[发明专利]一种离心机模拟旱涝急转工况分析裂缝渗流的试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种离心机模拟旱涝急转工况分析裂缝渗流的试验装置及试验方法，装置包括模型箱、干旱模拟系统、降雨模拟系统、图像采集装置、工况切换系统；模型箱内填筑有坝体模型，坝体模型上埋设有多组传感器，用于采集坝体模型埋设点处的土壤水分、基质吸力、孔隙水压力；干旱模拟系统，用于进行加热失水，实现坝体模型的干旱模拟；降雨模拟系统，用于提供水源进行喷水，实现坝体模型的降雨模拟；工况切换系统，用于获取采集的坝体模型的图像信息，对图像中坝体模型的裂缝进行识别分析裂缝扩展情况，并根据裂缝扩展情况，判断是否将干旱工况切换为降雨工况，根据判断结果，发出信号控制干旱模拟系统、降雨模拟系统工作或停止工作。

技术领域

本发明属于土工离心试验研究坝体防护技术领域，具体涉及一种离心机模拟旱涝急转工况分析裂缝渗流的试验装置及试验方法。

背景技术

长时间的干旱导致土体失水收缩产生裂缝，尤其在全球变暖、城市热岛效应和旱涝灾害日渐频繁发生的背景下，土体开裂现象日趋普遍。作为坝体防渗体系的重要组成部分，粘质土体（铺盖、斜墙等）的防渗性能关乎大坝渗流安全，而粘质土相对较脆弱，在干旱过程中铺盖及斜墙往往裸露于外，持续干旱中会出现裂缝，裂缝的产生破坏了防渗体的完整性，尤其对于厚度较薄的铺盖，在大旱中会有被裂缝贯穿的威胁，随后遭遇旱涝急转工况时存在严重的渗流安全隐患。

土工离心机是岩土工程物理模拟试验的一种试验设备，能模拟土工结构的受力、变形和破坏，验证设计方案，对比分析数值计算结果，直观呈现工程运行形态，在水利及岩土工程领域有较大的应用前景。但目前对于特殊工况的模拟，离心机试验中多为先在常重力加速度下设置某一工况后再进行N倍加速度模拟，变换工况时一般需将模型调整为常重力加速度进行切换。

因此，需要研究出一种持续N倍加速度下工况自动切换的离心机试验装置，对进一步模拟出与工程实际相符的试验结果具有重要意义。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种离心机模拟旱涝急转工况分析裂缝渗流的试验装置及试验方法，能够在持续N倍加速度下模拟及切换旱涝急转工况，获取试验过程中裂缝变化情况以及水库坝坡基质吸力、孔隙水压力变化规律。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种离心机模拟旱涝急转工况分析裂缝渗流的试验装置，包括模型箱、干旱模拟系统、降雨模拟系统、图像采集装置、工况切换系统；

所述模型箱采用透明材质，且上端开口；所述模型箱内填筑有坝体模型，所述坝体模型包括坝体前部粘土铺盖、坝体上部粘土斜墙、坝体后部透水层、坝体底部透水层；

所述坝体模型上埋设有多组传感器，用于采集坝体模型埋设点处的土壤水分、基质吸力、孔隙水压力；

所述模型箱底部开设有一个或多个可选开启或闭合的排水孔，用于便于进行排水试验；

所述干旱模拟系统，用于对坝体模型进行加热失水，实现坝体模型的干旱模拟；

所述降雨模拟系统，用于对坝体模型提供水源进行喷水，实现坝体模型的降雨模拟；

所述图像采集装置，用于对坝体模型进行图片采集；

所述工况切换系统，用于获取坝体模型的图像信息，对图像中坝体模型的裂缝进行识别分析裂缝扩展情况，并根据裂缝扩展情况，判断是否将干旱工况切换为降雨工况，根据判断结果，发出信号控制干旱模拟系统、降雨模拟系统工作或停止工作。

2.根据权利要求1所述的离心机模拟旱涝急转工况分析裂缝渗流的试验装置，所述工况切换系统默认先进行干旱工况，根据判断结果发出信号，信号输出端与继电器转换开关的输入端相连，转换开关的输出端分别与干旱模拟系统、降雨模拟系统相连。