[发明专利]一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置及方法

权利要求书

1.一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，包括加压杆、承压连通平台、可视试验管、持力平台、出砂孔件和缓冲装置部分组成；

所述的承压连通平台和持力平台通过螺杆连接；所述的可视试验管的一端套接在承压连通平台外圈，在承压连通平台和加压杆杆上还预留有向试样内注水的水流通道，可视试验管和承压连通平台在加压杆作用下能相对移动，可视试验管的另一端固定连接在持力平台上，在所述的持力平台上设有与可视试验管连通的孔洞，在该孔洞内安装有连接件，在连接件内设有内槽，该内槽用于放置出砂孔件，出砂孔件内设置堵件以防止填料时砂土流出；所述的缓冲装置设置在出砂孔件的出砂侧。

2.如权利要求1所述的一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，所述的加压杆由通过螺纹连接的上部压杆与下部圆盘两部分构成；上部压杆顶部呈均质圆盘状，直接承受压力荷载，向内部试件提供试验所需的轴向压力；下部圆盘置于可视试验管内，为旋转圆盘结构；在所述下部圆盘上对称开设两个水流通道I；

进一步的，在所述上部压杆上密布刻度线；

进一步的，圆盘侧壁沿厚度设置卡槽，并设置密封圈于该卡槽内，以保证试验管路中的装置的密封性。

3.如权利要求2所述的一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，所述承压连通平台横截面为T型结构，在T型结构上对称的开设有两个水流通道II，并于水流通道II顶部出口处设置成对丝接头，方便与球阀连接。

4.如权利要求3所述的一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，所述的加压杆与承压连通平台均可旋转。

5.如权利要求1所述的一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，所述可视试验管为透明厚壁钢化玻璃构成，底部通过环形卡槽与持力平台连接，并在接口处涂抹一层密封胶。

6.如权利要求1所述的一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，所述加压杆底部与砂土体试样接触时应预先布置一块透水石。

7.如权利要求1所述的一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，所述的出砂孔件为钢制件，其内开设的梯度孔径大小按照试验要求设置，作为砂土体溃出试验管的开口；每个出砂孔件均有配套的堵头。

8.如权利要求1所述的一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，所述缓冲装置为透明有机玻璃构成，顶部与所述连接件相连，内部为空心结构。

9.如权利要求8所述的一种适用于砂土介质一维管路溃砂模拟试验装置，其特征在于，缓冲装置底部不设盖，试验中可粘贴合适大小的透明胶带遮挡飞溅物。

10.基于权利要求1-9任一所述的装置的试验方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1.连接持力平台与底座，将合适大小的出砂孔件置于中心连接件，并塞入堵头；

步骤2.将可视试验管连接至底座上，密封处理好后进行砂土体试样填料；

步骤3.将加压杆，承压连通平台套接，套密封圈，使之作为顶盖深入试验管内部，并使上下过水通道不连通；

步骤4.使用加压装置对装置进行加压，并通过刻度读出此时试件长度；

步骤5.压力稳定于设计值后用螺杆连接承压连通平台与持力平台，完成后将装置取下放于试验台架上；

步骤6.设置高速摄像机或粒子图像测速仪，记录试验过程中管内的颗粒运动过程；

步骤7.卸下装置底座，安装缓冲装置，在其底部使用透明胶带封口，留设的出口高度不超过地面半径的1/4，并于缓冲装置出口下端设置用于收集水砂溃出物的量测装置；

步骤8.于承压连通平台处安装球阀，并连接水压供给装置，旋转加压杆，使其与承压连通平台的过水通道II连通；

步骤9.打开球阀，使满足设计值的承压水进入装置内，检查装置连接状况，拔出出砂孔件处的堵头，试验开始；

步骤10.以设定的时间间隔及时更换电子秤上的量杯，并读取每次从量杯上取下时的质量。试验终止判据：缓冲装置内水砂流速下降至稳定，且前后两次称得水砂混合物质量之差＜5％；

步骤11.关闭承压连通平台顶端球阀，并对水压供给装置卸压，按顺序拆除装置各部件；

步骤12.导出试验过程监测视频，分别称得每个量杯内水、砂质量，并绘制溃出质量及流速曲线；

步骤13.选取不同的颗粒组成、出砂孔径大小、轴压大小、水压大小进行重复梯度试验，探究不同条件下的砂样溃砂启动状态及溃砂演化过程。