一种研究土体渗透性破坏现象的试验方法及其试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种研究土体渗透性破坏现象的试验方法及其试验装置，其通过改变对土体 试样施加随时间变化的水头差以发生渗透性破坏，同时在土体试样中埋设多个孔隙水压力测 量装置、土压力测量装置以测量对应水头差下相应位点处的孔隙水压力和土压力，即可获得 孔隙水压力-时间以及土压力-时间变化曲线，另外，在土体试样渗流下游设置流量计以测量 不同水头差下的渗出流量，在土体试样中设置土体竖向位移测量装置以测定土体竖向位移， 从而绘制出渗出流量-水力梯度曲线，因此，按照本发明专利技术提供的试验方法，通过采用本发明专利技术提 供的测量装置，可以较为全面地表征土体渗透性破坏现象的整个发生发展过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种研究土体渗透性破坏现象的试验方法以及实施该土体渗透性破坏现象研 究方法的试验装置，属于土体渗透性破坏实验方法及其实验仪器领域。
技术介绍
渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类 一是由于渗流力的作用，使土体颗粒流失或局 部土体产生移动，导致土体变形甚至失稳；二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化， 导致土体或结构物失稳；前者主要表现为流土和管涌，后者则表现为岸坡滑动或挡土墙等构 筑物整体失稳。目前研究表明，管涌是渗透水流作用下，细小颗粒在粗颗粒形成的孔隙中逐步移动，以 至流失的过程。伴随着细颗粒的不断流出，管涌发生发展过程中土体内的孔隙水压力、土压 力、土体位移及渗出流量都在发生着变化，因此，通过观测土体试样各部分的颗粒运动以及 各参数的变化情况可以更好地了解管涌的发生与发展过程，但是，现有技术中， 一般采用量 测管涌发生时临界水力梯度的方法来研究管涌的发生与发展，而JH如前面所述，管涌破坏一 般有个时间发展过程，是一种渐进性质的破坏，即管涌是一个动态的过程，在管涌的发展过 程中，随着细小颗粒的流失，土体将呈现非均质、各向异性等性质，同时，土体中的流速与 孔隙水压力也会重新分布，因此，应用测量临界水力梯度的传统管涌试验方法，不能全面地 探测管涌发展过程中涉及的所有参数的变化。另外，目前公知的室内管涌实验观测仪器一般为窄形槽，尺寸较小，且一般用肉眼观测 记录数据，所以，这种试验设备显然存在以下不足(1)管涌的发生发展过程是三维的，窄 形槽模拟管涌过程与实际情况出入很大；(2)管涌的室内实验受尺寸效应的影响很大，尺寸 越小，尺寸效应越明显，造成的误差也越大；(3)目前大多数的此类实验仪器不能测量管涌 发展过程中不同垂直荷载下的竖向位移，而且实验中能测量得到的参数种类也较少，很难全 面地测量管涌发生发展过程中土体内各部分的水力参数与结构参数的变化；(4)数据利用人 工记录的方法，精度不高。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种研究土体渗透性破坏现象的试验方法，其通过设 置多个探测探头以分别测定土体试样内不同位点在不同的水头差下的水力参数及结构参数-土体竖向位移、孔隙水压力、土压力以及渗出流量，然后将这些数据收集分析后获得试样土 体内多个位点处的水力梯度-时间、孔隙水压力-时间、土压力-时间以及渗出流量-水力梯度 四条变化曲线，从而可以较为全面地表征整个土体渗透性破坏现象的发生发展过程。 根据以上的技术目的，本专利技术将采取以下的技术方案一种研究土体渗透性破坏现象的试验方法，包括以下步骤(1)试验前准备以及水力梯 度的预设将土体试样置于土体容纳箱内，并对该土体试样施加可使其发生渗透性破坏现象 的水头差，通过改变前述水头差以获取渗透性破坏现象发生所需的水力梯度；(2)渗透性破 坏现象表征参数的选择将土体竖向位移、孔隙水压力、土压力以及渗出流量这些参数选定 为本试验研究渗透性破坏现象的表征参数；(3)渗透性破坏现象表征参数的测定在土体试 样中不同位点处设置水压力测量装置和土压力测量装置以分别测量第(1)步骤中每一个水头 差对应的相应位点处的孔隙水压力和土压力，另外应用竖向位移测量装置测量土体竖向位移， 同时，在土体容纳箱渗出水流的下游设置流量计以测定渗出流量；(4)表征参数的记录、分 析以及变化曲线的制作记录第(1)、 (3)步骤所测量的数据，并对其进行数据分析，而后 分别作出水力梯度-时间以及每一个对应位点处的孔隙水压力-时间、土压力-时间以及渗出流 量-水力梯度四条变化曲线，从而对渗透性破坏现象的发生发展过程进行表征。在进行第(3)步骤前，还需要应用纵向负荷输出装置对土体试样施加纵向负荷，同时采 用荷重测量装置测量该纵向负荷。本试验方法通过保持土体容纳箱出水口水头不变、分级提高土体容纳箱入水口水头，以 给土体试样施加不同的水力梯度。所述的水压力测量装置、土压力测量装置、荷重测量装置以及竖向位移测量装置分别为 水压力传感器、土压力传感器、竖向位移传感器和荷重传感器，同时运用数据采集装置自动 记录竖向位移、孔隙水压力、土压力以及渗出流量，接着将这些数据输入计算机数据处理装 置进行分析，然后分别输出水力梯度-时间、孔隙水压力-时间、土压力-时间以及渗出流量-水力梯度四条变化曲线。该试验方法还包括分析颗粒的运动轨迹，其采用图像采集装置拍摄颗粒的分布情况，连 续记录渗透性破坏现象发生发展过程中颗粒的流失，接着通过数据采集装置输入计算机数据 处理装置进行分析，然后结合水力梯度-时间、孔隙水压力-时间、土压力-时间以及渗出流量 -水力梯度四条变化曲线，对渗透性破坏现象发生发展过程进行微观模拟。根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果1.本专利技术所提供的土体渗透性破坏现象的试验方法，通过在试样土体中不同位点处设置探测探头以分别反馈对应位点处的竖向位移、孔隙水压力、土压力以及渗出流量这些水力参 数或者结构参数，通过改变水头差获得水力梯度，并将这些数据整理分析，以获得水力梯度-时间以及相应位点处孔隙水压力-时间、土压力-时间以及渗出流量-水力梯度四条变化曲线， 从而可以较为全面地对该土体渗透性破坏现象进行表征；2. 本专利技术通过纵向负荷输出装置对土体试样施加不同的纵向负荷，同时设置荷重测量装 置以测定该纵向负荷，从而可以针对不同的垂直负载，获得土体试样渗透性破坏现象发生发 展过程中的水力梯度-时间以及相应位点处孔隙水压力-时间、土压力-时间以及渗出流量-水 力梯度四条变化曲线，保证本专利技术的试验方案可以应用于不同垂直负载下的土体渗透性破坏 现象研究。3. 本专利技术所提供的试验方法还通过采用图像采集装置拍摄整个土体渗透性破坏现象发 生发展过程中土体颗粒的运动过程，将其输入计算机，通过特定程序，分析出土体颗粒的运 动轨迹，然后结合相应的水力梯度-时间以及相应位点处孔隙水压力-时间、土压力-时间以及 渗出流量-水力梯度四条变化曲线，可以在计算机中较为真实地模拟整个土体渗透性破坏现象 发生发展过程。4. 本专利技术测定的所有数据均通过数据采集装置自动采集，因此，可以准确地接收探测探 头所反馈的数据，避免了现有技术中人工记录所造成的精度较低情况的发生，即从数据源头 上保证了本专利技术可以真实地模拟整个土体渗透性破坏现象发生发展过程。本专利技术的另一个专利技术目的是提供一种可以实施上述试验方法的试验装置，其包括上游贮 水箱、用于盛放土体试样的土体容纳箱以及下游贮水箱，所述上游贮水箱上连接驱动其发生 垂直位移的驱动控制装置，所述上游贮水箱和土体容纳箱之间连接有进水箱，且该进水箱上 设置有用于测量上游贮水箱和进水箱之间水头差的水头指示管，而土体容纳箱和下游贮水箱 之间则设置用于测量渗出流量的流量计，所述土体容纳箱顶板设置可纵向移动的活动盖板， 且该活动盖板上安装有用于测量土体试样竖向位移的竖向位移测量装置，另外，所述土体容 纳箱内表面装有分别用于测量渗透性破坏现象发展过程中孔隙水压力的水压力测量装置和用 于测量土压力的土压力测量装置。所述活动盖板上表面与纵向负荷输出装置的输出端联动连接，且纵向负荷输出装置的输出 端与活动盖板之间设置用于测量该纵向负荷输出装置所输出竖向负荷的荷重测量装置所述荷重测量装置、水压力测量装置以及土压力测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种研究土体渗透性破坏现象的试验方法，其特征在于：　（１）试验前准备以及水力梯度的预设　将土体试样置于土体容纳箱内，并对该土体试样施加可使其发生渗透性破坏现象的水头差，通过改变前述水头差以获取渗透性破坏现象发生所需的水力梯度；　 　（２）渗透性破坏现象表征参数的选择　将土体竖向位移、孔隙水压力、土压力以及渗出流量这些参数选定为本试验研究渗透性破坏现象的表征参数；　（３）渗透性破坏现象表征参数的测定　在土体试样中不同位点处设置水压力测量装置和土压力测量装置以 分别测量第（１）步骤中每一个水头差对应的相应位点处的孔隙水压力和土压力，另外应用竖向位移测量装置测量土体竖向位移，同时，在土体容纳箱渗出水流的下游设置流量计以测定渗出流量；　（４）表征参数的记录、分析以及变化曲线的制作　记录第（１） 、（３）步骤所测量的数据，并对其进行数据分析，而后分别作出水力梯度－时间以及每一个对应位点处的孔隙水压力时间、土压力－时间以及渗出流量－水力梯度四条变化曲线，从而对渗透性破坏现象的发生发展过程进行表征。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亮，梁越，陈建生，
申请(专利权)人：陈亮，梁越，陈建生，
类型：发明
国别省市：84