本发明专利技术公开了一种土石料水平向渐进渗透破坏过程的测量装置及方法，测量装置包括外筒，外筒内同轴设置多孔内筒，外筒与多孔内筒之间设置环形槽；多孔内筒的上端设置可滑动压板，可滑动压板下同轴设置多孔刚体管道，可滑动压板、多孔刚体管道和多孔内筒之间有土石料试样，可滑动压板上设置若干水压力传感器；外筒外侧设若干下口指向环形槽内侧切线且内设循环泵的竖向的水体扰动管。本发明专利技术连续分离并测定渗出土和渗出水的质量，探明细颗粒迁移导致的局部水力比降变化及与整体水力比降的差异，获得细颗粒迁移情况，为渗透破坏在土体内渐进发展过程量测和机理研究提供工具，并同时测定水平向临界水力比降、破坏水力比降和水平向渗透系数的变化过程。向渗透系数的变化过程。向渗透系数的变化过程。
【技术实现步骤摘要】
土石料水平向渐进渗透破坏过程的测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及渗透变形试验
，具体涉及土石料水平向渐进渗透破坏过程的测量装置及方法。
技术介绍
[0002]土石料是建造土石坝和堤防等重大工程的主要材料，也是堤坝天然基础的主要材料；土石料中的细颗粒在高水力比降作用下发生大规模的冲蚀、移动和流失即为发生渗透破坏，该渗透破坏是土石堤坝最大的内在风险。
[0003]传统的渗透破坏研究一方面将渗透破坏作为单一点的物理特性来研究，认为细颗粒启动后土体开始发生渗透变形，不能反映细颗粒冲蚀后迁移过程可能出现的迁移速率变化、淤堵或停止，没有体现土体作为一个连续体共同承担渗流比降的特征；另一方面，没有考虑应力对渗透破坏的影响，一般地，应力增大时土体孔径减小，可通过的颗粒粒径减小，抗渗比降有所提高，同时，不同粒径级配组成的土体在应力作用下的抗渗比降提升变化程度有所差异；因此，只有在应力作用下开展渗透破坏过程研究，才能准确地把握渗透破坏的时空发展过程。
[0004]另外，土石坝中的防渗心墙和坝基土石料，一般处于侧限变形条件下，且存在优势性的应力、渗透比降方向组合，即竖向应力为大主应力，渗透比降沿水平方向或近水平方向；此外，土体压实和沉积形成的层面一般沿水平方向；而目前的渗透破坏试验机未考虑这些因素。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种可量测竖向应力作用下渗透破坏在土体内渐进发展过程的土石料水平向渐进渗透破坏过程的测量装置及方法。
[0006]为达到上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]第一方面，提供一种土石料水平向渐进渗透破坏过程的测量装置，其包括：
[0008]外筒，其内同轴设置有用于装土石料试样的多孔内筒，其与多孔内筒之间设置有用于装水的环形槽；
[0009]可滑动压板，其用于给土石料试样均匀施加向下的竖向压力，其直径与多孔内筒的内径匹配，其径向和周向均匀设置有若干水压力传感器，其下同轴设置有用于向土石料试样中供应高压水的多孔刚性管道；
[0010]水体扰动装置，用于汲取环形槽上部的水并喷向环形槽内侧底部来进行扰动，将可能沉积于多孔内筒外侧、环形槽底部的土冲向第一管道上部的通水孔；
[0011]封闭水箱，其与环形槽的底部连通，其内上端设置有拉力传感器，拉力传感器的一端设置有滤网；
[0012]液体收集装置，其设置在称量装置上，其上端设置有水头控制管，水头控制管与封闭水箱的顶部连通。
[0013]采用上述技术方案的有益效果为：多孔刚性管道向土石料试样中供应高压水，使高压水通过多孔刚性管道上的孔向四周沿径向均匀渗入土石料试样，同时，可滑动压板给土石料试样施加向下的竖向压力；土石料试样中的细颗粒在渗透比降和竖向应力的共同作用下在试样内部移动、淤堵或流失，部分颗粒和渗水一起穿过多孔内筒上的孔渗入环形槽，并在水体扰动装置的扰动作用下伴随着水流沿斜坡流向出口并进入封闭水箱，渗出的水进入液体收集装置中；此时，封闭水箱中的拉力传感器持续地测量渗出土的质量，称量装置持续地测量出渗出水的质量，水压力传感器持续地测量土的孔隙水压力，且若干水压力传感器沿可滑动压板的径向和周向均匀设置，可量测竖向应力作用下渗透破坏在土体内的渐进发展过程，连续分离并测定出渗出土和渗出水的质量，探明细颗粒在土体内迁移过程导致的局部水力比降变化及与整体水力比降的差异，获得细颗粒在土体内的迁移次序和迁移距离，为渐进渗透破坏机理研究提供工具，并同时测定水平向临界水力比降、破坏水力比降和水平向渗透系数的变化过程。
[0014]进一步地，环形槽的底部周向设置有自外筒向内筒倾斜的第一斜坡，第一斜坡的底部周向设置有第二斜坡，第二斜坡的最低处设置有通水孔，通水孔与封闭水箱之间设置有第一管道；第一斜坡和第二斜坡提供坡道，使细颗粒在重力的作用下向通水孔运动，有利于细颗粒的收集。
[0015]进一步地，水体扰动装置包括若干均匀设置在外筒上的水体扰动管，水体扰动管的上端和下端均与环形槽相通，水体扰动管上设置有循环水泵，水体扰动管的出口端指向第二斜坡的切向，并朝向第二斜坡较低的一端，从而使细颗粒在水流的扰动作用下能够尽快地通过通水孔进入封闭水箱。
[0016]进一步地，可滑动压板设置在多孔内筒的上端，可滑动压板的下端面与水压力传感器的下端面齐平，可滑动压板的上端竖直设置有直线驱动机构和位移传感器；直线驱动机构控制压力并驱动可滑动压板向下运动，实现竖向应力的可控化；位移传感器实时监测可滑动压板的位移情况，从而实现土石料试样竖向变形的可量测。
[0017]进一步地，土石料水平向渐进渗透破坏过程的测量装置还包括框架，外筒的底部、位移传感器远离可滑动压板的一端、直线驱动机构远离可滑动压板的一端均固定设置在框架上，框架用于安装外筒、位移传感器和直线驱动机构等部件，并提供安装空间。
[0018]进一步地，土石料水平向渐进渗透破坏过程的测量装置还包括高压供水装置，高压供水装置与多孔刚性管道的上端连通，高压供水装置从多孔刚性管道的上端供入高压水。
[0019]进一步地，可滑动压板上固定设置有连接器，连接器与高压供水装置之间设置有第二管道，连接器连通多孔刚性管道和第二管道，从而将高压供水装置提供的高压水供入多孔刚性管道。
[0020]进一步地，可滑动压板内设置有螺纹通孔，水压力传感器螺纹连接在螺纹通孔中，从而在安装好可滑动压板后将水压力传感器从可滑动压板上部旋入螺纹通孔中；水压力传感器的一端设置有外螺纹，水压力传感器的长度大于可滑动压板的厚度，向可滑动压板旋入水压力传感器后，确保水压力传感器底端(进水口端)与可滑动压板底面平齐。
[0021]进一步地，多孔刚性管道与可滑动压板之间、水压力传感器与可滑动压板之间均设置有密封件，避免在多孔刚性管道与可滑动压板之间、水压力传感器与可滑动压板之间
发生泄漏。
[0022]第二方面，提供一种土石料水平向渐进渗透破坏过程的测量方法，包括以下步骤：
[0023]S1：在多孔内筒中按设定密度装入土石料试样，土石料试样分层动力击实；沿多孔刚性管道的轴向和周向进行钻孔，将多孔刚性管道插入土石料试样，将多孔刚性管道和可滑动压板连接，并在多孔刚性管道下端留置间隙；
[0024]S2：将水头控制管顶部折角的内孔最高点放置在与土石料试样顶面同样的高程上；在环形槽中充入水，使水充满封闭水箱后充入水头控制管，直至水头控制管有水流出时暂停加水；在土石料试样吸水逐渐饱和的过程中，保持水头控制管位置不变，不断补充环形槽中的水，直至土石料试样吸水饱和完毕、环形槽中水位不再降低，持续保持环形槽中水的最高点与水头控制管顶部内孔的最高点齐平；
[0025]S3：安装直线驱动机构和位移传感器；启动直线驱动机构向下压紧可滑动压板，通过可滑动压板向土石料试样施加向下的竖向压力；同时，启动高压供水装置和循环水泵，高压供水装置为多孔刚性管道内供入高压水，使高压水通过多孔刚性管道上的孔流入土石料试样中；循环水本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种土石料水平向渐进渗透破坏过程的测量装置，其特征在于，包括：外筒(9)，其内同轴设置有用于装土石料试样(1)的多孔内筒(24)，其与多孔内筒(24)之间设置有用于装水的环形槽(13)；可滑动压板(10)，其用于给土石料试样(1)均匀施加向下的竖向压力，其直径与多孔内筒(24)的内径匹配，其径向和周向均匀设置有若干水压力传感器(8)，其下同轴设置有用于向土石料试样(1)中供应高压水的多孔刚性管道(15)；水体扰动装置，用于汲取环形槽(13)上部的水并喷向环形槽(13)内侧底部来进行扰动；封闭水箱(20)，其与环形槽(13)的底部连通，其内上端设置有拉力传感器(18)，所述拉力传感器(18)的一端设置有滤网(19)；液体收集装置(23)，其设置在称量装置(22)上，其上端设置有水头控制管(21)，所述水头控制管(21)与封闭水箱(20)的顶部连通。2.根据权利要求1所述的土石料水平向渐进渗透破坏过程的测量装置，其特征在于，所述环形槽(13)的底部周向设置有自外筒(9)向内筒(24)倾斜的第一斜坡(14)，所述第一斜坡(14)的底部周向设置有第二斜坡(25)，所述第二斜坡(25)的最低处设置有通水孔(26)，所述通水孔(26)与封闭水箱(20)之间设置有第一管道(17)。3.根据权利要求2所述的土石料水平向渐进渗透破坏过程的测量装置，其特征在于，所述水体扰动装置包括若干均匀设置在外筒(9)上的水体扰动管(11)，所述水体扰动管(11)的上端和下端均与环形槽(13)相通，所述水体扰动管(11)上设置有循环水泵(12)，所述水体扰动管(11)的出口端指向第二斜坡(25)的切向，并朝向第二斜坡(25)较低的一端。4.根据权利要求1所述的土石料水平向渐进渗透破坏过程的测量装置，其特征在于，所述可滑动压板(10)设置在多孔内筒(24)的上端，可滑动压板(10)的下端面与水压力传感器(8)的下端面齐平，可滑动压板(10)的上端竖直设置有直线驱动机构(3)和位移传感器(2)。5.根据权利要求4所述的土石料水平向渐进渗透破坏过程的测量装置，其特征在于，还包括框架(4)，所述外筒(9)的底部、位移传感器(2)远离可滑动压板(10)的一端、直线驱动机构(3)远离可滑动压板(10)的一端均固定设置在框架(4)上。6.根据权利要求1所述的土石料水平向渐进渗透破坏过程的测量装置，其特征在于，还包括高压供水装置(5)，所述高压供水装置(5)与多孔刚性管道(15)的上端连通。7.根据权利要求6所述的土石料水平向渐进渗透破坏过程的测量装置，其特征在于，所述可滑动压板(10)上固...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓刚，张茵琪，张延亿，陈含，陈辉，王翔南，田继雪，殷旗，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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