[发明专利]一种模拟往返渗流和干湿循环联合驱动土体颗粒流失的实验装置及方法

说明书

本发明提供了一种模拟往返渗流和干湿循环联合驱动土体颗粒流失的实验装置及方法，它包括供排水系统、试样室、风干系统以及测量系统；所述试样室用于盛放实验所需要的试样；所述试样室与用于供排水的供排水系统相连；所述试样室的顶部设置有用于风干的风干系统；所述风干系统上搭载有用于测量的测量系统。可以对水位周期涨落及自然风干作用下岸坡土体的质量损失、裂隙发展、表面凹陷程度等情况进行充分模拟，可以精确掌握往返渗流和干湿循环联合驱动作用下土体质量损失的具体数据及试样表面裂隙的实时变化情况，该装置结构简单，使用方法方便快捷。

技术领域

本发明涉及水利和岩土实验领域，尤其是模拟河、库水位涨落条件下岸坡土体中颗粒流失的实验装置及方法。

背景技术

我国建有大小库坝十万余座，其中坝高超15米的近两万座，各类湖泊水系众多，其中面积在1平方公里以上的天然湖泊就有2800多个。对碎石土岸坡而言，河、库水位上涨时水向坡体内流动，水位消落时坡体地下水会向坡外流动，形成周期性往返渗流作用，渗流作用下土中细颗粒流失会降低土体塑性和粘性、增大裂隙发育的程度；另一方面，水位涨落使岸坡土体经历干湿循环作用，会导致土体微裂隙发育，也势必加速细颗粒的剥离、增大其流失通道。往返渗流和干湿循环的联合驱动作用将造成土体细观结构和力学性能劣化，进而导致岸坡稳定性降低，对国家经济发展、居民日常生活、自然环境保护造成潜在危害和不利影响。探索研究岸坡土体细颗粒流失、裂隙发展和性能劣化一直以来都是土木工程、水利工程、环境工程等领域的重要研究课题。根据目前的情况分析，主要存在以下几方面不足：

(一)渗流侵蚀实验只进行单一方向的水流作用对土颗粒流失的影响，没有模拟库水涨落造成的往返渗流作用；

(二)没有考虑往返渗流和干湿循环对土体细颗粒流失的联合驱动作用；

(三)没有定量化描述土体细颗粒流失进程和土体表面裂隙发育随联合作用次数的发展规律。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟往返渗流和干湿循环联合驱动土体颗粒流失的实验装置及方法，可以对水位周期涨落及自然风干作用下岸坡土体的质量损失、裂隙发展、表面凹陷程度等情况进行充分模拟，可以精确掌握往返渗流和干湿循环联合驱动作用下土体质量损失的具体数据及试样表面裂隙的实时变化情况，该装置结构简单，使用方法方便快捷。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种模拟往返渗流和干湿循环联合驱动土体颗粒流失的实验装置，其特征在于：它包括供排水系统、试样室、风干系统以及测量系统；

所述试样室用于盛放实验所需要的试样；

所述试样室与用于供排水的供排水系统相连；

所述试样室的顶部设置有用于风干的风干系统；

所述风干系统上搭载有用于测量的测量系统。

所述试样室包括透明圆筒，透明圆筒的最底层铺设有碎石缓冲层，碎石缓冲层的上层铺设有透水石，透明圆筒的底端中心部位设置有用于过滤的滤网；试样设置在透水石的顶层。

所述供排水系统包括蓄水箱，蓄水箱通过水管和冲水阀与透明圆筒的上部侧壁相连通；所述蓄水箱通过水管和进水阀与试样室底部的滤网相连通；所述滤网通过三通管连接有排水管，排水管上安装有排水阀；

在透明圆筒的上部外侧壁上连通有排沙管。

所述风干系统包括固定支架，固定支架设置有用于风干的多个暖风扇；固定支架设置在试样室的透明圆筒的顶端；

还包括设置在试样室的透明圆筒内部的加热管。

所述测量系统包括摄像头和细颗粒收集筒；

所述摄像头设置在风干系统的固定支架的底部中心部位；

所述细颗粒收集筒与供排水系统的排沙管相连。