本发明专利技术提供一种基于双激光的透明土样渗蚀测定装置及方法，所述基于双激光的透明土渗蚀装置包括渗蚀箱体、位移传感系统、顶部液压加载系统、常水头施加系统、PIV速度测量系统、导轨控制系统以及计算机控制系统。本发明专利技术可以利用折射率匹配技术和PIV技术实时反映土体内部发生渗蚀的过程，能清晰地看到内部渗蚀发生的图片，可以观察到土体内部发生渗蚀时小颗粒的运动速度，以及渗蚀通道的形成；利用顶部液压加载系统，可以了解透明土体在不同压力下的稳定性，利用导轨移动激光发射器，可以研究不同断面的土体渗蚀情况，利用PIV技术可以定量分析土体内部的流场；可以通过孔压实时反馈给加载系统，从而施加脉冲的荷载，模仿自然界中真实的土体渗蚀。真实的土体渗蚀。真实的土体渗蚀。
【技术实现步骤摘要】
一种基于双激光的透明土样渗蚀测定装置及方法
[0001]本专利技术属于土工试验
，尤其是涉及一种基于双激光的透明土样渗蚀测定装置及方法。
技术介绍
[0002]在岩土工程中，渗流引起渗透破坏。渗透破坏的类型主要包括流土、管涌、接触流土和接触冲刷四种。对单一土层主要是发生流土和管涌破坏，接触流土和接触冲刷主要发生在两种土层的接触面处。这些破坏都可以看做多孔介质中可动颗粒运移导致的。在我国，管涌危害着土坝、堤坝的水工建筑物的安全，同时也对河岸两旁的居民安全有的重要的影响。在水流的作用下，土石坝、堤防等建筑物常发生渗蚀破坏，情况严重时可导致建筑物的整体破坏，对社会造成巨大经济损失。众多学者研究土体渗蚀的机理，将可发生渗蚀的土体分为骨架颗粒和可动颗粒，其中土骨架颗粒在水流作用下位置基本不动和主要承担来自上部土体的压力，可动颗粒在骨架颗粒中可以随水流流动，可动颗粒不承担上部荷载，由于骨架颗粒结构复杂，孔隙形状随机，可动颗粒在水流的带动下，在骨架之间流动，当遇到孔隙小于可动颗粒粒径的，可动颗粒停留在这里，当孔隙粒径大于可动颗粒粒径，可动颗粒随水流流出。渗蚀发生的过程是一个土水相互作用的过程，在水流的侵蚀作用下，可动颗粒在由骨架颗粒形成的孔隙中被水流冲走，土体内部颗粒重新发生排列，土体渗透系数、强度、刚度发生变化。
[0003]在以前为了探究土体内部渗蚀发生的情况，前人用CT、X射线研究过可发生渗蚀土体的渗蚀过程，但都只是阶段渗蚀发生后进行扫描，并没有实时的监测渗蚀发生的过程。有学者提出将透明土应用到研究渗蚀内部过程中来，鉴于以前单侧激光照明系统画面在另一对端模糊，因此，需要提出一种可以开展多因素的透明土的双激光的渗蚀装置。
技术实现思路
[0004]本专利技术第一个目的在于，针对当前渗蚀试验的不足，提出一种可以用作探究土体内部的渗蚀情况和土体在荷载加载下的内部渗蚀情况的渗蚀测定装置。
[0005]为此，本专利技术的上述目的通过如下技术方案实现：一种基于双激光的透明土样渗蚀测定装置，其特征在于：所述基于双激光的透明土渗蚀装置包括渗蚀箱体、位移传感系统、顶部液压加载系统、常水头施加系统、PIV速度测量系统、导轨控制系统以及计算机控制系统；所述位移传感系统、顶部液压加载系统、常水头施加系统、PIV速度测量系统、导轨控制系统均与计算机控制系统相连接并由计算机控制系统进行控制；所述渗蚀箱体的周侧为透明，所述渗蚀箱体内自下而上依次具有水流缓冲区和土样渗蚀区，所述水流缓冲区和土样渗蚀区之间设有第一过滤网，所述土样渗蚀区的上方设有施压板，所述施压板上密布小孔；所述渗蚀箱体的侧面在高于施压板的位置设有出水口；所述水流缓冲区内设有大颗粒土样以缓冲水流，所述土样渗蚀区内设有渗蚀区土
样，所述渗蚀区土样内自下而上设有多个孔压传感器；所述顶部液压加载系统用于对施压板进行压力加载，所述位移传感器系统用于实时监测顶部液压加载系统的压力加载位移；所述常水头施加系统连通至渗蚀箱体底部的进水口，所述常水头施加系统用于向渗蚀箱体内提供常水头；所述PIV速度测量系统包括高速相机和两台激光发射器，所述激光发射器的下端分别连接至各自的导轨上，两条导轨分别设置在渗蚀箱体的两侧，所述激光发射器在导轨控制系统的控制下移动以使得发射出的两片激光重合。
[0006]在采用上述技术方案的同时，本专利技术还可以采用或者组合采用如下技术方案：作为本专利技术的一种优选技术方案：所述位移传感系统包括竖向位移传感器，所述竖向位移传感器的定位指针固定至顶部液压加载系统的定位平台上。
[0007]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述顶部液压加载系统包括伺服电机和加压杆，所述加压杆上设有定位平台，所述定位平台用于设置位移传感系统的竖向位移传感器；所述伺服电机用于控制液压以驱动加压杆下压施压板。
[0008]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述常水头施加系统包括水压加载伺服电机、常水头容器和出水管；所述出水管的末端连通至渗蚀箱体底部的进水口，所述出水管上设有水流传感器；所述水压加载伺服电机用于提升或者降低常水头容器。
[0009]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述计算机控制系统包括控制单元和储存单元，所述控制单元用于控制顶部液压加载系统和常水头施加系统的压力调节；所述储存单元用于记录试验过程中的孔压传感器测得的孔压数据、位移传感器测得的位移变化数据、水流传感器测定的水流流量数据。
[0010]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述渗蚀箱体底部的进水口内侧设有第二过滤网。
[0011]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述基于双激光的透明土样渗蚀测定装置还包括回流箱体，所述回流箱体与渗蚀箱体的出水口相连通，所述回流箱体内设有提升泵，所述提升泵用于将回流箱体内的水提升至常水头容器。
[0012]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述回流箱体内设有第三过滤网，所述第三过滤网用于筛除来自渗蚀箱体的出水中的小颗粒。
[0013]本专利技术第二个目的在于，提供基于双激光的透明土样渗蚀测定方法。
[0014]为此，本专利技术的上述目的通过如下技术方案实现：一种基于双激光的透明土样渗蚀测定方法，其特征在于：所述测定方法基于前文所述的基于双激光的透明土样渗蚀测定装置，并包括如下步骤：S1、在渗蚀箱体内填充扰流的颗粒，边填充边通过常水头施加系统升高水流使液体高度没过渗蚀箱体内颗粒高度，放置第一过滤网，然后放置试验的材料，边放入材料边升高液体高度；S2、放置施压板，连接加压杆，安装伺服电机；
S3、打开激光，利用导轨将激光所形成的断面运动至需要研究的断面，打开高速相机，进行对焦，并调好合适的帧率开始采集图像；S4、在渗蚀开始的阶段水头以每次2 cm/次的高速抬升水头；利用高速相机拍摄渗蚀内部流场图像，并利用计算机控制系统内PIV分析软件进行内部流场特征分析；利用孔压传感器记录透明土样上下的压力变化，换算土样收到的阻力变化；利用水流传感器记录进水管的流速变化，并由此换算透明土中平均流速；S5、每次提升水头后等渗蚀稳定，取出包裹有渗蚀出来的透明土的第三滤网，并换上新的第三滤网，等渗蚀完成后，将里面的小颗粒，放进烘干机进行烘干，然后称重，计算每阶段的渗蚀速率。
[0015]本专利技术提供一种基于双激光的透明土样渗蚀测定装置及方法，可以利用折射率匹配技术和PIV技术实时反映土体内部发生渗蚀的过程，能清晰地看到内部渗蚀发生的图片，可以观察到土体内部发生渗蚀时小颗粒的运动速度，以及渗蚀通道的形成；利用顶部液压加载系统，可以了解透明土体在不同压力下的稳定性，利用导轨移动激光发射器，可以研究不同断面的土体渗蚀情况，利用PIV技术可以定量分析土体内部的流场；可以通过孔压实时反馈给加载系统，从而施加脉冲的荷载，模仿自然界中真实的土体渗蚀。
附图说明
[0016]图1为本专利技术所提供的基于双激光的透明土样渗蚀测定装置的结构图示。
具体实施方式
[0017]参照附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细地描述。
[0018]一种基于双激光的透明土样渗蚀测定装置，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于双激光的透明土样渗蚀测定装置，其特征在于：所述基于双激光的透明土渗蚀装置包括渗蚀箱体、位移传感系统、顶部液压加载系统、常水头施加系统、PIV速度测量系统、导轨控制系统以及计算机控制系统；所述位移传感系统、顶部液压加载系统、常水头施加系统、PIV速度测量系统、导轨控制系统均与计算机控制系统相连接并由计算机控制系统进行控制；所述渗蚀箱体的周侧为透明，所述渗蚀箱体内自下而上依次具有水流缓冲区和土样渗蚀区，所述水流缓冲区和土样渗蚀区之间设有第一过滤网，所述土样渗蚀区的上方设有施压板，所述施压板上密布小孔；所述渗蚀箱体的侧面在高于施压板的位置设有出水口；所述水流缓冲区内设有大颗粒土样以缓冲水流，所述土样渗蚀区内设有渗蚀区土样，所述渗蚀区土样内自下而上设有多个孔压传感器；所述顶部液压加载系统用于对施压板进行压力加载，所述位移传感器系统用于实时监测顶部液压加载系统的压力加载位移；所述常水头施加系统连通至渗蚀箱体底部的进水口，所述常水头施加系统用于向渗蚀箱体内提供常水头；所述PIV速度测量系统包括高速相机和两台激光发射器，所述激光发射器的下端分别连接至各自的导轨上，两条导轨分别设置在渗蚀箱体的两侧，所述激光发射器在导轨控制系统的控制下移动以使得发射出的两片激光重合。2.根据权利要求1所述的基于双激光的透明土样渗蚀测定装置，其特征在于：所述位移传感系统包括竖向位移传感器，所述竖向位移传感器的定位指针固定至顶部液压加载系统的定位平台上。3.根据权利要求1所述的基于双激光的透明土样渗蚀测定装置，其特征在于：所述顶部液压加载系统包括伺服电机和加压杆，所述加压杆上设有定位平台，所述定位平台用于设置位移传感系统的竖向位移传感器；所述伺服电机用于控制液压以驱动加压杆下压施压板。4.根据权利要求1所述的基于双激光的透明土样渗蚀测定装置，其特征在于：所述常水头施加系统包括水压加载伺服电机、常水头容器和出水管；所述出水管的末端连通至渗蚀箱体底部的进水口，所述出水管上设有水流传感器；所述水压加载伺服电机用于提升或者降低常水头容器。5...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐成根，吴新云，江海涛，何奔，高鹏，吴刚，王辉剑，孙德成，李雨杰，
申请(专利权)人：中广核如东海上风力发电有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。