本实用新型专利技术公开了一种无粘性土管涌破坏发展过程的模型试验装置，包括自动升降水头装置、带有槽底进水口的试验槽装置和数据收集装置。通过在方形槽底层的1/5分划线下面装入红色细颗粒，可透过槽壁的刻度在试验过程中观察细颗粒运动速度与运动方向，在发生管涌破坏后也可分层取样扫描并运用MATLAB、ALIKE软件对比分析。通过将方形试验槽四等分，同步施加相同的水头差，可以得出土体颗粒的相对密实度与管涌发生破坏时的临界水力梯度、破坏发展现象快慢的关系。该试验装置适用于坝体工程渗流与渗透破坏的研究，为实际坝体工程等施工、设计等提供指导，也可以作为岩土工程及水利工程学科的教学与科研实验之用。
【技术实现步骤摘要】
一种无粘性土管涌破坏发展过程的模型试验装置
本技术涉及水利工程物理模型试验领域，具体地说是一种研究管涌破坏发展过程的模型试验装置。
技术介绍
管涌是渗透破坏的主要形式，在土体中，细小颗粒在水流的带动下流出土体的现象称为管涌。大量的洪灾资料表明，堤基与堤身的渗流对河道堤坝的破坏危害最大，其发生数量多、分布范围广，且易发生重大溃堤险情。因此，对于堤坝的渗流破坏问题绝对不可掉以轻心，研究水库土坝渗流破坏的形成与发展过程，对预防渗流破坏与提出相应的防治措施具有重要意义。只有在汛期到来之前将可能发生管涌的堤坝调查清楚并进行适当加固处理才是上策。利用本技术装置对管涌渗透变形的机理进行分析，找出防治措施，在汛期到来之前查清隐患，做到未雨绸缪，确保堤防安全。目前，关于堤基管涌破坏的数值模拟大多局限于有限元渗流模拟的范围，因其无法考虑颗粒流失引起的土水相互作用过程，故无法全面解释管涌的形成、发展过程。物理模型试验，原理相对简单，现象直观，得出的结论具有科学意义，因此是一种有效的研究手段。但以往的堤基管涌破坏模型试验方法，不能模拟管涌发展过程，或无法测试管涌过程中渗流场的动态变化，而只能获得临界坡降参数，无法详细描述管涌破坏的发展进程。难以再现管涌破坏形成、发展的真实过程，因此不能满足堤防工程管涌破坏研究的需求。
技术实现思路
为了克服现有问题，本技术的管涌破坏发展试验模型装置可采用如下方案:一种无粘性土管涌破坏发展过程的模型试验装置，包括自动升降水头装置、试验槽装置和数据收集装置，其中，自动升降水头装置通过橡胶管与试验槽装置相连，试验槽装置通过数据线和数据收集装置连接，其特征在于，所述自动升降水头装置包括:由木架、竖板、底板构成的安装架，由滑轮、缆绳构成的机械传动装置，移动式水箱，自动控制装置，其中，两块竖板垂直设置于底板与木架之间；滑轮固定安装于木架上；自动控制装置安装于底板上；底板通过缆绳悬挂于滑轮之间；缆绳一端与底板连接，一端跨过滑轮与自动控制装置连接；移动式水箱固定安装于底板上。本技术所述移动式水箱左侧有进水口和进水口阀门，上部有溢水口，底部有出水口。本技术所述的试验槽装置包括带标尺的方形有机玻璃试验槽、设置于方形有机玻璃试验槽上端的汇水槽和设置于方形有机玻璃试验槽下端的带缺口的底板，其中，汇水槽带有出水口 ；试验槽装置槽底开设进水口。本技术所述方形有机玻璃试验槽内放置圆柱形有机玻璃分隔槽，依次设置于分隔槽下端的阻水底板和阻水橡皮圈。本技术所述数据收集装置包括量测系统以及与之连接的计算机终端，所述量测系统包括沿试验槽管内部由上至下均匀布置的水压力传感器，与水压力传感器相连的数据节点和计算机终端，位于汇水槽出水口处的电子流量计。本技术所述方形有机玻璃试验槽管壁上设置红色细颗粒分划线。与现有技术相比，本技术具有如下有益效果:1.通过电控自动水头升降系统使上下游水头差的变化模拟提防工程受周期性洪峰下管涌破坏发展过程。2.与现有的实验装置相比，能够对底层细颗粒的上涌路径、破坏后最终形态进行比较精确的定量分析。3.能够实时对比分析不同相对密实度的土体发生管涌破坏的整个过程。【附图说明】图1是本技术研究水库土坝渗流破坏发展过程模型试验装置的结构示意图。图2是有机玻璃分隔槽不意图。图中，1、长木架，2、滑轮系统，3、溢水口，4、移动式水箱，5、出水口，6、底板，7、进水口，8、进水口阀门，9、缆绳，10、自动控制装置，11、进水橡胶软管，12、槽底进水口，13、计算机终端，14、隔板，15、圆柱形有机玻璃试验槽，16、刻度线，17、水头传感器，18、带缺口的底板，19、电子流量计，20、槽顶出水口，21、汇水槽，22、数据节点，23、红色细颗粒分划线，24、圆柱形有机玻璃分隔槽，25、阻水底板，26、阻水橡皮圈。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本技术，应理解这些实施例仅用于说明本技术而不用于限制本技术的范围，在阅读了本技术之后，本领域技术人员对本技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图1所示，本技术公开一种研究无粘性土管涌破坏发展过程的试验装置，包括自动升降水头装置、带有槽底进水口 12的试验槽装置和数据收集装置。本技术所述自动升降水头装置包括由木架1、竖板24、底板25构成的安装架，由滑轮2、缆绳9构成的机械传动装置，移动式水箱4，自动控制装置10，其中，两块竖板24垂直设置于底板25与木架I之间；滑轮2固定安装于木架I上；自动控制装置10安装于底板25上；底板6通过缆绳9悬挂于滑轮2之间；缆绳9 一端与底板6连接，一端跨过滑轮2与自动控制装置10连接；移动式水箱4固定安装于底板6上。优选地，本技术所述机械传动装置由悬挂于自动升降水头装置上端的木架I上的一对滑轮2、跨过滑轮2的缆绳9构成。如图1所示，本技术所述的试验槽装置包括带标尺的方形有机玻璃试验槽15、设置于方形有机玻璃试验槽15上端的汇水槽21和设置于方形有机玻璃试验槽15下端的带缺口的底板18，其中，汇水槽21带有出水口 20。如图2所示，本技术所述有机玻璃隔槽15包括:圆柱形有机玻璃分隔槽24、阻水底板25、阻水橡皮圈26。本技术中自动升降水头装置通过出水口 5经橡胶管11与试验槽装置槽底进水口 12相连，与试验槽装置连通。如图1所示，本技术所述数据收集装置包括量测系统以及与之连接的计算机终端13，所述量测系统包括沿试验槽15管内部由上至下均匀布置的水压力传感器17，与水压力传感器17相连的数据节点22和计算机终端13，位于汇水槽出水口 20处的电子流量计19。由于方形槽的的尺寸效应比较显著，故本套装置的实验槽体积较大，方形槽尺寸达800mmX800mm ;当用隔板将其四个分槽时，则采用圆柱形槽来减少边界效应。其次，由于目前实验通常采用同种颜色的沙子，很难观察细颗粒的运动路径，发生管涌破坏之后也很难根据最终状态分析细颗粒的运动路径、长度，本套装置则比较成熟的运用彩沙来解决这些问题。如图3，为本技术模型试验装置的工作原理示意图，结合图1与图2给出如下优选实施例:作为本技术的一个优选实施例，在模型无粘性土管涌破坏发展过程的试验中，定量描述底层细颗粒上涌的路径、速度是通过以下技术方案来实现:(I)首先在方形槽底面根据不同土的性质填筑一定的厚度的土样至红色细颗粒分划线23，其中的细颗粒为红色，接着填筑一般颜色土样至槽满，通过自动控制水头装置向模型槽内注入清水，使土样充分浸水饱和。(2)进一步，再由自动升降水头系统按照预先设定升降时间间隔模拟一种类似洪峰的规律性变化的水头差，水透过透水板，在土样中形成渗流场，接着在汇水槽21中汇聚并排出。(3)透过有机玻璃15观察槽内底部红色细颗粒上涌的路径，根据槽壁刻度16求得其速度、路径长度等相关参数。(4)期间可根据需要，隔一段时间收集回水槽中的细颗粒，定期记录电子流量计19的读数可得到整个管涌发展过程中的流量变化情况；计算机终端13给出管槽内各点水头高度随时间的变化情况。( 5 )发生管涌破坏后，可先将管涌槽至于零下温度环境中变为固体，可等距横向切片扫描，并用MATLA本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无粘性土管涌破坏发展过程的模型试验装置，包括自动升降水头装置、试验槽装置和数据收集装置，其中，自动升降水头装置通过橡胶管（11）与试验槽装置相连，试验槽装置通过数据线和数据收集装置连接，其特征在于，所述自动升降水头装置包括：由木架（1）、竖板（24）、底板（25）构成的安装架，由滑轮（2）、缆绳（9）构成的机械传动装置，移动式水箱（4），自动控制装置（10），其中，两块竖板（24）垂直设置于底板（25）与木架（1）之间；滑轮（2）固定安装于木架（1）上；自动控制装置（10）安装于底板（25）上；底板（6）通过缆绳（9）悬挂于滑轮（2）之间；缆绳（9）一端与底板（6）连接，一端跨过滑轮（2）与自动控制装置（10）连接；移动式水箱（4）固定安装于底板（6）上。
【技术特征摘要】
1.一种无粘性土管涌破坏发展过程的模型试验装置，包括自动升降水头装置、试验槽装置和数据收集装置，其中，自动升降水头装置通过橡胶管(11)与试验槽装置相连，试验槽装置通过数据线和数据收集装置连接，其特征在于，所述自动升降水头装置包括:由木架(I)、竖板(24)、底板(25)构成的安装架，由滑轮(2)、缆绳(9)构成的机械传动装置，移动式水箱(4)，自动控制装置(10)，其中，两块竖板(24)垂直设置于底板(25)与木架(I)之间；滑轮(2)固定安装于木架(I)上；自动控制装置(10)安装于底板(25)上；底板(6)通过缆绳(9)悬挂于滑轮(2)之间；缆绳(9) 一端与底板(6)连接，一端跨过滑轮(2)与自动控制装置(10)连接；移动式水箱(4)固定安装于底板(6)上。2.根据权利要求1所述的一种无粘性土管涌破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于，所述移动式水箱(4)左侧有进水口(7)和进水口阀门(8)，上部有溢水口(3)，底部有出水口(5)。3.根据权利要求1所述的一种无粘性土管涌破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于，所述的试...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙杰，周晓智，袁磊，葛路，凌炜，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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