[发明专利]研究二维和三维渗流-土颗粒侵蚀规律的试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种研究二维和三维渗流-土颗粒侵蚀规律的试验装置，其特征在于，包括钢支架、设置在钢支架上的试验箱、设置在试验箱内的隔砂网以及用于向试验箱加水的智能水头；所述隔砂网沿水平方向设置在试验箱内、将所述试验箱分为上部的进水区和下部的试样区；所述试验箱的底部设有出水口；

所述试验箱对应试样区的侧壁上设置有若干水压力传感器，各所述水压力传感器与一计算机终端通讯连接。

2.根据权利要求1所述的研究二维和三维渗流-土颗粒侵蚀规律的试验装置，其特征在于，所述智能水头包括水箱和用于控制水箱升降的升降装置，所述水箱的底部设置有出水管，所述出水管的出水口与所述试验箱的进水区相对应；

所述升降装置包括支撑架、驱动电机、沿竖直方向间隔预定距离绕设在支撑架上的第一定滑轮和第二定滑轮，所述第一定滑轮和第二定滑轮之间设置有传送带，所述水箱设置在所述传送带上随着传送带升降；所述驱动电机的输出轴通过传动机构与所述第一定滑轮传动连接、驱动所述第一定滑轮转动。

3.根据权利要求1所述的研究二维和三维渗流-土颗粒侵蚀规律的试验装置，其特征在于，所述出水口处设置有用于检测涌水量的第一流量测量装置和用于检测涌砂子量的第二流量检测装置，所述出水口的下方还设置有承砂盘。

4.根据权利要求1所述的研究二维和三维渗流-土颗粒侵蚀规律的试验装置，其特征在于，所述试验箱的底部呈V字型，所述出水口设置在V字型的底端；

或所述试验箱的底部呈四棱锥形，所述出水口设置在锥顶处。

5.根据权利要求1所述的研究二维和三维渗流-土颗粒侵蚀规律的试验装置，其特征在于，还包括用于观察试样区内土体侵蚀过程中土拱形成和破坏的显微镜和摄像机；所述试验箱为透明材质。

6.根据权利要求2所述的研究二维和三维渗流-土颗粒侵蚀规律的试验装置，其特征在于，所述出水管上设置有流量调节阀。

7.根据权利要求1所述的研究二维和三维渗流-土颗粒侵蚀规律的试验装置，其特征在于，所述进水区和所述试样区可拆卸连接。

8.根据权利要求1所述的研究二维和三维渗流-土颗粒侵蚀规律的试验装置，其特征在于，所述钢支架与所述箱体底部对应位置呈斜坡状，所述斜坡与所述箱体接触的位置设置有防滑橡胶垫。

9.一种研究二维和三维渗流-土颗粒侵蚀规律的试验方法，其特征在于，包括使用权利要求1-8所述的任意一项研究二维和三维渗流-土颗粒侵蚀规律的试验装置，步骤如下：

(1)、将试验箱体固定在钢支架上，向试样区中填筑土样，并将进水区与试样区之间通过密封胶及螺栓密封连接；开启智能水头向试验箱内加水，使土样缓慢饱和直至完全排除土样中的空气；

(2)、开启升降装置使水箱上升或下降，以向试验箱体内施加随时间变化的水头差，使水流经进水管进入进水区和试样区，以在试样区土体内形成渗流场；

(3)、利用水压力传感器采集土样内不同位置的水头数据；同时收集和量测出水口的涌砂量和涌水量；并利用显微观测装置，观察记录土样内颗粒流失和土拱形成及破坏过程；

(4)、对试样区内的土体进行分层揭示，得出土颗粒的流失区域和范围，同时对测得的水头、流量和涌砂量进行数据分析，得出渗流-土颗粒侵蚀的规律和整个过程；

(5)、改变出水口形状，重复步骤(1)-(4)进行试验，通过对比分析各试验数据得到二维和三维结构土颗粒在渗流作用下侵蚀规律的差别。