一种尾矿料离心模型固结渗流控制系统及试验方法技术方案

本发明专利技术公开了一种尾矿料离心模型固结渗流控制系统及试验方法。包括试样装置、下水头控制装置、进水装置和动力装置。本发明专利技术还提供了利用本发明专利技术系统进行尾矿料离心模型固结渗流试验的方法，利用该系统，按照本发明专利技术提供的试验方法制备尾矿料试样；启动土工离心机达到给定的离心加速度后，实现试样在稳定渗流条件下的自重应力固结；通过监测试样固结变形和孔压，判断试样渗流和固结过程均达到稳定状态后，通过固定于模型筒顶盖上的袖珍贯入仪测试试样的力学参数。本发明专利技术的系统和方法可以用于各类尾矿库、大坝防渗体、堤防土体在固结渗流耦合条件下土体力学参数测试。

【技术实现步骤摘要】
一种尾矿料离心模型固结渗流控制系统及试验方法
本专利技术涉及一种尾矿料离心模型固结渗流控制系统及试验方法，特别适用于各类尾矿库、大坝防渗体、堤防等在固结渗流耦合条件下的土体力学参数测试。
技术介绍
随着选矿技术的发展和土地使用的制约，我国的尾矿库必然朝着细粒筑坝与高堆尾矿坝方向发展，其灾害隐患将会更加突出。细粒尾矿料的渗透性低，渗流和固结过程相耦合，采用常规试验方法难以测定其力学参数。利用离心机提供的超重力场，可以较好地实现渗流和固结过程的同步耦合，但目前国内外尚无离心模型固结渗流的相关设备和试验方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种尾矿料离心模型固结渗流控制系统及试验方法。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种尾矿料离心模型固结渗流控制系统，其特征在于，包括试样装置、下水头控制装置、进水装置和动力装置；所述试样装置包括试样筒，所述试样筒设置于下水头控制装置的盛水筒内；试样筒内壁设置上透水板和下透水板，上透水板和下透水板之间装入尾矿料试样；上透水板上方连接有位移计，测量上透水板位移；上透水板上还设有贯通的中心孔，袖珍贯入仪穿过上透水板中心孔深入尾矿料试样；尾矿料试样内埋设孔隙水压力传感器；上透水板上方的上水头处的试样筒壁上开设第一溢流孔，第一溢流孔连接溢流管，用于出水；所述下水头控制装置包括盛水筒；所述盛水桶设置于试样筒下方；下透水板下方的试样筒壁上开设第二溢流孔，将下透水板下渗的水引入盛水桶；所述盛水桶筒壁在下水头处开设第三溢流孔，用于出水；所述进水装置包括水泵；所述水泵一端连接水源，另一端通过第一水管将水泵入试样装置；所述动力装置连接袖珍贯入仪，用于提供动力。根据试验需要，开启动力装置，可以实现袖珍贯入仪在尾矿料试样中向下贯入，得到尾矿料试样的力学参数。作为本专利技术的进一步改进，还包括循环水存储装置；所述循环水存储装置包括循环水存储筒，盛水桶设置于循环水存储筒内，循环水存储筒内的水位必须低于盛水桶中的下水头；第一溢流孔连接溢流管，将水引入循环水存储装置；第三溢流孔将盛水桶内的水引入循环水存储装置；所述进水装置包括第二水管；所述水泵通过第二水管将循环水存储筒中的水抽出，并将水通过第一水管泵入试样装置。利用循环水存储装置可以将试验时渗出的水进行回收，继续投入下一轮试验，节约水源，并且流经尾矿砂的水不会外流，不会造成环境污染。作为本专利技术的进一步改进，还包括顶盖，所述顶盖设置于循环水存储筒顶部；所述水泵、第一水管和动力装置固定于顶盖上；所述位移计一端连接上透水板，另一端连接顶盖下部；所述顶盖上开设贯通的中心孔，袖珍贯入仪一端伸出顶盖中心孔，与动力装置相连，另一端穿过上透水板中心孔深入尾矿料试样。作为本专利技术的进一步改进，所述试样筒上开设有多个第一溢流孔，根据上水头高程选择所需第一溢流孔连接溢流管，并封闭其他溢流孔。试验时可以根据上水头的要求，将溢流管固定于不同高度的第一溢流孔，其他第一溢流孔密封。作为本专利技术的进一步改进，所述盛水桶上开设有多个第三溢流孔，根据下水头高程选择所需第三溢流孔，并封闭其他溢流孔。试验时可以根据下水头的要求，打开特定位置的第三溢流孔，密封其他第三溢流孔。溢流出的水流进入循环水存储部分。作为本专利技术的进一步改进，所述袖珍贯入仪的贯入杆上套有套管。套管可以消除袖珍贯入仪的贯入杆与尾矿料试样之间的摩擦，降低装置对试验结果精度的影响。作为本专利技术的进一步改进，所述顶盖上设有吊耳。设置吊耳可用于系统在实验室内的吊装。本专利技术的另一目的在于提供上述尾矿库离心模型固结渗流控制系统的试验方法，步骤如下：S1.将盛水筒置于循环水存储筒内；S2.将试样筒关闭溢流管和溢流孔，置于盛水筒内；S3.将透水板置于试样筒内；S4.将风干的尾矿料式样分层装入试样筒内，每层2~3cm，根据要求的孔隙比，控制试样厚度，每层试样装完后向试样筒内缓慢充水至试样顶面；装样期间，根据要求埋设孔隙水压力传感器、袖珍贯入仪，袖珍贯入仪的位置处于试样中心；S5.试样装完后将上透水板套过袖珍贯入仪，置于尾矿料试样上；S6.打开溢流管，向试样筒内缓慢充水至上水头；S7.打开第三溢流孔，向盛水筒内缓慢充水至下水头；S8.初步估算试样渗流所需流量，根据流量需要向循环水存储筒内缓慢充水，循环水存储筒内的水位必须低于下水头；并打开第二溢流孔；S9.将位移计、水管、水泵、水管固定于顶盖；S10.将顶盖固定于循环水存储筒顶部，袖珍贯入仪的贯入杆穿过顶盖的中心孔；将动力装置与袖珍贯入仪的贯入杆相连，并将动力装置固定于顶盖上；完成系统安装；S11.将系统吊装至离心机吊篮平台，将孔隙水压力传感器、袖珍贯入仪、位移计连接至离心机数据采集系统；通过离心机配备的功率滑环为水泵、动力装置供电；打开水泵，保持开启直至试验结束，保持尾矿料试样的上水头和下水头；S12.启动离心机至设计加速度，向尾矿料试样施加超重力场，使上水头和下水头的水头差达到实际工况，同时实现尾矿料试样的自重固结，通过孔隙水压力传感器、位移计的采集数据，监测渗流和固结的状态；S13.待渗流和固结均达到稳定状态，启动动力装置，带动袖珍贯入仪对尾矿料试样进行静力触探试验，测试尾矿料试样的力学参数；测试完成后停止动力装置；S14.停止离心机，停止水泵；S15.通过位移计的数据，换算尾矿料试样渗流固结稳定后的密度。采用本专利技术的系统和方法，启动土工离心机达到给定的离心加速度后，实现试样在稳定渗流条件下的自重应力固结；通过监测试样固结变形和孔压，判断试样渗流和固结过程均达到稳定状态后，通过固定于模型筒顶盖上的袖珍贯入仪测试试样的力学参数。本专利技术的系统和方法可以用于各类尾矿库、大坝防渗体、堤防土体在固结渗流耦合条件下土体力学参数测试。采用本专利技术提供的系统和试验方法，能够准确测定土体在固结渗流耦合条件下的力学参数。并且试验用水可循环使用，更佳经济环保。附图说明图1为本专利技术尾矿料离心模型固结渗流控制系统装置结构示意图。具体实施方式实施例1如图1所示的尾矿料离心模型固结渗流控制系统，包括试样装置、下水头控制装置、进水装置和动力装置21；所述动力装置21采用电机21。所述试样装置包括试样筒1，所述试样筒1设置于下水头控制装置的盛水筒12内；试样筒1内壁设置上透水板7和下透水板2，上透水板7和下透水板2之间装入尾矿料试样3；上透水板7上方连接有位移计8，测量上透水板7位移；上透水板7上还设有贯通的中心孔，袖珍贯入仪5穿过上透水板7中心孔深入尾矿料试样3，其中，袖珍贯入仪5的贯入杆上套有套管6；尾矿料试样3内埋设孔隙水压力传感器4；上透水板7上方的上水头10处的试样筒1壁上开设有多个第一溢流孔，根据上水头10高程选择所需第一溢流孔连接溢流管，并封闭其他溢流孔，第一溢流孔连接溢流管9，用于出水；所述下水头控制装置包括盛水筒12；所述盛水桶12设置于试样筒1下方；下透水板下方的试样筒1壁上开设第二溢流孔11，将下透水板2下渗的水引入盛水桶12；所述盛水桶12上开设有多个第三溢流孔13，根据下水头14高程选择所需第三溢流孔13，并封闭其他溢流孔，用于出水；所述进水装置包括水泵18；所述水泵18一端连接水源，另一端通过第一水管19将水泵入试样装置；所述动力装置21连接袖珍贯入仪5，用于提供动力。本实施例系统试验方式如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种尾矿料离心模型固结渗流控制系统，其特征在于，包括试样装置、下水头控制装置、进水装置和动力装置（21）；所述试样装置包括试样筒（1），所述试样筒（1）设置于下水头控制装置的盛水筒（12）内；试样筒（1）内壁设置上透水板（7）和下透水板（2），上透水板（7）和下透水板（2）之间装入尾矿料试样（3）；上透水板（7）上方连接有位移计（8），测量上透水板（7）位移；上透水板（7）上还设有贯通的中心孔，袖珍贯入仪（5）穿过上透水板（7）中心孔深入尾矿料试样（3）；尾矿料试样（3）内埋设孔隙水压力传感器（4）；上透水板（7）上方的上水头（10）处的试样筒（1）壁上开设第一溢流孔，第一溢流孔连接溢流管（9），用于出水；所述下水头控制装置包括盛水筒（12）；所述盛水桶（12）设置于试样筒（1）下方；下透水板下方的试样筒（1）壁上开设第二溢流孔（11），将下透水板（2）下渗的水引入盛水桶（12）；所述盛水桶（12）筒壁在下水头（10）处开设第三溢流孔（13），用于出水；所述进水装置包括水泵（18）；所述水泵（18）一端连接水源，另一端通过第一水管（19）将水泵入试样装置；所述动力装置（21）连接袖珍贯入仪（5），用于提供动力。...

【技术特征摘要】
1.一种尾矿料离心模型固结渗流控制系统，其特征在于，包括试样装置、下水头控制装置、进水装置和动力装置（21）；所述试样装置包括试样筒（1），所述试样筒（1）设置于下水头控制装置的盛水筒（12）内；试样筒（1）内壁设置上透水板（7）和下透水板（2），上透水板（7）和下透水板（2）之间装入尾矿料试样（3）；上透水板（7）上方连接有位移计（8），测量上透水板（7）位移；上透水板（7）上还设有贯通的中心孔，袖珍贯入仪（5）穿过上透水板（7）中心孔深入尾矿料试样（3）；尾矿料试样（3）内埋设孔隙水压力传感器（4）；上透水板（7）上方的上水头（10）处的试样筒（1）壁上开设第一溢流孔，第一溢流孔连接溢流管（9），用于出水；所述下水头控制装置包括盛水筒（12）；所述盛水桶（12）设置于试样筒（1）下方；下透水板下方的试样筒（1）壁上开设第二溢流孔（11），将下透水板（2）下渗的水引入盛水桶（12）；所述盛水桶（12）筒壁在下水头（10）处开设第三溢流孔（13），用于出水；所述进水装置包括水泵（18）；所述水泵（18）一端连接水源，另一端通过第一水管（19）将水泵入试样装置；所述动力装置（21）连接袖珍贯入仪（5），用于提供动力。2.根据权利要求1所述的尾矿料离心模型固结渗流控制系统，其特征在于，还包括循环水存储装置；所述循环水存储装置包括循环水存储筒（15），盛水桶（12）设置于循环水存储筒（15）内，循环水存储筒（15）内的水位（16）低于盛水桶（12）中的下水头（14）；第一溢流孔连接溢流管（9），将水引入循环水存储装置；第三溢流孔（13）将盛水桶（12）内的水引入循环水存储装置；所述进水装置包括第二水管（17）；所述水泵（18）通过第二水管（17）将循环水存储筒（15）中的水抽出，并将水通过第一水管（19）泵入试样装置。3.根据权利要求2所述的尾矿料离心模型固结渗流控制系统，其特征在于，还包括顶盖（20），所述顶盖（20）设置于循环水存储筒（15）顶部；所述水泵（18）、第一水管（19）和动力装置（21）固定于顶盖上；所述位移计（8）一端连接上透水板（7），另一端连接顶盖下部；所述顶盖（20）上开设贯通的中心孔，袖珍贯入仪（5）一端伸出顶盖（20）中心孔，与动力装置（21）相连，另一端穿过上透水板（7）中心孔深入尾矿料试样（3）。4.根据权利要求1所述的尾矿料离心模型固结渗流控制系统，其特征在于，所述试样筒（1）上开设有多个第一溢流孔，根据上水头10高程选择所需第一溢流孔连接溢流管，并封闭其他溢流孔。5.根据权利要求1所述的尾矿料离心模型固结渗流控制系统，其特征在于，所述盛水桶（12）上开设有多个第三溢流孔（13），根据下水头（14）高程选择所需第三溢流孔（13），并封闭其他溢流孔。6.根据权利要求1所述的尾矿料离心模型固结渗流控制系统，其特征在于，所述袖珍贯入仪（5）的贯...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾行文，陈生水，钟启明，任国峰，米占宽，徐光明，黄锦舒，傅中志，李宇晗，阎志坤，梅世昂，邓曌，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32