[发明专利]地下管线破损引起的渗流侵蚀模型装置、系统及试验方法

说明书

本发明公开一种地下管线破损引起的渗流侵蚀模型装置、系统及试验方法，所述模型装置主要由开有破损口的圆管、中间土槽、两侧水槽及一些测量设备构成，水槽与土槽之间通过透水板隔开。破损口一旦打开，渗流侵蚀便在中间土槽中发生，两侧水槽的侧面按高度设置多个溢流孔，通过底部进水口的补充进水和溢流孔的溢流控制水槽水位，以此改变土体的水位条件。过程中可进行水土流失量、地表沉降、侵蚀面积变化等多个参数的测量。破损口一旦再次堵上，侵蚀停止，试验结束。本发明可利用现有的技术，模拟地下水入渗、地表加荷、循环动荷载、水位变化等各种工况下地下渗流侵蚀乃至地表塌陷过程，为系统全面研究地下管线破损引起的路面侵蚀塌陷奠定技术基础。

技术领域

本发明涉及研究地下渗流侵蚀规律及城市地面塌陷的综合试验模型装置和试验方法，属于土体渗透破坏研究的模型试验仪器领域。

背景技术

随着我国城市道路建设的快速发展和车辆的增加，路面荷载越来越大，近年来，发生路面塌陷的事故也猛然增加。通过调查研究发现，地下管线破损是引起路面塌陷的最主要因素。破损管线为地下水的渗流提供了新的路径出口，引发的侵蚀性水土流失会导致管线周围土体松弛，继而产生空洞，在交通荷载的作用下这些空洞不断发展扩大，最终发生塌陷事故。

而我国城市地下管线已建成有数百万公里。这些管线大量埋设，且错综复杂，给路面塌陷事故带来了巨大隐患。我国管线多建成于上世纪六七十年代，如今已走过近50年，多数管线开始达到龄期而老化破损。我国出现路面塌陷事故才刚刚开始，相关研究也处于起步阶段，已有的研究渗流侵蚀导致的地面塌陷机理的相关试验装置很少，且有很多的不足。而物理模型试验是研究实际工程问题常用的手段。

在本发明之前，中国专利申请CN 106018736 A公开了一种管道渗漏引发地面塌陷的试验装置，用于研究有内水压管道破损时的渗漏试验，但其研究的对象是有压管道，土层中并无地下水，发生的管道破损渗漏也不属于渗流侵蚀的范畴，研究的工程背景有其局限性，同时此装置未对路面塌陷进行相关参数测量，水土流失量也没有称量，试验数据不够准确。

因此，需要发明一种地下管线破损引起的渗流侵蚀模型装置及试验方法，能够模拟不同土质条件、地下水位形式、管道破损特征和地面荷载条件等各种工况，为系统研究无压管道破损引起的地下水入渗侵蚀过程及地面塌陷机理奠定基础。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可模拟地下管线破损引起的渗流侵蚀模型装置、系统及试验方法，可以模拟不同土质条件、地下水位形式、管道破损特征和地面荷载条件等各种工况，系统研究管道破损引起的渗流侵蚀过程及地面塌陷机理，为解决城市地面塌陷问题提供理论依据。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种地下管线破损引起的渗流侵蚀模型装置，其特征在于：包括发生渗流侵蚀试验的有机玻璃材质的土槽，两个用于控制地下水位的水槽，模拟破损管线的具有破损口的圆管，两块透水板；

所述土槽中可装填不同性质的土样；

两个水槽分别位于所述土槽的两侧，且所述水槽的底部均有带阀门的进水口，通过所述阀门来控制进水量，水槽壁按高度处设有若干溢流孔，通过打开不同高度处的溢流孔来控制恒定地下水位；

所述土槽与两个水槽之间分别各设置一个透水板；所述透水板上开设有孔洞，所述孔洞都被透水石填充，以保证水槽与土槽间只有水的交换；

所述土槽背面开有一圆孔，开孔位于后槽壁的底端中部，且开孔与圆管直径相当，所述圆管通过所述开孔可插入安装在土槽的底部；所述圆管一端封闭，从此端插入所述开孔中，所述圆管的另一端开放，此开放端用于流出水土并收集；

所述圆管上开设有一破损口；试验开始前，所述破损口由一个与其尺寸相同的橡胶条堵住；试验开始时，将橡胶条拔出，所述破损口被打开，侵蚀在土槽中发生；试验结束后，再用橡胶条堵上所述破损口，以停止渗流。