模拟渗流-潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种模拟渗流

【技术实现步骤摘要】
模拟渗流
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潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置及方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程
，尤其涉及一种模拟渗流
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潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置及方法。

技术介绍

[0002]现有研究表明，我国频发的堆积层滑坡无不与降雨直接相关，堆积层滑坡灾害90％以上发生在雨季。堆积层滑坡形成与堆积层饱水软化和渗透力密切相关，已为研究者所认识，而降雨入渗引起的堆积层内发生的渗流
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潜蚀效应对滑坡具有重要的触发作用也逐渐开始引起了研究者的关注，但尚不成熟。同时，非饱和粗粒土在渗流过程中发生的基质吸力变化将影响到土体力学特征，而目前，关于粗粒土土水特征的研究还很匮乏，因此，开展粗粒土土水特征、渗流
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潜蚀效应及非饱和状态下土体力学特征的研究具有重要的理论和现实意义。
[0003]尽管目前研究土体渗流
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潜蚀效应对土体力学特征影响的设备已有一些，但大都针对的是颗粒较小的砂土，因此，试样的尺寸较小，并不适合颗粒分布宽泛的堆积土，而且，这些设备不具备开展非饱和力学特征试验的功能，不能通过简单的扩大设备尺寸达到研究渗流
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潜蚀效应及非饱和状态对粗粒土力学特征影响的目的。因此，有必要研制针对宽级配粗粒土的制样设备，在制样的同时，可以首先进行土水特征试验和渗流
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潜蚀试验。

技术实现思路

[0004]为了解决现有试验设备不能同时研究宽级配粗粒土非饱和力学特征和渗流
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潜蚀效应的弊端，一方面，本专利技术提供了一种模拟渗流
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潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，包括制样器、供水系统、土水分离器和渗流水收集系统，所述制样器用于装填土样，所述供水系统与所述制样器连通用于在制样时提供水源以形成渗流
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潜蚀作用环境，所述制样器的底部设置有粗粒土隔离盘，所述粗粒土隔离盘底部依次连接有所述土水分离器和所述渗流水收集系统，所述制样器还连接有用于调节所述制样器倾斜角度的调节支架。
[0005]进一步地，所述制样器由透明有机玻璃制成，所述制样器上设置有多个用于安装张力计的通孔，各所述通孔沿所述制样器的中部在不同高度设置。
[0006]进一步地，所述供水系统包括试样帽、供水水源以及供水管路，所述试样帽位于所述制样器内且底部与所述制样器内的土样顶端接触，所述试样帽通过所述供水管路与所述供水水源连接；所述供水管路上还连接有流量监测器，所述供水水源还连接有水压监测器。
[0007]进一步地，所述试样帽包括基板，所述基板上设置有与所述供水管路连通的进水口，所述基板上开设有与所述进水口连通的进水主通道，所述基板上还开设有多个与所述进水主通道连通的供水通道。
[0008]进一步地，所述土水分离器包括土颗粒收集器、过滤组件和渗流水集中器，所述土颗粒收集器与所述粗粒土隔离盘连接，所述渗流水集中器与所述土颗粒收集器连接，所述土颗粒收集器和所述渗流水集中器之间设置有所述过滤组件。
[0009]进一步地，所述土颗粒收集器包括壳体，所述壳体内设置有多个横向隔断和多个竖向隔断将壳体分隔成多个区域。
[0010]进一步地，所述粗粒土隔离盘或所述土水分离器上设置有注水口。
[0011]进一步地，所述调节支架包括升降机构和环抱器，所述环抱器套设在所述制样器外侧，所述升降机构的输出端与所述环抱器铰接，所述升降机构的底部设置有锁止万向轮。
[0012]进一步地，所述渗流水收集系统包括储水筒和渗流水管路，所述渗流水管路的一端与所述土水分离器的出水端连接，另一端与所述储水筒连接；所述渗流水管路上连接有水压监测器和流量监测器。
[0013]另一方面，本专利技术还提供了一种如上所述的模拟渗流
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潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置的试验方法，所述试验方法包括如下步骤：
[0014]步骤一：将制样器竖直放置并在内部套设橡胶膜，将土样分为若干份，将各土样依次装入制样器中并击实，装样过程中，在制样器多个对应位置安装张力计，装样完毕后，在土样顶端连接好供水系统；
[0015]步骤二：通过调节支架调整制样器至设定倾斜角度，在渗流
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潜蚀试验开始前，向粗粒土隔离盘以及土水分离器内注水，保持粗粒土隔离盘和土水分离器的内部孔隙全部充满水；
[0016]步骤三：开启供水系统开始向土样注水，试验过程中保持水头恒定，同时测定供水系统水流流量；水入渗过程中，通过张力计实时监测土样中基质吸力的变化，当多个传感器的基质吸力值均增加到0时，说明土样基本饱和，根据此过程中的读数得到土样非饱和渗流过程中的土水特征曲线；
[0017]步骤四：试样完全饱和后，继续保持试样顶部水头在一定值，使得水持续流经土样内部，形成对细颗粒土的潜蚀作用，待渗流
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潜蚀时间达到设定值后，关闭供水系统和渗流水收集系统的阀门，渗流
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潜蚀试验完成，在试验过程中，实时监测供水系统的水流量以及渗流水收集系统的水压和水流量，得到渗流
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潜蚀过程中土样渗透系数的变化；
[0018]步骤五：调整调节支架使得制样器呈水平放置，卸掉制样器上的试样帽以及制样器底部的土水分离器和粗粒土隔离盘；将土水分离器中的水全部收集至渗流水收集系统中，将土水分离器中的细粒土烘干并称重，即可得到土样的潜蚀量。
[0019]本专利技术提供的模拟渗流
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潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置的工作原理是，将宽级配粗粒土装填至内部套有橡胶膜的制样器中，本申请中制样装置适用的土样的土颗粒直径为0.001mm～60mm，在制样器上设置多个张力计，在土样顶端放置连接有供水管路的试样帽，通过调节支架调整试样器至设定的倾斜角度，继而使得土样倾斜至设定角度，打开供水系统，水由试样顶部开始向底部入渗，随着土样饱和度的变化，土样由非饱和状态转化为饱和状态，此过程中可以监测土样的土水特征，进而得到土样非饱和渗流过程中的土水特征曲线；土样饱和后，供水系统持续供水至设定时长，渗流水流速在达到最大渗透速度后，土样中的细颗粒将被持续潜蚀，渗流
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潜蚀试验停止后，启动调节支架使得试样器呈水平放置，卸掉供水系统、土水分离器以及粗粒土隔离盘，将装填有土样的制样器移动至三轴设备处装样进行三轴力学特征试验。
[0020]本专利技术由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0021]1)本专利技术提供的制样装置可先进行土样的非饱和渗流试验，然后继续进行一定时
长的渗流
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潜蚀试验，将供水系统、土水分离器以及粗粒土隔离盘卸掉后，可以直接装样至三轴设备处进行三轴力学特征试验，满足不同的试验需求，适用性广，实用性强；
[0022]2)本专利技术提供的制样装置，制样器的倾斜角度可调节，可以通过控制宽级配粗粒土渗流
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潜蚀的水力梯度、渗流时间、渗流通道、潜蚀时间等因素，系统地研究不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟渗流
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潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，其特征在于，包括制样器、供水系统、土水分离器和渗流水收集系统，所述制样器用于装填土样，所述供水系统与所述制样器连通用于在制样时提供水源以形成渗流
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潜蚀作用环境，所述制样器的底部设置有粗粒土隔离盘，所述粗粒土隔离盘底部依次连接有所述土水分离器和所述渗流水收集系统，所述制样器还连接有用于调节所述制样器倾斜角度的调节支架。2.根据权利要求1所述的模拟渗流
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潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，其特征在于，所述制样器由透明有机玻璃制成，所述制样器上设置有多个用于安装张力计的通孔，各所述通孔沿所述制样器的中部在不同高度设置。3.根据权利要求1所述的模拟渗流
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潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，其特征在于，所述供水系统包括试样帽、供水水源以及供水管路，所述试样帽位于所述制样器内且底部与所述制样器内的土样顶端接触，所述试样帽通过所述供水管路与所述供水水源连接；所述供水管路上还连接有流量监测器，所述供水水源还连接有水压监测器。4.根据权利要求3所述的模拟渗流
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潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，其特征在于，所述试样帽包括基板，所述基板上设置有与所述供水管路连通的进水口，所述基板上开设有与所述进水口连通的进水主通道，所述基板上还开设有多个与所述进水主通道连通的供水通道。5.根据权利要求1所述的模拟渗流
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潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，其特征在于，所述土水分离器包括土颗粒收集器、过滤组件和渗流水集中器，所述土颗粒收集器与所述粗粒土隔离盘连接，所述渗流水集中器与所述土颗粒收集器连接，所述土颗粒收集器和所述渗流水集中器之间设置有所述过滤组件。6.根据权利要求5所述的模拟渗流
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潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，其特征在于，所述土颗粒收集器包括壳体，所述壳体内设置有多个横向隔断和多个竖向隔断将壳体分隔成多个区域。7.根据权利要求1所述的模拟渗流
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潜蚀及测量水土特征的粗粒土制样装置，其特征在于，所述粗粒土隔离盘或所述土水分离器上设置有注水口。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑，张宇，陈善雄，姜领发，
申请(专利权)人：张宇，
类型：发明
国别省市：