[发明专利]分层土层渗流特性的精细化试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种分层土层渗流特性的精细化试验装置，其特征在于，包括模拟分层土层的分层土体模型、盛放分层土体模型的模型箱、向分层土体模型提供渗流水的渗流控制系统、实时监测分层土体模型渗流动态的动态数据采集系统；

所述分层土体模型为各层土体颜色不同、特性不同的分层土体结构；

所述模型箱为长方体状透明箱体，箱体上端开口，下端设置有若干进水口，模型箱底部设有大颗粒砂性土构成的水流缓冲区，所述分层土体模型铺设在水流缓冲区上，对应分层土体模型的模型箱侧壁连通有排水管，供渗流水及土颗粒排出；所述排水管末端设有收集箱，用于收集试验中产生的尾水和土颗粒，以计算渗流量及土颗粒流失量；

所述渗流控制系统包括储水箱，储水箱上设有出水口，出水口与所述进水口间通过导水管连通，对所述分层土体模型施加渗流压力；

所述动态数据采集系统包括采集分层土体模型整体图像的高清数码摄像仪，采集分层土体模型局部图像的高倍数体视显微设备，采集试验过程中分层土体模型内部孔隙水压力、土压力的动态应变数据采集设备，以及用于数据采集、记录和分析的电脑设备，电脑设备分别与高清数码摄像仪、高倍数体视显微设备、动态应变数据采集设备通信连接，对各仪器设备采集到数据进行整合分析与处理，得出渗流模拟试验过程中土体内的渗流场、应力场、位移场及土颗粒运动变化规律。

2.如权利要求1所述的一种分层土层渗流特性的精细化试验装置，其特征在于，所述模型箱底部及侧壁均为透明的钢化玻璃，侧壁钢化玻璃表面绘制有方格。

3.如权利要求1所述的一种分层土层渗流特性的精细化试验装置，其特征在于，所述导水管包括主水管，主水管一端与所述出水口连通，另一端设有若干与所述进水口连通的支水管，主水管沿其水流方向上依次设有调压阀、流量计、压力表，支水管上均设有开关阀。

4.如权利要求1所述的一种分层土层渗流特性的精细化试验装置，其特征在于，所述动态应变数据采集设备包括动态应变数据采集仪以及与其输入端连接的若干传感器，传感器分别设置在所述分层土体模型的各层土体内。

5.一种分层土层渗流特性的精细化试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据待测分层土层的土体级配制备不同级配状态的分散性土体备用；

2)在模型箱内铺设水流缓冲区，根据待测分层土层的密度和厚度将不同级配装填的土体分层铺设于水流缓冲区上，分层碾压至密实状态并静置数小时，形成分层土体模型；

3)利用渗流控制系统对步骤2)中所述的分层土体模型进行低水头渗流，使分层土体模型湿润；

4)开启动态数据采集系统，实时监测分层土体模型渗流动态；

5)调节渗流控制系统，增大渗透压力至试验要求，进行土体渗流模拟试验；

6)试验数据分析，电脑设备接收高清数码摄像仪获取的渗流过程中土体的整体图像、高倍数体视显微设备获取的渗流过程中土体的局部图像信息以及动态应变数据采集设备获取的渗流过程中土体内的孔隙水压力、土压力，通过分析土体内的渗流场、应力场、位移场及土颗粒运动变化规律，从而能够精细化地获取分层土层渗透破坏的发展过程。