[发明专利]一种渗流应力耦合下悬挂式防渗墙防渗效果模拟的试验装置和试验方法

说明书

本发明公开了一种渗流应力耦合下悬挂式防渗墙防渗效果模拟的试验装置和试验方法，该装置包括数字观测系统、水头调节系统和防渗效果模拟装置；所述的数字观测系统由透明土、CCD相机、激光器以及计算机组成；所述的水头调节系统通过供水管与透明模型箱左侧壁相连；所述透明模型箱内部的左侧设置有多层多孔板，多层多孔板的右侧放置有透明土，透明土中插入悬挂式防渗墙，悬挂式防渗墙正上方安放防渗墙升降装置；所述悬挂式防渗墙的右侧的透明土中插入工程桩，工程桩的上方放置加载板和砝码；透明模型箱的正前方安放CCD相机；透明模型箱的右侧安放激光器；本发明利用了透明土技术和计算机图像处理软件实现了渗流应力耦合作用下悬挂式防渗墙防渗效果的模拟和工程桩间土体位移的直接可视化观测，试验装置简单，可重复使用，经济可行性高。

技术领域

本发明属于水利工程试验领域，尤其涉及一种渗流应力耦合下悬挂式防渗墙防渗效果模拟的试验装置和试验方法。

背景技术

在水利工程领域，防渗墙因其结构可靠、防渗效果好、适应各类地层条件、施工简便以及造价低等优点，尤其是在处理坝基渗漏、坝后“流土”、“管涌”等渗透变形隐患问题上效果良好，在国内外得到了广泛的应用和发展。按照墙体是否插到岩基或者不透水层，可将防渗墙分为封闭式防渗墙和悬挂式防渗墙。工程中一般采用悬挂式防渗墙，因此对它的研究也就相对更多。由于水利工程往往处于渗流应力等多场耦合的复杂环境下，对其防渗效果的评估变得相当困难。若防渗墙贯入土体的深度过大，会带来工程造价的增加，导致经济上的浪费；若防渗墙贯入土体的深度不够，则会导致防渗效果不佳，甚至会酿成严重的工程事故。所以如何合理确定渗流应力耦合下防渗墙贯入深度成为工程界和学术界普遍关注的问题。

在本专利前，有关防渗墙的专利大都专注于其施工方法的发明和创新，由于土体的不透明性，鲜有涉及其防渗效果的模拟。透明土材料是利用透明颗粒与其具有相同折射率的孔隙流体配置而成的材料，因其能够与土体的具有相同的工程物理性质而在模型试验中得到了广泛的应用。利用透明土材料和计算机3图像处理软件来进行渗流应力耦合作用下防渗墙防渗效果模拟和工程桩间土体位移的可视化观测，操作方便，经济合理，是未来水利工程测试技术的发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足和缺陷，利用透明土技术和计算机图像处理软件，提出一种渗流应力耦合下悬挂式防渗墙防渗效果模拟的试验装置和试验方法，解决了多场复杂环境下悬挂式防渗墙防渗效果难以评估以及桩间土体位移难以测量的难题，该试验装置不仅提高了科研效率，还可以作为教学仪器使用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种渗流应力耦合下悬挂式防渗墙防渗效果模拟的试验装置，该装置包括数字观测系统、水头调节系统和防渗效果模拟装置，其特征在于：所述的数字观测系统由透明土、CCD相机、激光器以及计算机组成，所述的水头调节系统通过供水管与透明模型箱左侧壁相连，所述透明模型箱内部的左侧设置有多层多孔板，多层多孔板的右侧放置有透明土，透明土中插入悬挂式防渗墙，悬挂式防渗墙正上方安放防渗墙升降装置，所述悬挂式防渗墙的右侧的透明土中插入工程桩，工程桩的上方放置加载板和砝码，透明模型箱的正前方安放CCD相机，透明模型箱的右侧安放激光器，利用激光器在透明土中形成散斑场，设置悬挂式防渗墙贯入透明土一定深度，通过CCD相机对渗流应力耦合下的透明土进行连续拍摄，后借助计算机图像处理软件对所得的散斑场进行分析，从而模拟了渗流应力耦合下悬挂式防渗墙的防渗效果。

优选的，所述的悬挂式防渗墙正上方安放防渗墙升降装置，所述的防渗墙升降装置与计算机相连，可控制悬挂式防渗墙贯入土体的深度。

优选的，所述的防渗墙升降装置中设置红外线测距仪，以校核悬挂式防渗墙贯入土体的深度。

优选的，所述的透明模型箱的侧壁间隔布置测压管，用以监测试验过程土体中测压管水头的变化。

优选的，所述的悬挂式防渗墙为长方体形的有机钢化玻璃板；