一种旱涝急转诱发粘土铺盖水力劈裂可视化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种旱涝急转诱发粘土铺盖水力劈裂三维可视化试验装置，该装置包括模型箱、干燥模拟系统、供水系统、裂缝监测系统，再选取试验材料制备模型、调试试验设备后进行离心试验。所述模型箱采用设置有监控孔洞的双层透明钢化玻璃制成用于试验模型的填筑，模型箱四壁双层钢化玻璃之间有可拆卸挡土板，模型箱顶部设有可拆卸密封盖板，模型箱底部配备真空抽排泵的排水孔用于试验中的渗水抽排；所述干燥模拟系统包括升高温度的长弧氙灯以及加速水分蒸发的风机；所述供水系统由储水箱、水泵、供水管路组成。供水管路组成。供水管路组成。

【技术实现步骤摘要】
一种旱涝急转诱发粘土铺盖水力劈裂可视化装置及方法


[0001]本专利技术属于土工离心试验研究粘土防渗体防护
，具体涉及一种旱涝急转诱发粘土铺盖水力劈裂可视化装置及方法。

技术介绍

[0002]长时间的干旱导致土体失水收缩产生裂缝，尤其在全球变暖、城市热岛效应和旱涝灾害日渐频繁发生的背景下，土体开裂现象日趋普遍。作为坝体防渗体系的重要组成部分，粘土铺盖的防渗性能关乎大坝渗流安全，而粘质土相对较脆弱，在干旱过程中铺盖裸露于外，持续干旱中会出现裂缝，裂缝的产生破坏了防渗体的完整性。
[0003]当前期遭遇极端干旱后随即迎来极端降雨，会形成旱涝急转极端工况。旱涝急转通常指某一地区或某一流域在较长时间干旱后又出现洪涝，干旱和洪涝交替出现的情况。旱涝急转工况的特殊性在于干旱与暴雨转变的突发性，对从含缝黏土防渗体受力特点出发，旱涝急转加剧了防渗土体渗透压力的变化，而库水抬升水压力增加后，裂缝端部附近土体的有效应力也会明显降低，在裂缝与非稳定渗透压力的共同作用下黏土防渗体具备水力劈裂发生的条件，是否存在发生水力劈裂的可能并造成裂缝进一步扩展而引起本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旱涝急转诱发粘土铺盖水力劈裂可视化装置，其特征在于，该可视化装置包括模型箱、供水系统、排水系统、裂缝监测系统；所述模型箱(1)上端开口，模型箱壁为双层钢化玻璃，所述模型箱设置有盖板(2)，并且模型箱开口与盖板(2)边缘通过充气橡胶圈(3)密封连接；所述模型箱内设有铺盖模型，上层粘土铺盖层(11)与下层透水层(12)，所述下层透水层(12)位于模型箱底部，上层粘土铺层(11)叠加在下层透水层(12)上；并且模型箱内部在上层粘土铺层(11)上方设置有可拆卸的挡水板(16)以防止供水时水流冲刷粘土铺盖(11)；所述供水系统通过供水管(5)与模型箱(1)连接用于给模型箱(1)供水，所述排水系统通过排水管(7)与模型箱(1)连接用于排出模型箱(1)底部的渗水；所述模型箱(1)四壁不同高度的断面上设置有电极安装孔(10)，每个电极孔配备有电极(18)，所述裂缝监测系统通过高密度电法仪(20)连接电极(18)，所述模型箱(1)四壁双层钢化玻璃中间留有缝隙，缝隙内设置有挡土板(17)。2.根据权利要求1所述的一种旱涝急转诱发粘土铺盖水力劈裂可视化装置，其特征在于，所述模型箱(1)四壁的电极孔(10)由外层钢化玻璃不同高度设置的内螺纹孔洞(10
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1)以及内层钢化玻璃不同高度设置的针孔(10
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2)构成，并且所述内螺纹孔洞(10
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1)与针孔(10
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2)一一对应；所述裂缝监测系统包括多个电极(18)，电缆(19)、高密度电法仪(20)、电源(21)；所述电极(18)包括橡胶垫(18
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1)、电极外螺纹探头(18
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2)、探针(18
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3)，所述橡胶垫(18
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1)与电极外螺纹探头(18
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2)连接，所述探针(18
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3)依次贯穿胶垫(18
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1)与电极外螺纹探头(18
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2)，所述电极外螺纹探头(18
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2)通过螺纹安装在电极孔内螺纹孔洞(10
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1)内，所述橡胶垫(18
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1)与电极孔内螺纹孔洞(10
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1)贴合连接，并且所述多个电极(18)上的探针(18
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3)一端通过内层钢化玻璃上的针孔(10
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2)伸入到粘土铺盖(11)与透水层(12)内，所述多个电极(18)上的探针(18
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3)另一端通过电缆(19)与高密度电法仪(20)连接，电源(21)与高密度电法仪(20)连接供电。3.根据权利要求1所述的一种旱涝急转诱发粘土铺盖水力劈裂可视化装置，其特征在于，所述排水系统包括排水管(7)、真空抽排泵(8)以及排水储水箱(9)，所述排水管(7)一端与模型箱(1)底部连接，另外一端位于储水箱(9)内，所述真空抽排泵(8)安装在排水管(7)上。4.根据权利要求1所述的一种旱涝急转诱发粘土铺盖水力劈裂可视化装置，其特征在于，所述供水系统包括供水储水箱(6)、水泵(4)、供水管(5)以及液位开关(13)，所述水泵(4)与供水管(5)连接，所述供水管(5)的一端位于供水储水箱(6)内，所述供水管(5)的另一端位于模型箱(1)内，所述液位开关(13)位于模型箱(1)内，并且液位开关(13)与水泵(4)连接，用于控制水泵(4)开启与关闭。5.根据权利要求1所述的一种旱涝急转诱发粘土铺盖水力劈裂可视化装置，其特征在于，所述干旱模拟系统包括长弧氙灯(14)与风机(15)，所述长弧氙灯(14)用于模拟太阳光，安装在所述模型箱内壁上部，所述风机(15)安装在长弧氙灯(14)下方。6.基于权利要求1
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5任一项所述一种旱涝急转诱发粘土铺盖水力劈裂可视化装置的水力劈裂判断方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)选取级配合理的砂石料，在模型箱内填筑铺盖模型；2)模型填筑完成后取出模型箱四壁夹层中的挡土板(17)，拧紧电极(18)；将模型箱(1)置于土工离心机的吊斗中进行加速完成土体自重固结后停止离心机加速转动；
3)在供水储水箱(6)内注满水，设定水泵(4)功率，在粘土铺盖层(11)前端供水管(5)下方放置挡水板(16)，防止水流冲刷土体表面，待粘土铺盖层(11)上部水位达到预设高度后，封闭模型箱(1)上部盖板(2)，打开底部真空抽排泵(8)排水预饱和；4)步骤3)完成预饱和后，打开盖板(2)，开启长弧氙灯(14)与风机(15)进入干旱模拟阶段，将高密度电法仪(20)接通电源(21)进行断面电阻测量，将获取的不同断面电阻信息进行拼接，形成三维的粘土铺盖(11)电阻图；5)根据步骤4)获取的三维的粘土铺盖(11)电阻图确定干旱模拟过程停止的时间点，根据确定的时间点停止干旱模拟，干旱模拟过程停止后，启动离心机并打开水泵(4)供水，保持高密度电法仪(20)接通电源(21)进行断面电阻测量；将获取的不同断面电阻信息进行拼接，形成含裂缝情况下的粘土铺盖(11)三维电阻图，根据电阻值判断水力劈裂。7.根据权利要求6所述的试验方法，其特征在于，步骤4)和步骤5)中电阻测量方法：模型箱(1)四壁均匀布置130个电极，将处于同一断面内正对的电极两两连接共有180个交点，处于同一断面内的距离最远的两个作为放电电极，将与放电电极处于同一断面内的其他电极轮流作为测量电极，放电电极与测量电极配合工作，获取各交点的电阻信号，所述电阻信号反映该点的电阻值，测量电阻过程中变换测量电极的位置，获取粘土铺盖层(11)不同断面的电阻信息。8.根据权利要求7所述的试验方法，其特征在于，步骤4)和步骤5)的拼接方法为：第1步，对130个电极进行编号，D
i
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j
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，i＝Q、H、Z、Y，Q表示模型箱前壁、H表示模型箱后壁、Z表示模型箱左壁、Y表示模型箱右壁；j＝1～5...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶伟，胡江，马福恒，李子阳，孙玮玮，霍吉祥，邱莉婷，俞扬峰，李涵曼，李星，
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：