[发明专利]一种可变水位粘土坝坡渗透破坏发生条件试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种可变水位粘土坝坡渗透破坏发生条件试验装置，其特征在于，包括储水箱（1）、水泵（2）、调压水箱（4）和试验箱，所述试验箱通过隔板分隔为密闭的储水室（6）与尾部的观察室；所述观察室的顶部与储水室（6）顶部齐平，观察室的底部高于储水室（6）底部；

所述水泵（2）一端通过管道与储水箱（1）相连通，另一端连通至调压水箱（4）中，所述调压水箱（4）内部设有阀球（3），且所述阀球（3）的高度可调节；所述储水室（6）的进水口与调压水箱（4）的出水口通过管道连通，通过调压水箱（4）供水和调节水压，且调压水箱（4）的高度可调；所述水泵（2）的开启与关闭受调压水箱（4）内的阀球（3）的控制，调压水箱（4）与阀球（3）相配合用于大范围精确控制储水室（6）内的水头高度；

所述储水室（6）底部填铺有砂土层（7）；所述试验箱前部的砂土层（7）水平铺设，然后往尾部方向成向上一定坡度铺设，直至填充达到储水室（6）的顶部，在砂土层（7）的顶部铺设有粘土覆盖层（8），在砂土层（7）、粘土覆盖层（8）不同位置分别埋设有渗压计传感器（12）；

所述观察室底部设置有涌砂出口（9）和若干排水孔（11），用于观察判断渗透破坏发生条件；所述涌砂出口（9）、排水孔（11）与储水室（6）中填充的砂土层（7）相连通。

2.根据权利要求1所述的可变水位粘土坝坡渗透破坏发生条件试验装置，其特征在于，所述观察室设置有水砂排出管道（10）；通过涌砂出口（9）、排水孔（11）出来的涌砂和水进入观察室后，通过水砂排出管道（10）引出。

3.根据权利要求2所述的可变水位粘土坝坡渗透破坏发生条件试验装置，其特征在于，所述水砂排出管道（10）出口下方设置有用于收集涌砂和水的漏斗（13）；所述漏斗（13）中设置有过滤装置，漏斗（13）过滤出来的水通过天平（14）称量记录涌水量。

4.根据权利要求1所述的可变水位粘土坝坡渗透破坏发生条件试验装置，其特征在于，所述储水室（6）密闭，且顶端开设有排气孔（5）。

5.根据权利要求1所述的可变水位粘土坝坡渗透破坏发生条件试验装置，其特征在于，所述观察室上端开口。

6.根据权利要求1所述的可变水位粘土坝坡渗透破坏发生条件试验装置，其特征在于，所述调压水箱（4）安装于伸缩架上，能够调节水头大小，模拟变化水头作用下的渗透破坏发生条件。

7.根据权利要求1所述的可变水位粘土坝坡渗透破坏发生条件试验装置，其特征在于，可变水位粘土防渗体渗透破坏发生条件试验过程中，粘土防渗体渗透破坏发生位置和发生过程能够通过拍照进行数字图像处理计算分析。

8.根据权利要求1所述的可变水位粘土坝坡渗透破坏发生条件试验装置，其特征在于，所述砂土层（7）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。

9.根据权利要求1所述的可变水位粘土坝坡渗透破坏发生条件试验装置，其特征在于，所述试验箱采用透明材质。

10.一种可变水位粘土防渗体渗透破坏发生条件试验方法，其特征在于，包括：

1）在储水室6内底层铺设砂土层（7），在砂土层（7）中埋设渗压计传感器（12），砂土层（7）压密实后在表面沿轴线方向间隔布置渗压计传感器（12），然后在表层铺设粘土覆盖层（10）；

2）设定调压水箱（4）及阀球（3）的高度，打开水泵（2）从储水箱（1）中抽水进入调压水箱（4），水流通过管道进入储水室（6）；

3）初始高度选择较小的水头，试验通水后观察涌砂出口（9）、排水孔（11）的渗流水量和流砂情况，若保持水位恒定一段时间未出现明显变化，则增加水位高度10cm继续观察；若在某一恒定水位出现涌砂或渗流水量明显加大，则判断渗透破坏发生，保持水位恒定并记录水头数据；涌砂和水通过涌砂出口（9）、排水孔（11）进入观察室后沉积下来，砂子中的水过滤出来从水砂排出管道（10）排出，通过漏斗（13）过滤收集涌水，并同时通过量杯或天平记录各个时间段的涌水量；

4）以上为常规渗透破坏验证试验，本装置还能模拟变化水头情况，如通过调压水箱（4）下的伸缩架迅速增加水头，模拟水位骤升条件下粘土覆盖层（8）承受非稳定渗流情况下渗透破坏发生的条件；通过调节伸缩架实现水位变化快慢，设定不同水位抬升速度，观察水位抬升速度对粘土覆盖层（8）渗透破坏的影响，并与稳定水头情况进行对比分析；

5）通过在粘土覆盖层（10）上预设裂缝缺陷，同时模拟裂缝与渗流耦合的水力劈裂渗透破坏发生条件；在粘土层不同部位设置不同形状裂缝，观察裂缝对渗透破坏发生的影响；也可综合裂缝、变水头多因素一起进行试验，更好的模拟工程实际复杂运行环境。