[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

说明书

本发明公开了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，装置包括储水箱、水泵、调压水箱和试验箱，试验箱通过隔板分隔为密闭的储水室与尾部的观察室；观察室的顶部与储水室顶部齐平，观察室的底部高于储水室底部；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；储水室底部按照设定坡度和厚度填铺有砂土层，在砂土层的顶部铺设有粘土覆盖层，在砂土层、粘土覆盖层不同位置分别埋设有渗压计传感器；观察室底部设置有涌砂出口和若干排水孔，用于观察判断渗透破坏发生条件；涌砂出口、排水孔与储水室中填充的砂土层相连通。

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体涉及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。

背景技术

渗透破坏是粘土防渗体（如土石坝粘土铺盖、粘土斜墙等）渗流不稳定的主要因素。当粘土防渗体因较大水头产生超出其渗流稳定的渗透坡降时，往往会产生管涌、接触冲刷等渗透破坏形式，因此粘土防渗体的允许渗透坡降是主要控制指标。固定水头条件下的粘土防渗体渗透坡降容易获取，但随着全球气候变化，旱涝灾害日渐频发，水位变化越来越复杂。如旱涝急转条件下，土石坝上游粘土防渗体水位处于较快变化，粘土防渗体处于非稳定渗流状态，在斜墙或铺盖部位将产生较大的渗透坡降；于此同时，前期干旱对粘土体产生的干缩裂缝等也可能恶化粘土防渗性能，裂缝在高水位作用下可能产生水力劈裂，进一步加剧渗透坡降值和渗透破坏的可能性。变化水位和前期裂缝等缺陷共同对粘土防渗体渗透破坏产生不利影响，给工程安全运行带来更大挑战。

常规试验装置受试验条件限制，无法模拟变化水头和前期裂缝等影响条件，无法对变化环境下的粘土防渗体渗透坡降进行观测和测定。

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。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

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

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大范围精确控制储水室内的水头高度；

所述储水室底部填铺有砂土层；所述试验箱前部的砂土层水平铺设，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的顶部，在砂土层的顶部铺设有粘土覆盖层，在砂土层、粘土覆盖层不同位置分别埋设有渗压计传感器；

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

在一些实施例中，所述观察室设置有水砂排出管道；通过涌砂出口、排水孔出来的涌砂和水进入观察室后，通过水砂排出管道引出。

进一步的，所述水砂排出管道出口下方设置有用于收集涌砂和水的漏斗；所述漏斗中设置有过滤装置，漏斗过滤出来的水通过天平称量记录涌水量。

在一些实施例中，所述储水室密闭，且顶端开设有排气孔；

在一些实施例中，所述观察室上端开口。进一步的，并配设有盖板。

.根据权利要求所述的可变水位粘土坝坡渗透破坏发生条件试验装置，所述调压水箱安装于伸缩架上，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。