[发明专利]一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验装置和试验方法

说明书

本发明公开了一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验装置，包括透明模型箱，透明模型箱内设置有透明土样，透明模型箱周边分别设置有用于将透明土样固液两相以及不同粒径的接触面明显区分的平面激光诱发荧光系统、用于记录试验过程中接触冲刷发展的图像采集系统和用于测得试验试样中不同渗径长度处水头的孔压采集装置，透明模型箱的进水口和出水口连有循环供水系统。本发明还公开了一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验方法。本发明的一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验装置和试验方法，通过分析试样不同位置水力梯度的变化以及流速的变化，结合孔隙分布曲线以及直观的试验现象和图像分析以综合评估土体是否发生接触冲刷，为水利工程和岩土工程的合理设计提供依据。

技术领域

本发明涉及渗流模型试验装置和试验方法，特别涉及一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验装置和试验方法，属于岩土工程渗流试验领域。

背景技术

一般来说,地表水流的冲刷破坏比较容易发现和挽救,而地下水的渗流冲刷不易观察和发现,常被忽视,一旦出现问题,会迅速导致工程的破坏,难以补救。从国内外统计分析来看,由于渗透破坏发生事故或失事的土石坝占总数的30％～40％,而接触冲刷破坏占很大的比例。因此,接触冲刷问题越来越引起工程师和学者们的重视。接触冲刷是指渗透水流沿着两种不同粒径组成的土层层面流动而带走细颗粒的现象。上下两地层的颗粒直径悬殊越大越易发生接触冲刷。在自然界中沿两种介质界面,如坝体与坝基、土坝与涵管等接触面流动而造成的冲刷,都属于此类破坏,一般认为接触冲刷在砂砾石层与粘土层的交界面处最易发生。

在本发明专利前，中国申请发明专利“一种接触冲刷水工模型”(申请号201510108636.2)，公布了一种由透明模型箱、土样、透水钢板、顶盖、压槽、底座等组成的接触冲刷模型的试验装置和试验方法。该技术方案具有应用范围广、设备成本低、能够真实反映土石结合部接触冲刷渗透破坏等优点；但是，该试验装置仅能模拟土体与刚性介质间接触冲刷，不能模拟两种土体间接触冲刷的情况，导致装置应用面较窄。

当前，国内外学者们针对接触冲刷已开展了大量的理论、试验和数模研究，取得了大量的成果与结论。但当前接触冲刷试验研究一般基于缩尺模型，辅以相关监测手段，获得的往往是模型边界面(表观)或内部少量离散点信息，未实现真正意义上的实时观测，更无法对接触冲刷本质特征——细颗粒运移及流失规律进行动态、全息的获取。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，将透明土技术、平面激光诱发荧光技术、PFC技术以及数字图像处理技术相结合，提出一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验装置和试验方法，利用土体在渗透流体作用下的平均水力梯度和流速的变化，结合颗粒的孔隙分布曲线(CSD曲线)来判断土体是否发生接触冲刷，为水利工程和岩土工程的合理设计提供依据。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种模拟土体接触冲刷发展过程的试验装置，包括透明模型箱，所述透明模型箱内设置有透明土样，所述透明模型箱周边分别设置有用于将所述透明土样固液两相以及不同粒径的接触面明显区分的平面激光诱发荧光系统、用于记录试验过程中接触冲刷发展的图像采集系统和用于测得试验试样中不同渗径长度处水头的孔压采集装置，所述透明模型箱的进水口和出水口连有循环供水系统。

所述循环供水系统包括相连通的集水箱和循环水箱和动力装置，所述动力装置的进水处连有所述出水口，所述集水箱的出水处通过供水管与所述进水口相连，所述集水箱的下方设置有电动升降平台，所述电动升降平台与计算机相连，所述供水管内设置有流量计。

所述循环水箱内设置有微孔滤膜。

所述进水口和出水口分别设置有进水控制阀和出水控制阀。

所述透明模型箱内设置有两平行设置的透水板，所述透明土样位于所述透水板形成的空腔内，所述透水板与所述透明模型箱的端面之间形成缓冲区，靠近所述出水口一侧的所述缓冲区内设置有滤网。