规律是研究管涌的关键所在。

在传统的岩土试验中，往往需要埋入传感器对液体流动特性、颗粒移动情况等进行测量。而这种“侵入式”测量方法会不同程度地破坏土体原有相态，导致测量结果的偏差。

现有技术方法对管涌过程中土体相变的临界状态、相变速率等与固-液两相的物理性质之间的关系进行了一系列的研究，探索了土体相变规律与土体特征例如颗粒级配、密实度，以及渗流速度等之间的关系，但通过非侵入式测量研究多孔介质内孔隙液体流动特性以及细颗粒在渗流作用下的移动规律还需更近一步的研究。

发明内容

本发明提出了一种通过非侵入手段测定多孔介质内部液体流动特性和细颗粒移动规律的方法和装置。本方法通过室内模型试验进行多孔介质渗流试验，测定孔隙液体的流动特性和细颗粒迁移规律与水头梯度、颗粒密实度、颗粒级配等因素的关系。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种测试多孔介质内孔隙液体流动特性的装置，其特征在于:主要包括试样盒、上游水头施加装置、下游水头施加装置、水桶、水泵、数码单反相机和激光灯头，以及多根硅胶软管。

所述试样盒侧壁由超白玻璃制成，其下底密封并搁置在实验平台上，其上端敞口。所述试样盒的上端敞口可由密封板封堵。

所述上游水头施加装置包括滑杆I、有机玻璃圆桶I-I和有机玻璃圆桶I-II。滑杆I的下端固定在实验平台上。所述有机玻璃圆桶I-I通过滑块挂在滑杆I上。所述有机玻璃圆桶I-II位于有机玻璃圆桶I-I中。

所述水泵通过硅胶软管I抽取水桶中的液体后，经过硅胶软管II输送到有机玻璃圆桶I-II中。有机玻璃圆桶I-II被液体灌满后，液体漫出到有机玻璃圆桶I-I中。有机玻璃圆桶I-I下端的出水口通过硅胶软管III接入水桶中，使得有机玻璃圆桶I-I中的液体回流至水桶。

所述有机玻璃圆桶I-II下端的出水口通过硅胶软管IV接入到试样盒底部的进水口。所述硅胶软管IV穿透有机玻璃圆桶I-I的底部。所述硅胶软管IV上安装有阀门I。

所述下游水头施加装置包括滑杆Ⅱ、有机玻璃圆桶II-I和有机玻璃圆桶II-II。

所述滑杆Ⅱ的下端固定在实验平台上。所述有机玻璃圆桶II-I通过滑块挂在滑杆Ⅱ上。所述有机玻璃圆桶II-II位于有机玻璃圆桶II-I中。所述试样盒配置的密封板具有出水口，该出水口通过硅胶软管VI接入到有机玻璃圆桶II-II中。硅胶软管VI具有阀门II。有机玻璃圆桶II-II内的液体被灌满后，漫入有机玻璃圆桶II-I。有机玻璃圆桶II-I下端的出水口通过硅胶软管V接入水桶中。

通过滑杆I上的滑块调节有机玻璃圆桶I-I的高度。通过滑杆Ⅱ上的滑块调节有机玻璃圆桶II-I的高度。有机玻璃圆桶I-II的底部始终比有机玻璃圆桶II-II的底部高。