[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

说明书

本发明公开一种研究二维和三维渗流‑土颗粒侵蚀规律的试验装置。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；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。本发明研究二维和三维渗流‑土颗粒侵蚀规律的试验装置，能够较准确地反映土体在渗流作用下的侵蚀过程和规律。

技术领域

本发明涉及一种研究渗透破坏的试验方法以及实施该渗透破坏研究方法的试验装置，属于水利工程渗透破坏试验方法及其实验仪器领域。

背景技术

渗透是由于地下水压力不均衡形成渗流的过程，而渗透会引起砂土颗粒的运移和流失。大量的洪灾资料表明，堤基与堤身的渗流对河道堤坝的危害最大，其发生数量多、分布范围广，且易发生重大溃堤险情。为了保证堤基工程的安全，故渗透破坏问题受到了学术及工程界的普遍关注，研究堤基渗流-土颗粒侵蚀过程和规律，对预防渗流破坏与提出相应的防治措施具有重要意义。

在研究渗透破坏发生发展的过程中，当堤基下游侧存在池塘等薄弱区时，薄弱区形成出水口，四周的水流在出水口处汇聚，渗流场和土颗粒的运移流失过程均通过三维结构进行计算分析；当堤基存在缝隙或堤基薄弱处为狭长的矩形时，此时出水口为狭长的矩形，渗流场和土颗粒的运移流失过程可以通过与出水口长度方向垂直的二维结构面进行计算。针对该种由出水口形状引起的二维结构与三维结构的堤基渗透破坏室内试验研究，当今学者较少涉及。

此外，在渗流作用下，土颗粒流失过程中易形成土拱，土拱使土体的受力情况发生变化，同时影响土颗粒的运移和流失。对于堤基渗透破坏过程中土拱的形成原因和对颗粒流失的影响仍需进一步的研究。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种能够反映土体在二维和三维渗流作用下土颗粒侵蚀过程和规律的试验装置。

为达到上述目的，本发明一种研究二维和三维渗流-土颗粒侵蚀规律的试验装置，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，所述出水管上设置有流量调节阀。

进一步地，所述进水区和所述试样区可拆卸连接。

进一步地，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。