一种测定原位压力下多层土样渗流侵蚀特性的室内试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测定原位压力下多层土样渗流侵蚀特性的室内试验装置，包括实验箱体、伺服液压加载系统、定水头水压系统、竖向位移传感器、水流流量传感器、细小颗粒运移量计量系统、计算机集成控制系统；实验箱体用于盛放土样；伺服液压加载系统用于提供法向荷载模拟土样的原位压力；细小颗粒运移量计量系统用于统计土样在渗蚀作用下被水流冲出的细小颗粒的质量；计算机集成控制系统用于控制实验仪器的操作并收集、计算、储存传感器所监测的实验参数；本装置可以在室内对多层土样提供原位压力和定水头水流渗透侵蚀的条件，并能及时测定土样渗透系数变化量、土样沉降量和每层土样中细颗粒的运移量，最终能够对各层土样的渗流侵蚀特性进行分析。

A Laboratory Testing Device for Measuring Seepage Erosion Characteristics of Multilayer Soil Samples under In-situ Pressure

【技术实现步骤摘要】
一种测定原位压力下多层土样渗流侵蚀特性的室内试验装置
本专利技术属于建筑工程
，具体涉及一种测定原位压力下多层土样渗流侵蚀特性的室内试验装置。
技术介绍
随着城市化的进一步发展，城市地面沉降越来越引起了人们的关注，全球许多国家许多地区均发生了此类问题，如德国、香港、西班牙、印尼等，每年由地面沉降造成的经济损失严重。在中国累积沉降超过200mm的区域有7.9×104km2，而且仍有扩大的趋势。导致地面沉降的一个重要因素就是地层在渗流过程中细颗粒在土孔隙中的迁移、流动，也就是地层发生的渗流侵蚀现象。土中水的渗流对土的工程性质有很大影响，土的强度、变形和稳定都与土中水的渗流有关。水在土中渗流会对土颗粒施加渗透力，引起土体内部应力状态、结构、强度发生改变。当渗透力过大时，土颗粒间会发生相对运动甚至土体的整体移动，颗粒的流失基本上可分为两个过程，首先是大小颗粒分离，接着是小颗粒的迁移。土样内部基本上可分为两种颗粒，一种是位置上基本上不变的骨架颗粒，它可支撑荷载传递应力；另一种便是存在于骨架空隙中的可动颗粒，其位置随时在变，且不能传递应力，由于土体内部的结构复杂，随机性大，孔隙的尺寸随时间、位置而变，颗粒的移动特性与骨架颗粒、可动颗粒以及水之间的相互作用行为是密切相关的，流过孔隙的渗透水流总会有使孔隙内的可动颗粒沿流动方向迁移的趋势，如果可动颗粒粒径比受到的限制尺寸要小，它们就会从一个孔隙流入临近的另一个孔隙，直到被排出土体，这就产生了颗粒渗流侵蚀现象。而地层发生渗流侵蚀现象不仅与地层土体的自身基本参数和水头高度有关，也与地层的原位压力有关。目前，已有研究采用现场试验和室内模型试验模拟研究渗透力对渗流侵蚀作用的影响，但已有的装置未能考虑到原位压力对土体渗流侵蚀作用的影响，尤其对于揭示渗透过程细颗粒运移量侵蚀机理的实验装置与量测方法的研究还很欠缺。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种测定原位压力下多层土样渗流侵蚀特性的室内试验装置。本专利技术采取以下技术方案：一种测定原位压力下多层土样渗流侵蚀特性的室内试验装置，包括实验箱体、细小颗粒运移量计量系统、伺服液压加载系统、定水头水压系统计算机集成控制系统；其中，所述的实验箱体用于装入土样并进行土样渗流侵蚀实验，所述的实验箱体包括实验箱体壁、箱体上盖和箱底底座；所述的实验箱体壁是透明的，所述的箱体上盖和箱体底座都有互相对应的孔洞用于反力柱的穿入，箱体的上盖和底座之间用四根反力柱相互连接，反力柱的两端有螺纹，用螺母将反力柱分别与箱体上盖和底座固定；所述的实验箱体从上往下按照其用途分为四个部分，实验箱体的第一部分安装有液压千斤顶的传力轴和竖向位移传感器，所述的传力轴上设置有定位平台，所述的竖向位移传感器安装在箱体上盖上，从而传感器能够实时监测并记录传力轴的竖向位移，进而能够实现实时监测并记录土样的沉降量；实验箱体的第二部分是由两片钢板组成的钢性腔室，两片钢板通过钢性轴焊接连接，下钢片上设有孔洞，用于水流和土壤的细小颗粒通过，腔体内部装有双峰型非均匀粗颗粒材料，该钢性腔室可随着土样的沉降而下滑；实验箱体的第三部分用于盛装实验土样，且不同土样间用透水薄膜隔离，该透水薄膜只能通过水流而不能通过任何大小的土壤细小颗粒；实验箱体的第四部分是由固定的带孔钢板和箱体底座构成的腔体，腔体内装有双峰型非均匀粗颗粒材料；实验箱体的第二和第三部分的箱壁上均开设有出水口，实验箱体的第四部分箱壁上设有入水口；所述的细小颗粒运移量计量系统与所述的实验箱体体壁上设置的出水口连接，用于测定土样在渗流侵蚀作用下被水流冲出的细小颗粒的质量；所述的伺服液压加载系统包括千斤顶，所述的千斤顶与所述的实验箱体的箱体上盖相连，用于提供法向荷载模拟土样的原位压力；所述的定水头水压系统与所述的实验箱体的入水口通过水流导入管连接，定水头水压系统能够提供定水头压力，能够提供实验所需水头高度的水压，从而实现对实验土样进行渗流侵蚀作用；所述的计算机集成控制系统用于控制各系统，并收集、计算、储存实验参数。在本专利技术的装置中，进一步地，所述的细小颗粒运移量计量系统包括依次连接的水流导出管、精密筛网、水流流量传感器、精密天平、滤网、U型水流排出管和排出水收集瓶，所述的水流导出管与U型水流排出管的最高点齐平；所述的精密筛网安装在水流导出管的入水端内，用于防止大粒径的颗粒流出，可用于定量控制渗蚀颗粒的大小，具体可根据试验需要进行选择；所述的滤网安装在U型水流排出管的入水端内。从实验箱体排出的土样细小颗粒流过水流导出管最终会沉淀到精密天平的称重面，滤网的作用就是防止细小颗粒的流出，从而保证实验结果的精确。进一步地，所述的计算机集成控制系统分为控制单元和计算与储存单元；其中控制单元用于控制实验装置各个系统的操作，包括伺服液压加载系统的压力调节、定水头水压系统的水头高度调节；计算与储存单元用于实时的收集、计算并储存实验期间监测的各个参数，其参数包括水流流量传感器测定的水流流量、竖向位移传感器测定的土样沉降量、精密天平测定的包括土壤细颗粒在内的水的重量。计算机能够结合水头高度，水流流量和土样的横截面最终得出需要的土样的渗透系数变化量，并可以根据土壤细颗粒运移量、土样的渗透系数变化量和土样的沉降量，最终能够实现科学的探究和分析土样的渗流侵蚀特性。进一步地，所述的伺服液压加载系统与液压千斤顶之间采用液压管连接，液压千斤顶的油缸用螺栓固定于箱体上盖，液压千斤顶的油压由伺服电机提供，能够使液压千斤顶提供实验需要的恒定的竖向压力。进一步地，所述的水流导入管上设置有水流流量传感器，水流流量传感器连接在定水头水压系统和实验箱体的水流导入管中间，用于实时测量并记录流过导管的水流流量。进一步地，所述的实验箱体的第三部分的实验箱体壁上出水口的设置方式具体为：除了与第二部分相连的土样外，装有其它层土样的试验箱体壁上部也设有出水口，包含每层土样的细小颗粒的水流会从出水口流出，该装置可满足多层不同厚度的土样的实验需求。进一步地，所述的实验箱体壁上还设置有预留出水口，用于试验完成后排出装置内残余的水。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的装置可以在室内的条件下，用现场采取的土样作为实验对象，对多层土样提供竖向压力和定水头水压水流渗透侵蚀的条件，从而模拟土层在实际的工程现场的渗流侵蚀状态，并能够实时观测并记录多层土样在渗流侵蚀过程中的土壤细颗粒运移量、土样的渗透系数变化量和土样的沉降量，最终能够实现科学的探究和分析土样的渗流侵蚀特性。附图说明图1是本专利技术装置的一种整体结构外观图(正面图)；图2是本专利技术装置的一种整体结构示意图(正视图)；图3是本专利技术装置的A部分示意图(正视图)；图4是本专利技术装置的A部分示意图(俯视图)；图5是本专利技术装置的B部分示意图(正视图)；其中，A.实验箱体、B.细小颗粒运移量计量系统、1.计算机集成控制系统、2.伺服液压加载系统、3.定水头水压系统、4.液压管、5.液压千斤顶、6.水流导入管、7.水流流量传感器、8.箱体底座、9.固定螺栓、10.竖向位移传感器、11.箱体上盖、12.钢性腔室、13.实验箱体壁、14.带孔钢板、15.入水口、16.千斤顶传力轴、17.定位平台、18.出水口、19.双峰型非均匀粗颗粒材料、20.反力柱、21本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测定原位压力下多层土样渗流侵蚀特性的室内试验装置，其特征在于，包括实验箱体(A)、细小颗粒运移量计量系统(B)、伺服液压加载系统(2)、定水头水压系统(3)计算机集成控制系统(1)；其中，所述的实验箱体(A)用于装入土样并进行土样渗流侵蚀实验，所述的实验箱体(A)包括实验箱体壁(13)、箱体上盖(11)和箱底底座(8)；所述的实验箱体壁(13)是透明的，所述的箱体上盖(11)和箱体底座(8)间通过反力柱(20)进行固定连接；所述的实验箱体(A)从上往下分为四个部分，实验箱体(A)的第一部分安装有液压千斤顶(5)的传力轴(16)和竖向位移传感器(10)，所述的传力轴(16)上设置有定位平台(17)，所述的竖向位移传感器(10)安装在箱体上盖(11)上，竖向位移传感器(10)的定位针位于定位平台(17)上；实验箱体(A)的第二部分是由两片钢板组成的钢性腔室，两片钢板通过钢性轴焊接连接，下钢片上设有孔洞，用于水流和土壤的细小颗粒通过，腔体内部装有双峰型非均匀粗颗粒材料(19)，该钢性腔室可随着土样的沉降而下滑；实验箱体(A)的第三部分用于盛装实验土样，且不同土样间用透水薄膜(24)隔离；实验箱体(A)的第四部分是由固定的带孔钢板(14)和箱体底座(8)构成的腔体，腔体内装有双峰型非均匀粗颗粒材料(19)；实验箱体(A)的第二和第三部分的实验箱体壁(13)上均开设有出水口(18)，实验箱体(A)的第四部分箱壁上设有入水口(15)；所述的细小颗粒运移量计量系统(B)与实验箱体壁(13)上设置的出水口(18)连接，用于测定土样在渗流侵蚀作用下被水流冲出的细小颗粒的质量；所述的伺服液压加载系统(2)包括千斤顶(5)，所述的千斤顶(5)与所述的实验箱体(A)的箱体上盖(11)相连，用于提供法向荷载模拟土样的原位压力；所述的定水头水压系统(3)与所述的实验箱体(A)的入水口(15)通过水流导入管(6)连接，用于向土样施加实验要求水头高度的水流；所述的计算机集成控制系统(1)用于控制以上各系统，并收集、计算、储存实验参数。...

【技术特征摘要】
1.一种测定原位压力下多层土样渗流侵蚀特性的室内试验装置，其特征在于，包括实验箱体(A)、细小颗粒运移量计量系统(B)、伺服液压加载系统(2)、定水头水压系统(3)计算机集成控制系统(1)；其中，所述的实验箱体(A)用于装入土样并进行土样渗流侵蚀实验，所述的实验箱体(A)包括实验箱体壁(13)、箱体上盖(11)和箱底底座(8)；所述的实验箱体壁(13)是透明的，所述的箱体上盖(11)和箱体底座(8)间通过反力柱(20)进行固定连接；所述的实验箱体(A)从上往下分为四个部分，实验箱体(A)的第一部分安装有液压千斤顶(5)的传力轴(16)和竖向位移传感器(10)，所述的传力轴(16)上设置有定位平台(17)，所述的竖向位移传感器(10)安装在箱体上盖(11)上，竖向位移传感器(10)的定位针位于定位平台(17)上；实验箱体(A)的第二部分是由两片钢板组成的钢性腔室，两片钢板通过钢性轴焊接连接，下钢片上设有孔洞，用于水流和土壤的细小颗粒通过，腔体内部装有双峰型非均匀粗颗粒材料(19)，该钢性腔室可随着土样的沉降而下滑；实验箱体(A)的第三部分用于盛装实验土样，且不同土样间用透水薄膜(24)隔离；实验箱体(A)的第四部分是由固定的带孔钢板(14)和箱体底座(8)构成的腔体，腔体内装有双峰型非均匀粗颗粒材料(19)；实验箱体(A)的第二和第三部分的实验箱体壁(13)上均开设有出水口(18)，实验箱体(A)的第四部分箱壁上设有入水口(15)；所述的细小颗粒运移量计量系统(B)与实验箱体壁(13)上设置的出水口(18)连接，用于测定土样在渗流侵蚀作用下被水流冲出的细小颗粒的质量；所述的伺服液压加载系统(2)包括千斤顶(5)，所述的千斤顶(5)与所述的实验箱体(A)的箱体上盖(11)相连，用于提供法向荷载模拟土样的原位压力；所述的定水头水压系统(3)与所述的实验箱体(A)的入水口(15)通过水流...

【专利技术属性】
技术研发人员：佀同令，芮圣洁，李玲玲，周文杰，胡晨迪，李雨杰，朱从博，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33