【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土工程测试，特别涉及一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置及方法。
技术介绍
1、渗流侵蚀是指土壤中细颗粒在粗颗粒所形成的骨架中迁移流失。地基土在暴雨等诱发的强渗流作用下易发生渗流破坏，进而导致软弱土特性劣化。渗透破坏主要包括：流土、管涌、接触流土和接触冲刷四种类型。众多学者研究发现，渗流侵蚀主要受到几何条件、应力历史和水力条件三个因素影响。
2、在过往的渗透侵蚀研究过程中，通常采用室内试验来研究渗流侵蚀。现有对渗流侵蚀过程土壤内部结构的分析方法通常采用ct或x射线来分析土壤的渗蚀过程，但该方法仅对渗蚀前与渗蚀后两个阶段进行扫描分析，无法对渗流侵蚀过程中颗粒的位移和速度进行实时准确的监测。且现有常见的渗透侵蚀试验装置可以实现完全侧限条件下的一维渗流试验，进而测试简单应力条件下土体的渗透系数及临界水力梯度，但无法考虑三轴应力加载条件下，土样内部的渗流侵蚀。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置及方法，以解决现有技术中无法考虑三轴应力加载条件下，土样内部的渗流侵蚀的问题。
2、本专利技术具体提供如下技术方案：一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置，包括：
3、压力仓，由透明材料构成，其内设置固定机构，所述固定机构用于固定透明土试样，且在所述压力仓底部设置出水槽；
4、渗流腔，设置在压力仓内，所述渗流腔内一端设置有液压仓，用于对所述透明土试样周向施加围压；
6、渗流机构，与所述渗流腔通过进水管连通，用于调节透明土试样上表面受到的渗流水压；
7、激光发射机构，设置在压力仓的侧面，用于向透明土试样发射面状激光，对透明土试样切成透明土散斑场；
8、图像处理机构，记录土散斑场的变化，计算获得颗粒位移的粒子速度和位移场。
9、优选的，所述固定机构包括：
10、上固定部，与所述透明土试样顶部抵接；
11、下固定部，底部与压力仓底壁固定连接，在所述下固定部和上固定部之间装设所述透明土试样；
12、其中，所述上固定部和下固定部均为滤网，且所述滤网的面积大于透明土试样的水平横截面积，且所述下固定部的滤网孔径大于被侵蚀的透明土试样颗粒，所述上固定部的滤网上方还设置有滤水石。
13、优选的，所述竖向加载机构包括：
14、压力机，设置在所述压力仓顶部；
15、压杆，与所述压力机的输出端连接，所述压杆上连接有位移传感器，用于测量压杆的下压行程；
16、固定螺栓，用于固定所述压杆；
17、压板，顶端与所述压杆连接，底端与所述上固定部抵接。
18、优选的，所述出水槽底部通过出水阀门连接有出水管。
19、优选的，所述透明土试样的外周面覆盖围压流体，所述液压仓内设置有材质为透明硅油的介质，且所述液压仓上设置有压力活塞，所述压力活塞用于对围压流体加压，在满足不同压力时对透明土试样进行固结。
20、优选的，所述渗流机构包括：
21、水压仓，其底部连接有进水管；
22、气压管，一端伸入所述水压仓内，另一端连接气压控制装置，用于调节透明土试样上表面受到的渗流水压。
23、优选的，所述激光发射机构包括激光发射器和激光转换器，所述激光发射器和所述激光转换器设于所述渗透装置的侧面，所述激光发射器和所述激光转换器用于发射面状激光。
24、优选的，所述图像处理机构包括：
25、高速相机，正对于所述渗流腔，所述高速相机301采用高分辨率的工业相机进行实时拍摄；
26、图像分析器，用于处理所获不同灰度的粒子图像，并进行互相关分析，得到颗粒速度信息，获得粒子位置信息。
27、优选的，图像处理机构计算获得颗粒位移的粒子速度和位移场的具体表达式为：
28、
29、
30、
31、xi(t+δt)≈xi(t)+u(xi，yi，zi)δt
32、yi(t+δt)≈yi(t)+v(xi，yi，zi)δt
33、zi(t+δt)≈zi(t)+wxi，yi，ziδt
34、其中，xi，yi和zi分别表示粒子i的位置坐标，u、v和w分别表示速度场u的三个方向上的分量。
35、优选的，本专利技术还包括一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验方法，使用所述的观测渗流侵蚀颗粒位移的实验装置，包括如下步骤：
36、采用透明材料构建所述压力仓，以及在所述压力仓内设置固定机构与竖向加载机构；
37、制备透明土试样，并将其用固定机构进行固定；
38、通过液压仓对透明土试样的四周施加围压，并通过竖向加载机构对透明土试样施加轴向应力，保持透明土试样内的压力恒定；
39、开启出水阀门开关，经进水管向渗流腔内注水，对透明土试样施加水压，使透明土试样经受水流的渗流侵蚀；
40、开启激光发射器，由激光发射器所发出的单束激光经激光转换器转换为面状光束，对透明土层切形成透明土散斑场；
41、使用高速相机持续记录透明土散斑场的变化，将每一帧的透明土散斑场图像传输至图像分析器，并利用互相关原理处理图像，通过计算得到粒子速度和位移场。
42、与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
43、本专利技术通过竖向加载机构、渗流机构和液压仓的共同作用下，能够在三轴应力状态下对土样进行各向异性固结，同时可以控制变化的水力梯度对透明土试样进行渗流侵蚀；通过激光发射系统和图像处理系统对三轴应力条件下透明土试样渗流侵蚀过程中土颗粒位移进行实时观测。
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1.一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置，其特征在于，所述固定机构包括：
3.如权利要求1所述的一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置，其特征在于，所述竖向加载机构(4)包括：
4.如权利要求1所述的一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置，其特征在于，所述出水槽(101)底部通过出水阀门(102)连接有出水管(103)。
5.如权利要求1所述的一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置，其特征在于，所述透明土试样(3)的外周面覆盖围压流体(25)，所述液压仓(23)内设置有材质为透明硅油的介质，且所述液压仓(23)上设置有压力活塞(24)，所述压力活塞(24)用于对围压流体(25)加压，在满足不同压力时对透明土试样(3)进行固结。
6.如权利要求1所述的一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置，其特征在于，所述渗流机构(5)包括：
7.如权利要求1所述的一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置，其特征在于，所述激光发射机构(200)包括激光发射器(201)和激光
8.如权利要求1所述的一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置，其特征在于，所述图像处理机构(300)包括：
9.如权利要求1所述的一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置，其特征在于，图像处理机构(300)计算获得颗粒位移的粒子速度和位移场的具体表达式为：
10.一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验方法，其特征在于，使用权利要求1-9中任一项所述的观测渗流侵蚀颗粒位移的实验装置，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置，其特征在于，所述固定机构包括：
3.如权利要求1所述的一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置，其特征在于，所述竖向加载机构(4)包括：
4.如权利要求1所述的一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置，其特征在于，所述出水槽(101)底部通过出水阀门(102)连接有出水管(103)。
5.如权利要求1所述的一种观测渗流侵蚀颗粒位移的试验装置，其特征在于，所述透明土试样(3)的外周面覆盖围压流体(25)，所述液压仓(23)内设置有材质为透明硅油的介质，且所述液压仓(23)上设置有压力活塞(24)，所述压力活塞(24)用于对围压流体(25)加压，在满足不同压力时对透明土试样(3)进行固结。
6.如权利要求1所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗伟洪，付祖南，王东华，裴银生，景建国，俞超，潘坤，胡正，史吏，戴龙海，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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