[发明专利]模拟不同水力梯度及竖向压力下土样潜蚀试验装置

说明书

本发明涉及一种模拟不同水力梯度及竖向压力下土样潜蚀试验装置，主要用于一定水压对于土层潜蚀(管涌)特性的研究，属于岩土工程和水利工程领域。试验装置包括水槽、连接软管、透明沙土潜蚀槽、加压带、连接杆、砝码、漏斗、收集水槽。本发明是能够模拟不同水力梯度及竖向压力下土样潜蚀试验的装置，具有结构简单，可调节水力梯度及竖向压力的特点。同时渗流沙土槽采用透明材料，可以直观的观察渗流和潜蚀的过程。

技术领域

本发明涉及一种试验装置，属于岩土工程和水利工程领域。

背景技术

潜蚀导致的管涌是堤坝渗透破坏最常见的形式。一旦管涌发生，大量细颗粒从土体内部流失，从而形成渗漏通道，土体强度和稳定性降低，土体失稳引起堤基塌陷或沉降。根据对世界范围的11192座大型土石坝的破坏形式进行的统计分析，其45％是由内部管涌引发的。如美国蒙大拿州的豪瑟(Hauser)湖大坝以及华盛顿州Elwha河大坝就是典型的由管涌导致的大坝失事。据统计，2005年中国坝高30米以上的大坝，土石坝所占比例高达67％。由此可见，土石坝的安全问题不容忽视，而管涌作为土石坝安全隐患的重要形式更是十分值得关注。近年来，随着我国水力等基建工程的增加，潜蚀对土石坝等水利工程的危害仍需要重点关注。

在研究潜蚀机理的过程中，通过室内相似模拟试验来获取相关技术参数是重要的研究方法。现场试验及监测过程仅能反映出某一特定时间特定工况条件下潜蚀变化过程,并不能系统反映岩土体介质在侵蚀能力的动态变化,因而无法满足实际工程应用的需要。而室外大型试验具有试验周期长、危险性大、不可控因素多以及成本较高的问题。因此室内相似模拟试验具有不可替代的优点。目前模拟土样潜蚀试验装置大多采用竖向渗流的设计，无法排除重力的影响，且由于加压装置的存在，无法直观的观测潜蚀内部情况。

发明内容

针对上述存在的问题,本发明目的在于提供一种结构简单、操作方便,适用于室内模拟不同水力梯度及竖向压力下土样潜蚀试验装置。

本发明需要保护的技术解决方案为：

一种模拟不同水力梯度及竖向压力下土样潜蚀试验装置，其特征在于，包括水头控制装置A，沙土潜蚀槽B，压力控制装置C，以及废水收集装置D，水头控制装置A通过软管与沙土潜蚀槽B相连，压力控制装置C套在沙土潜蚀槽B上，废水收集装置D位于沙土潜蚀槽B前端；

水头控制装置A由水箱(1)、连通管(2)、支撑架(3)组成；水箱用以储存除气水并设定水头高度，底部连接连通管，用以将水输送到沙土潜蚀槽B，下部是支撑架，用以承托上部结构；

沙土潜蚀槽B包括潜蚀槽本体，还包括潜蚀槽基座(4)、球形颗粒组(5)、连通管(6)、过滤网(7)、潜蚀槽顶盖(8)、密封橡胶圈(9)；连通管连接水头控制装置A，输送水流，同时连接管与潜蚀槽基座的出水口连接；球形颗粒组位于连通管前部，潜蚀槽后方，作用是将水流均匀分散，之后通过颗粒组前面的孔洞流入沙土试样内；潜蚀槽基座前端开孔以便试样内细颗粒流出；过滤网7 位于潜蚀槽最前端，阻拦较大颗粒；潜蚀槽顶盖位于潜蚀槽基座上部，边缘为密封橡胶圈用以密封水流；

压力控制装置C包括加压带(10)、砝码(11)、连接杆(12)、支撑架(13)；加压带放置在潜蚀槽顶盖(8)上部；下部安置的连接杆与砝码相连，为沙土试样提供竖向压力，两者放置于支撑架上；

压力控制装置(C)采用加压带设计，加压砝码位于沙土潜蚀槽(B)下方；

废水收集装置D包括漏斗(14)、收集水槽(15)，放置于沙土潜蚀槽B 前端，水流及其携带的沙土经由漏斗流入收集水槽中之后经烘干，称量确定潜蚀量。

所述沙土潜蚀槽B，各个构件为透明材料。

优化技术措施，沙土潜蚀槽(B)水平放置，进水口连接管(6)与潜蚀槽基座(4)的出水口中心同一水平线。