一种渗透破坏水工模型制造技术

本发明专利技术涉及一种水工模型，特别涉及一种模拟土石结合部渗透破坏的水工模型，属于水利领域，其IPC分类号为E02B 1/02。本发明专利技术的渗透破坏水工模型，包括箱体、底座、上缘和顶盖，顶盖的中部设有可活动顶盖，箱体由横截面为矩形的透明有机玻璃方管制成，底座位于所述箱体内的部分设有矩形凹槽，所述凹槽的上部设有透水钢板。本发明专利技术的试验装置，可进行不同条件下的接触冲刷试验，操作方便且简单易行，工作效率显著提高，投资少，简单易行。箱体采用透明的有机玻璃，方便试验过程中各种现象的观测。

【技术实现步骤摘要】
一种土石结合部接触冲刷试验装置
：本专利技术涉及一种水工试验装置，特别涉及一种模拟土石结合部接触冲刷规律的试验设备，其IPC国际专利分类号G01M10/00，E02B1/00，属于水利领域。
技术介绍
：穿堤建筑物与堤防土石结合部是堤防的薄弱环节，素有“一涵闸一险工”之说，特别是由于回填土不密实、不均匀沉降、地基不良等原因常会引起土石结合部产生裂缝或其他缺陷而发生渗透破坏，较危险的渗透破坏类型是建筑物与土堤接触面上的接触冲刷破坏，例如沿基土或侧向、顶部填土与建筑物接触面，在高水位、长时间浸泡作用下，先是接触部位颗粒从渗流出口被带出，进而形成渗流通道，引起堤防溃决。因此，开展堤防涵闸土石结合部接触冲刷渗透破坏相关问题研究具有重要的现实意义和实际工程应用价值。但目前常规的渗透试验仅可测定土的渗透系数，而对于接触冲刷这一渗透破坏类型的试验，目前没有相关的试验装置器，如采用常规的渗透装置，将会产生如下问题：(1)如模拟水闸底板或侧墙等混凝土结构与土基的接触冲刷时，需制混凝土板，且水闸各构件多为长方体结构，但常规渗透仪器为圆形，模具制作较为不便且无法模拟工程实际；(2)接触冲刷试验中，接触面的渗流特性除了与相互接触的两种介质的渗流特性有关外，还与其接触面的接触状态、外部的水力条件等有关。因此研究接触面渗流特性，主要解决接触面渗流介质与水力条件的模拟和接触面物理力学状态的模拟两个关键问题。而对于黄河堤防涵闸土石结合部之间接触冲刷现场试验实施较为困难，常规渗透仪器尺寸较小，尺寸效应较为明显，不能贴近模拟真实的受力状态；(3)常规渗透仪器仅可进行渗透破坏试验，无法进行不同介质之间的接触冲刷试验。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服现有试验设备在进行弹性模量差别较大的两种介质特别是土体与刚性建筑物接触冲刷试验时存在的不足，提供一种原理简单、易于操作，能够真实反映土石结合部接触冲刷渗透破坏的试验装置，为工程实际需求提供测试手段。本专利技术的技术方案：一种土石结合部接触冲刷试验装置，包括箱体、底座、上缘和顶盖，所述顶盖、上缘和底座均为矩形钢板，所述顶盖的中部设有可活动顶盖，所述可活动顶盖四周设有多个螺栓，将可活动顶盖固定在所述顶盖上；所述上缘和底座的四周均设有压槽，所述压槽内设有厚12mm的硅胶密封条；所述箱体由横截面为矩形的透明有机玻璃方管制成，壁厚为8mm，所述箱体放置在所述上缘和底座的所述压槽内，在所述箱体的一个侧面设有出水口；所述顶盖覆盖在所述上缘上，二者之间设有密封圈；所述底座的底部设有进水口；所述底座位于所述箱体内的部分设有矩形凹槽，所述凹槽的上部设有透水钢板，所述透水钢板的透水孔径为所述透水钢板的上表面与所述底座的上表面在同一个平面上；水流通过所述进水口进入所述凹槽内，然后通过所述透水钢板上的透水孔的均匀过渡，进入箱体内；多个顶杆穿过所述顶盖、上缘和底座，利用紧固螺栓将所述顶盖、上缘、箱体和底座固定在一起。本专利技术的土石结合部接触冲刷试验装置，可进行不同条件下的接触冲刷试验，操作方便且简单易行，工作效率显著提高，投资少，简单易行。箱体采用透明的有机玻璃，方便试验过程中各种现象的观测。附图说明：图1、本专利技术的接触冲刷试验装置俯视图；图2、本专利技术的接触冲刷试验装置纵剖视图。图中，1为顶盖，2为可活动顶盖，3为密封圈，4为紧固螺栓，5为出水口，6为压槽，7为上缘，8为箱体，9为顶杆，10为底座，11为透水钢板，12为进水口。具体实施方式：下面结合图1-2，对本专利技术做详细说明。本专利技术的一种土石结合部接触冲刷试验装置，包括箱体8、底座10、上缘7和顶盖1，所述顶盖1、上缘7和底座10均为厚度200mm的矩形钢板，所述顶盖1的中部设有可活动顶盖2，所述可活动顶盖2由8mm厚的有机玻璃制成，通过设置在可活动顶盖2四周的多个螺栓固定在所述顶盖1上；所述上缘7和底座10的四周均设有压槽6，所述压槽6内设有厚12mm的硅胶密封条。所述箱体8由横截面为矩形的透明有机玻璃方管制成，壁厚为8mm，所述箱体8放置在所述上缘7和底座10的所述压槽6内，在所述箱体8的一个侧面设有出水口5；所述顶盖1覆盖在所述上缘7上，二者之间设有密封圈3；所述底座10的底部设有进水口12，所述水箱通过橡胶软管与所述进水口12连通；所述底座10位于所述箱体8内的部分设有矩形凹槽，所述凹槽的上部设有透水钢板11，所述透水钢板11的透水孔径为所述透水钢板11的上表面与所述底座10的上表面在同一个平面上；水流通过所述进水口12进入所述凹槽内，然后通过所述透水钢板11上的透水孔的均匀过渡，进入箱体8内；多个顶杆9穿过所述顶盖1、上缘7和底座10，利用紧固螺栓4所述顶盖1、上缘7、箱体8和底座10固定在一起。采用本专利技术的试验装置进行接触冲刷试验时，步骤如下：(一)土样配制：将试验用土风干后，用木锤击碎，过筛备用，然后以最优含水率和最大干密度为控制指标，将土样平铺在托盘内，用喷雾器喷洒预计的加水量，分层拌和均匀后放置到密闭容器内润湿一夜，以使水分均匀分布在土料中。(二)试样制备：(1)正常接触试样制备：将所述接触冲刷试验装置的可活动顶盖2打开，将接触冲刷试验装置竖向放置进行装样；装样前，在箱体8观测面外的另外三面的内壁均匀涂抹一层膨润土防止边壁集中渗漏；每个试样分四层装料，表面平整后振捣压实，每层都根据试样所需最大干密度击实到预定高度，每层填料时，使颗粒分布均匀且层与层之间要进行剖毛处理，剖毛深度为1～2cm；击实时，击锤要分布均匀直击到要求厚度，且试样与箱体8内壁接触的周边一定要击实。(2)接触面存在缺陷时试样制备：(a)接触面存在不密实区的试样制备：接触面不密实区试样的制备通过密实区和不密实区(通过改变土样的压实度来控制)土样每层的预制高度来控制。土体试样模型制作前先根据密实区和不密实区的压实度分别计算出每层土的质量和夯实高度，通过控制每层的夯实高度的不同，制造出密实区和不密实区；每层都压实到所要求的高度以保证压实度；每层填料时，使颗粒分布均匀且层与层之间要进行剖毛处理，剖毛深度为1～2cm；击实时，击锤要分布均匀直击到要求厚度，且试样与箱体8内壁接触的周边一定要击实。(b)接触面存在裂隙的试样制备：接触面裂隙宽度的设置通过具有一定厚度的薄板控制，制样前，按照试验需要，将一定厚度的薄板紧贴箱体8的一个内壁放置，其余三面的内壁均匀涂抹一层膨润土护壁，然后再进行土样制备，制备过程同正常接触试样制备，土样制备好后拔出薄板即可进行试验。(三)试验操作(1)试验设备的调试：有机玻璃本身就是一刚性介质，可直接将其作为一刚性接触面，并通过改变其糙率模拟土体与不同糙率刚性建筑物之间的接触冲刷试验情况。可以根据与土体接触的刚性建筑物的种类，设置箱体8内壁的糙率。进行土石接触冲刷试验时，除了采用本专利技术的土石结合部接触冲刷试验装置，还需要采用供水装置，所述供水装置包括回转吊、电动葫芦和水箱，所述电动葫芦固定在所述回转吊上，所述水箱固定在所述电动葫芦的吊钩上。启动电动葫芦，根据实验模拟的水头，将水箱提升到相应的高度，水箱底面的高度最大可以达到10m，相当于0.1MPa的水头压力，对所述接触冲刷试验装置供水，检查所述接触冲刷试验装置的密封部位是否漏水。(2)根据试验需要选取接触冲刷试验装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种渗透破坏水工模型，其特征在于，包括箱体(8)、底座(10)、上缘(7)和顶盖(1)，所述顶盖(1)、上缘(7)和底座(10)均为矩形钢板，所述顶盖(1)的中部设有可活动顶盖(2)，所述可活动顶盖(2)四周设有多个螺栓，将可活动顶盖(2)固定在所述顶盖(1)上；所述上缘(7)和底座(10)的四周均设有压槽(6)，所述压槽(6)内设有厚12mm的硅胶密封条；所述箱体(8)由横截面为矩形的透明有机玻璃方管制成，壁厚为8mm，所述箱体(8)放置在所述上缘(7)和底座(10)的所述压槽(6)内，在所述箱体(8)的一个侧面设有出水口(5)出水口(5)出水口(5)出水口(5)；所述顶盖(1)覆盖在所述上缘(7)上，二者之间设有密封圈(3)；所述底座(10)的底部设有进水口(12)；所述底座(10)位于所述箱体(8)内的部分设有矩形凹槽，所述凹槽的上部设有透水钢板(11)，所述透水钢板(11)的透水孔径为所述透水钢板(11)的上表面与所述底座(10)的上表面在同一个平面上；水流通过所述进水口(12)进入所述凹槽内，然后通过所述透水钢板(11)上的透水孔的均匀过渡，进入箱体(8)内；多个顶杆(9)穿过所述顶盖(1)、上缘(7)和底座(10)底座(10)底座(10)，利用紧固螺栓(4)将所述顶盖(1)、上缘(7)、箱体(8)和底座(10)固定在一起。...

【技术特征摘要】
1.一种土石结合部接触冲刷试验装置，包括箱体(8)、底座(10)、上缘(7)和顶盖(1)，所述顶盖(1)、上缘(7)和底座(10)均为矩形钢板，所述顶盖(1)的中部设有可活动顶盖(2)，所述可活动顶盖(2)四周设有多个螺栓，将可活动顶盖(2)固定在所述顶盖(1)上；所述上缘(7)和底座(10)的四周均设有压槽(6)，所述压槽(6)内设有厚12mm的硅胶密封条；所述箱体(8)由横截面为矩形的透明有机玻璃方管制成，壁厚为8mm，所述箱体(8)放置在所述上缘(7)和底座(10)的所述压槽(6)内，在所述箱体(8)的一个侧面设有出水口(5)；所述顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娜，赵寿刚，刘忠，乔瑞社，郝伯瑾，鲁立三，杨小平，邓宇，李振全，岳瑜素，宋力，王少锋，高玉琴，常芳芳，余元宝，校永志，赵险峰，
申请(专利权)人：黄河水利委员会黄河水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：河南;41