[发明专利]一种高水位下堤坝管涌模拟试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种高水位下堤坝管涌模拟试验装置及试验方法，试验箱通过透水隔板分隔为储水室与土样填筑室；调压水箱内部设有阀球，且阀球的高度可调节；储水室的进水口与调压水箱的出水口通过管道连通，通过调压水箱供水和调节水压，且调压水箱的高度可调；水泵的开启与关闭受调压水箱内的阀球控制，调压水箱与阀球相配合用于精确控制储水室水位高度；土样填筑室底部填铺有砂砾石垫层，砂砾石垫层上面设置试验砂土层；在试验砂土层中埋设孔隙水压力传感器，在试验砂土层顶部沿轴线方向铺设彩色玻璃微珠，用于示踪管涌向上游发展轨迹；管涌出口通过水沙排出管道连通引出；水沙排出管道出口下方设置有用于收集涌砂的漏斗。

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种高水位下堤坝管涌模拟试验装置及试验方法。

背景技术

管涌在堤坝渗流破坏中危害严重，其发展机理为：由于上游水头较高，堤坝基础砂土层渗透坡降超出允许值，部分砂土在下游涌出；随着出口涌砂的发生，缩短了基础渗径，增加的基础砂土层渗透坡降，从而进一步加剧了出口涌砂，直至堤坝破坏。研究堤坝基础砂土层管涌试验对管涌防护和应急处置具有重要意义，其中确定砂土层管涌发生的临界水头，以及管涌长度发展变化随时间的相关关系是管涌最重要的因素。

常规试验装置受尺寸及观测限制，只能确定临界水头，无法有效观测到管涌发展变化过程和涌砂随时间的变化规律等。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高水位下堤坝管涌模拟试验装置及试验方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高水位下堤坝管涌模拟试验装置，包括储水箱、水泵、调压水箱和试验箱，所述试验箱通过透水隔板分隔为储水室与土样填筑室；

所述水泵一端通过管道与储水箱相连通，另一端连通至调压水箱中，所述调压水箱内部设有阀球，且所述阀球的高度可调节；所述储水室的进水口与调压水箱的出水口通过管道连通，通过调压水箱供水和调节水压，且调压水箱的高度可调；所述水泵的开启与关闭受调压水箱内的阀球的控制，调压水箱与阀球相配合用于精确控制储水室内的水头高度；模拟水头以调压水箱水头为准。

所述土样填筑室底部填铺有砂砾石垫层，中部为试验砂土层，表层铺设粘土覆盖层；在试验砂土层中埋设孔隙水压力传感器，在试验砂土层顶部沿轴线方向铺设彩色玻璃微珠，用于示踪管涌向上游发展轨迹；

所述土样填筑室在远离储水室侧设置有管涌出口，所述管涌出口通过水沙排出管道连通引出；所述水沙排出管道出口下方设置有用于收集涌砂的漏斗；所述漏斗中设置有过滤装置，过滤出来的水通过漏斗底部连通的排水导管排出。

作为优选方案，所述的高水位下堤坝管涌模拟试验装置，所述储水室密闭，且顶端开设有排气孔。

作为优选方案，所述的高水位下堤坝管涌模拟试验装置，所述土样填筑室上端开口，进一步的，并配设有盖板。

作为优选方案，所述透水隔板的透水位置及透水面积可调节，用于模拟不同尺寸的管涌断面。

作为优选方案，所述彩色玻璃微珠的直径10~100μm，比重2.4~2.6g/cm³，彩色玻璃微珠的平均尺寸和比重与砂砾的相同。

作为优选方案，所述的高水位下堤坝管涌模拟试验装置，高水位下堤坝管涌模拟试验过程中，彩色玻璃微珠的位移能够通过拍照进行数字图像处理计算位移量。

作为优选方案，所述的高水位下堤坝管涌模拟试验装置，所述砂土层中砂土的颗粒级配和初始含水率与原状砂土的颗粒级配和初始含水率相同；

所述砂土层中，中间布置管涌通道，两侧填筑粗砂隔离带，保证管涌通道向上游直线发展。管涌发展通道沿程埋设孔隙水压力传感器，实时自动测量砂土层不同位置渗压变化。