[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

说明书

本发明公开了一种分层土层渗流特性的精细化试验装置及试验方法，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；模型箱为透明箱体，箱体下端设置有若干进水口，模型箱底部设有水流缓冲区，分层土体模型铺设在水流缓冲区上，模型箱侧壁连通有排水管。本发明能够精细化、可视化地获取分层土体渗流过程，并通过分析可以得到土颗粒运动过程、渗漏通道形成过程、土体位移场、渗流场及土体破坏形态等，便于深入探索复杂的土体渗透破坏机理，从而利于从本质揭示土体渗透破坏现象，为有效防治工程措施的提出提供技术支撑及理论依据。

技术领域

本发明涉及岩土工程实验技术领域，尤其涉及一种分层土层渗流特性的精细化试验装置及试验方法。

背景技术

管涌、流土、接触冲刷等为常见的渗透破坏现象，其主要是由于土体在渗透动水压力的持续作用下发生颗粒移动，形成渗漏通道，最后大量水土混合物在渗流逸出处冲破上覆土层而发生破坏的现象。它主要发生在无粘性土或分散性土层中。如基坑坑底常见隆起、流土等渗透破坏现象。此外，渗流过程中，由于土颗粒产生移动流失，土体被掏空，导致结构物基础发生不均匀沉降，最后引起结构物整体失稳。在路基工程及各种工程结构物的基础工程中，这种地质破坏现象是极为常见的。我国堤岸线长，水情复杂，长江干堤渗透破坏现象频发，也给我国人民的生产财产安全造成严重威胁。

由于渗透破坏是一种渐进式的侵蚀破坏，具有潜伏性、随机性及不可预见性，且渗透破坏过程中涉及颗粒运动、土体大变形及流固耦合作用，其破坏机理复杂。目前，在土体渗流特性方面开展的更多是常规试验，主要获取土体渗透系数，并进行流网绘制。有的通过大型流槽开展土体渗流试验，但工作量巨大，重复性差，难以精细化获取渗流过程中水土变化特征，便难以弄清其破坏机理。特别是针对分层土层的渗流特性，目前试验方法更少。

发明内容

本发明的目的是提供一种分层土层渗流特性的精细化试验装置及试验方法，能够精细化、可视化地获取分层土体渗流过程，并通过分析可以得到土颗粒运动过程、渗漏通道形成过程、土体位移场、渗流场及土体破坏形态等，便于深入探索复杂的土体渗透破坏机理，为有效防治工程措施的提出提供技术支撑及理论依据。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种分层土层渗流特性的精细化试验装置，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。

进一步的，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。

进一步的，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。