[发明专利]模拟砂土内细颗粒水平渗流侵蚀的试验装置及试验方法

说明书

本发明提供一种模拟砂土内细颗粒水平渗流侵蚀的试验装置及试验方法，包括土体贮存系统、第一水箱、缓冲圆筒、第二水箱以及若干测压管，土体贮存系统由首端试验圆筒、若干中间试验圆筒和末端试验圆筒依次拼装为一体，第一水箱与缓冲圆筒连通，第一水箱的两侧沿高度方向分别设有若干溢水口、出水口；缓冲圆筒用于阻隔土体贮存系统中土样的细颗粒反渗入第一水箱中，缓冲圆筒连接于首端试验圆筒的端部；第二水箱设置于末端滤网的下方，第二水箱用于贮存水并收集从土样中蚀出的细颗粒；测压管与试验圆筒连接。本发明能模拟砂土内细颗粒水平渗流侵蚀的室内试验，研究砂土内细颗粒水平渗流侵蚀过程及其对砂土土性变化的影响规律。

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域的渗流侵蚀试验方法，具体地，涉及模拟砂土内细颗粒水平渗流侵蚀的试验装置及试验方法。

背景技术

渗流侵蚀指的是土体中的细颗粒由于渗透水流的作用在粗颗粒之间的孔隙中移动、流失的现象。近年来针对渗流侵蚀的各项研究表明，无论是在地下工程领域还是在地质灾害防控领域，如果放任渗流侵蚀持续发展，会造成土体的孔隙比增大，刚度减小，脆性增大并呈现出各向异性进而危及工程安全。在地质灾害防控领域中，长期渗流侵蚀作用在集水建筑物周围土体将会改变挡水土坝土体参数最终引起管涌，而坡面径流侵蚀也将引起滑坡、泥石流等地质灾害。在地下工程领域中，特别是在地下水位较高的地区，渗流过程中孔隙水冲刷侵蚀土骨架使细颗粒在孔隙中移动造成细颗粒流失，土颗粒重新排列、沉积，导致土体细观结构、渗透性以及强度等力学特性发生改变，最终造成建(构)筑物及其周围地面沉降。砂土渗流侵蚀后可能造成细颗粒逐渐流失，由此所引起的渗透系数、颗粒级配、干密度等砂土土性的变化规律应从细观尺度上进行分析，因此对室内试验精度有着较高的要求。现有的针对渗流侵蚀的试验研究大多采用竖向渗流的方式而水平方向渗流的试验研究较少，即使有少量水平渗流侵蚀的试验，在试验精度上尚有欠缺。

经对现有的技术文献检索发现：申请号为CN201820463051.1的中国专利，公开了“一种用于测量渗流侵蚀的实验装置”；该装置可以模拟不同水力梯度下渗流过程中细颗粒侵蚀过程，测定渗流侵蚀对土体几何、水力性能的影响，但其模拟的渗流方向仅为竖向。申请号为CN201710807447.3的中国专利，公开了“一种水平渗流实验装置及其试验方法”；该装置能够有效模拟自然界中岩土介质体的分层堆积情况，且能够准确测得岩土介质体的水平渗透系数，但难以模拟土体渗流侵蚀过程及渗流侵蚀后土性的变化。申请号为CN201810056057.1的中国专利，公开了一种“模拟深部含水层砂土内细颗粒渗流侵蚀的室内试验方法”，该方法可以用于确定深部含水层砂土内细颗粒渗流侵蚀过程及其对含水层砂土变形的影响，主要目的是获得砂土变形量。虽然也对颗粒变化进行了分析，但该专利的实施步骤尤其是在体积相对较大的土贮存槽中铺设土样的过程过于粗犷，由此所获得的颗粒变化结果有较大可能是试验误差造成的，试验精度较低，且无法测定侵蚀引起的细颗粒向试验槽外部流失的体量即细颗粒流失量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种模拟砂土内细颗粒水平渗流侵蚀的试验装置及试验方法。

本发明第一个方面提供一种模拟砂土内细颗粒水平渗流侵蚀的试验装置，包括：

土体贮存系统，包括用于放置土样的试验圆筒，所述试验圆筒包括首端试验圆筒、若干中间试验圆筒和末端试验圆筒，所述首端试验圆筒、若干所述中间试验圆筒以及所述末端试验圆筒之间首尾依次拼装为一体，且所述首端试验圆筒、所述末端试验圆筒分别位于若干所述中间试验圆筒的两端；所述试验圆筒的筒体外壁设有用于插入测压管的测压管接口，且所述测压管接口与筒体的轴线方向垂直；所述末端试验圆筒一侧的端面设有末端滤网，所述末端滤网的外侧设有底座，所述底座能使所述末端试验圆筒的端面封闭；

设置于所述土体贮存系统一侧的第一水箱，所述第一水箱用于贮存水并调控试验水位，所述第一水箱的两侧沿高度方向分别设有对称分布的若干溢水口、若干出水口；