模拟深部含水层砂土内部细颗粒渗流侵蚀的室内试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种模拟深部含水层砂土内部细颗粒渗流侵蚀的室内试验装置，包括上游水箱、下游水箱、土体贮存系统、透水模块、气压控制系统、动力加压系统、测试监测系统，其中：上游水箱和下游水箱分别位于土体贮存系统的两侧并通过透水模块连接；气压控制系统分别设置于上、下游水箱的上部，用于分别调节上、下游水箱的气压；动力加压系统布置在土体贮存系统上，用于对土贮存槽中的土体施加荷载；测试监测系统安置于土贮存槽内的土体内部，用于实时监测记录实验数据。使用本实用新型专利技术所述装置，能够确定深部含水层砂土内部细颗粒发生渗流侵蚀后含水层砂土的变形规律。

【技术实现步骤摘要】
模拟深部含水层砂土内部细颗粒渗流侵蚀的室内试验装置
本技术涉及的是一种建筑工程
的试验装置，具体是一种模拟深部含水层砂土内部细颗粒渗流侵蚀的室内试验装置。
技术介绍
随着我国基础建设的不断发展，大范围地面沉降已经成为城市化进程中无法回避的问题。根据传统土力学原理，水位降低引起弱透水层竖向有效应力增加而导致固结压缩变形是地面沉降的主要原因，而含水层本身的变形较小。但是近年来上海地区的监测数据表明，含水层的变形量在总沉降量中占有较大比例，含水层砂土的变形对地面沉降的影响不可忽略，即使水位恢复，含水层砂土仍然会发生持续变形增大与变形滞后的现象。上海地区的含水层砂土中常夹有薄薄的粉质黏土类的细颗粒，开采地下水会在深部含水层砂土中形成较大的水力梯度，水力梯度作用下水的渗透将对土骨架产生拖曳力，使细颗粒在砂土粗颗粒构成的孔隙中移动，发生渗流侵蚀造成细颗粒流失，由此引起深部含水层砂土变形的增大与滞后。这种由于砂土内部渗流侵蚀对深部含水层变形的影响可通过室内试验进行观察分析。经对现有的技术文献检索发现，中国专利ZL201110242127.0，申请日2011.08.23，记载了“一种渗流侵蚀应力耦合管涌试验装置”，该装置能够模拟渗流侵蚀应力状态下土体的管涌发展过程。根据该专利自述，该专利能够模拟试样沉降与时间的关系，但是该装置所用模型尺度较小，无法反应土体渗流侵蚀的空间状态及其对含水层砂土变形的影响，也无法模拟深部含水层的上覆压力。中国专利ZL201210057729.3，申请日2012.3.7，记载了一种“可以模拟土体上覆压力的大尺度管涌试验装置及测试方法”。根据该专利自述，该装置能模拟深部土层的上覆压力，监测孔隙水压力分布及细颗粒流失量，但难以模拟深部含水层所受到的高水力梯度，也不能反映土体渗流侵蚀的空间状态及渗流侵蚀后含水层的变形情况。
技术实现思路
本技术所要解决的问题是针对现有技术中的缺陷，提供一种模拟深部含水层砂土内部细颗粒渗流侵蚀的室内试验装置，该装置可以用于确定深部含水层砂土内部细颗粒发生渗流侵蚀后含水层砂土的变形规律。本技术采用的技术方案具体如下：一种模拟深部含水层砂土内部细颗粒渗流侵蚀的室内试验装置，包括：上游水箱、下游水箱、土体贮存系统、透水模块、气压控制系统、动力加压系统和测试监测系统；其中：所述上游水箱和所述下游水箱用于贮存水并分别位于土体贮存系统的两侧；所述土体贮存系统包括土贮存槽和移动式钢制箱型盖板，其中：土贮存槽用于盛放包括含水层砂土和隔水层黏土的土体；移动式钢制箱型盖板放置于土贮存槽中土体的顶部，用于试验时承受竖向荷载；所述透水模块有两组，分别安装于上游水箱与土体贮存系统的连接处、下游水箱与土体贮存系统的连接处，用于分别保证上游水箱、下游水箱的水流通过且防止含水层砂土内部细颗粒通过；所述气压控制系统有两组，用于分别调节上游水箱中的气压和下游水箱中的气压；所述动力加压系统布置在土体贮存系统中的移动式钢制箱型盖板上，用于对土贮存槽中的土体施加荷载；所述测试监测系统，用于实时监测和/或记录试验过程中土体的孔隙水压力、土体应力、土层分层变形量和含水层砂土内部细颗粒渗流侵蚀的动态过程。优选地，所述上游水箱包括上游箱体和上游钢制盖板，上游钢制盖板位于上游箱体的顶部，并与上游箱体通过固定螺栓和密封垫连接；在上游箱体的底部放置粗颗粒砂石土，铺设高度与土贮存槽中的土体厚度相同，用于平衡土体贮存系统中土体传递的压力；在所述上游箱体的左侧壁沿中线从下至上依次设有上游排水口、上游溢水口、上游气压控制口，其中：上游排水口用于试验结束将上游箱体中的水排出，上游溢水口用于控制上游水箱水位，上游气压控制口用于连接气压控制系统；在所述上游箱体的右侧壁沿中线从上至下依次设有上游进水口和上游矩形槽，其中：上游进水口用于向上游箱体中注水，上游矩形槽用于安装透水模块。更优选地，所述上游箱体为横截面为正方形的长方体有机玻璃箱，有机玻璃箱顶部四周边沿挑出，以便于试验过程中与上游钢制盖板密封连接。更优选地，所述上游钢制盖板为横截面为正方形的钢板。更优选地，所述上游排水口设置于上游箱体的左侧壁最底部，上游排水口的个数为一个并安装有止水阀。更优选地，所述上游溢水口安装有止水阀，上游溢水口数量和位置设置根据试验确定。更优选地，所述上游气压控制口的个数为一个，上游气压控制口的竖向位置设置根据试验确定。更优选地，所述上游进水口的个数为一个并安装有止水阀，上游进水口的竖向高度同距离上游箱体底部最高的上游溢水口。更优选地，所述上游矩形槽为在上游箱体的右侧壁最下方开设的矩形槽，上游矩形槽尺寸根据土体贮存系统确定。优选地，所述下游水箱包括下游箱体和下游钢制盖板，所述下游钢制盖板位于所述下游箱体的顶部，并与所述下游箱体通过固定螺栓和密封垫连接，在所述下游箱体的底部放置粗颗粒砂石土，铺设高度与土贮存槽中的土体厚度相同，用于平衡土体贮存系统中土体传递的压力；在所述下游箱体的右侧壁沿中线从下至上依次设有下游排水口、下游溢水口、下游气压控制口，其中：下游排水口用于试验结束将下游箱体中的水排出，下游溢水口用于控制下游水箱水位，下游气压控制口用于连接气压控制系统；在所述下游箱体的左侧壁沿中线从上至下依次设有下游进水口和下游矩形槽，其中：下游进水口用于向下游箱体中注水，下游矩形槽用于安装透水模块。更优选地，所述下游箱体为横截面为正方形的长方体有机玻璃箱，有机玻璃箱顶部四周边沿挑出，以便于试验过程中与上游钢制盖板密封连接，其尺寸根据试验要求确定。更优选地，所述下游钢制盖板为横截面为正方形的钢板。更优选地，所述下游排水口设置于下游箱体的右侧壁最底部，下游排水口的个数为一个并安装有止水阀。更优选地，所述下游溢水口安装有止水阀，下游溢水口数量和位置设置根据试验要求确定。更优选地，所述下游气压控制口的个数为一个，下游气压控制口的竖向位置设置根据试验要求确定。更优选地，所述下游进水口的个数为一个并安装有止水阀，下游进水口的竖向高度同距离下游箱体底部最高的下游溢水口。更优选地，所述下游矩形槽为在下游箱体的左侧壁最下方开设的矩形槽，下游矩形槽的尺寸根据土体贮存系统确定。优选地，所述土体贮存系统中：所述土贮存槽为包含一块底板和前后两块侧板的矩形有机玻璃槽，土贮存槽的尺寸根据试验要求确定；所述移动式钢制箱型盖板包含一块底板和四块侧板，在侧板的外侧加设密封垫后放置于土贮存槽中土体的顶部；移动式钢制箱型盖板的尺寸根据试验要求确定。优选地，两组所述透水模块的结构完全相同，每组透水模块均由水平钢板、竖向开孔钢板和透水石组成，其中：所述水平钢板用于连接土贮存槽与上游箱体或下游箱体；水平钢板的尺寸根据上游箱体、下游箱体和土贮存槽的尺寸确定；所述竖直开孔钢板固定于水平钢板及上游箱体或下游箱体上，用于承受试验中土体贮存系统中土体的侧向压力，并保证水流的通过；竖直开孔钢板的尺寸及开孔位置根据上游箱体、下游箱体及土贮存槽的尺寸确定；所述透水石通过密封垫固定安放于上游矩形槽或下游矩形槽中，且透水石的一侧紧贴竖向开孔钢板。更优选地，所述水平钢板连接土贮存槽与上游箱体或下游箱体，是将水平钢板的一端通过固定螺栓和密封垫与上游箱体或下游箱体的底板连接，水平钢板的另一端通过固定螺栓和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟深部含水层砂土内部细颗粒渗流侵蚀的室内试验装置，其特征在于，包括：上游水箱、下游水箱、土体贮存系统、透水模块、气压控制系统、动力加压系统和测试监测系统；其中：所述上游水箱和所述下游水箱用于贮存水并分别位于土体贮存系统的两侧；所述土体贮存系统包括土贮存槽和移动式钢制箱型盖板，其中：土贮存槽用于盛放包括含水层砂土和隔水层黏土的土体；移动式钢制箱型盖板放置于土贮存槽中土体的顶部，用于试验时承受竖向荷载；所述透水模块有两组，分别安装于上游水箱与土体贮存系统的连接处、下游水箱与土体贮存系统的连接处，用于分别保证上游水箱、下游水箱的水流通过且防止含水层砂土内部细颗粒通过；所述气压控制系统有两组，用于分别调节上游水箱中的气压和下游水箱中的气压；所述动力加压系统布置在土体贮存系统中的移动式钢制箱型盖板上，用于对土贮存槽中的土体施加荷载；所述测试监测系统，用于实时监测和/或记录试验过程中土体的孔隙水压力、土体应力、土层分层变形量和含水层砂土内部细颗粒渗流侵蚀的动态过程。

【技术特征摘要】
1.一种模拟深部含水层砂土内部细颗粒渗流侵蚀的室内试验装置，其特征在于，包括：上游水箱、下游水箱、土体贮存系统、透水模块、气压控制系统、动力加压系统和测试监测系统；其中：所述上游水箱和所述下游水箱用于贮存水并分别位于土体贮存系统的两侧；所述土体贮存系统包括土贮存槽和移动式钢制箱型盖板，其中：土贮存槽用于盛放包括含水层砂土和隔水层黏土的土体；移动式钢制箱型盖板放置于土贮存槽中土体的顶部，用于试验时承受竖向荷载；所述透水模块有两组，分别安装于上游水箱与土体贮存系统的连接处、下游水箱与土体贮存系统的连接处，用于分别保证上游水箱、下游水箱的水流通过且防止含水层砂土内部细颗粒通过；所述气压控制系统有两组，用于分别调节上游水箱中的气压和下游水箱中的气压；所述动力加压系统布置在土体贮存系统中的移动式钢制箱型盖板上，用于对土贮存槽中的土体施加荷载；所述测试监测系统，用于实时监测和/或记录试验过程中土体的孔隙水压力、土体应力、土层分层变形量和含水层砂土内部细颗粒渗流侵蚀的动态过程。2.根据权利要求1所述的一种模拟深部含水层砂土内部细颗粒渗流侵蚀的室内试验装置，其特征在于，所述上游水箱包括上游箱体和上游钢制盖板，上游钢制盖板位于上游箱体的顶部，并与上游箱体通过固定螺栓和密封垫连接；在上游箱体的底部放置粗颗粒砂石土，铺设高度与土贮存槽中的土体厚度相同，用于平衡土体贮存系统中土体传递的压力；在所述上游箱体的左侧壁沿中线从下至上依次设有上游排水口、上游溢水口、上游气压控制口，其中：上游排水口用于试验结束将上游箱体中的水排出，上游溢水口用于控制上游水箱水位，上游气压控制口用于连接气压控制系统；在所述上游箱体的右侧壁沿中线从上至下依次设有上游进水口和上游矩形槽，其中：上游进水口用于向上游箱体中注水，上游矩形槽用于安装透水模块。3.根据权利要求2所述的一种模拟深部含水层砂土内部细颗粒渗流侵蚀的室内试验装置，其特征在于，具有以下一种或多种特征：-所述上游箱体为横截面为正方形的长方体有机玻璃箱，有机玻璃箱顶部四周边沿挑出，以便于试验过程中与上游钢制盖板密封连接；-所述上游钢制盖板为横截面为正方形的钢板；-所述上游排水口设置于上游箱体的左侧壁最底部，上游排水口的个数为一个并安装有止水阀；-所述上游溢水口安装有止水阀；-所述上游气压控制口的个数为一个；-所述上游进水口的个数为一个并安装有止水阀，上游进水口的竖向高度同距离上游箱体底部最高的上游溢水口；-所述上游矩形槽为在上游箱体的右侧壁最下方开设的矩形槽。4.根据权利要求1所述的一种模拟深部含水层砂土内部细颗粒渗流侵蚀的室内试验装置，其特征在于，所述下游水箱包括下游箱体和下游钢制盖板，所述下游钢制盖板位于所述下游箱体的顶部，并与所述下游箱体通过固定螺栓和密封垫连接，在所述下游箱体的底部放置粗颗粒砂石土，铺设高度与土贮存槽中的土体厚度相同，用于平衡土体贮存系统中土体传递的压力；在所述下游箱体的右侧壁沿中线从下至上依次设有下游排水口、下游溢水口、下游气压控制口，其中：下游排水口用于试验结束将下游箱体中的水排出，下游溢水口用于控制下游水箱水位，下游气压控制口用于连接气压控制系统；在所述下游箱体的左侧壁沿中线从上至下依次设有下游进水口和下游矩形槽，其中：下游进水口用于向下游箱体中注水，下游矩形槽用于安装透水模块。5.根据权利要求4所述的一种模拟深部含水层砂...

【专利技术属性】
技术研发人员：马栋，刘志峰，齐书峰，柯信敢，张力学，吴明付，王祥，沈水龙，王泽念，袁垚，樊会超，罗太祥，赵阳，王熙朝，史超，熊涛，于连水，张志亮，滕海波，刘耀华，高策，冯旭东，朱玉粮，李杰明，苏媛，宁兴萍，
申请(专利权)人：中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，中铁十六局集团有限公司，上海交通大学，
类型：新型
国别省市：北京,11