[发明专利]粗粒土垂直渗透变形试验仪及实验方法

说明书

本发明涉及一种粗粒土垂直渗透变形试验仪，包括常水头提供装置、测压管、试样容器和流量测定装置，常水头提供装置分别与试样容器和测压管连接，流量测定装置与试样容器连接；其中，常水头提供装置包括溢流槽，水箱和溢流槽自动提升机构；所述溢流槽与溢流槽自动提升机构连接并在溢流槽自动提升机构控制下进行升降；所述溢流槽与水箱液体相连通。以及包含该粗粒土垂直渗透变形试验仪的粗粒土垂直渗透变形试验方法。本发明的粗粒土垂直渗透变形试验仪通过设计单独的可提升的溢流槽，使溢流槽与水箱分离，并采用溢流槽和水箱之间循环水流设计，结合小巧的溢流槽用于被提升来提供高水压，实现高水力坡降，大大减小了设备的体积以及运行的能耗。

技术领域

本发明涉及水利水电建设技术领域，具体的说是一种测定粗粒土在高水头压力下渗透稳定性的粗粒土垂直渗透变形试验仪和粗粒土垂直渗透变形试验方法。

背景技术

高土石坝筑坝技术近年来在我国快速发展，目前最高坝高已经达到三百米级。我国在这方面已经走在世界的最前沿，掌握了最先进的技术和经验。随着高土石坝技术的发展，大坝安全成为业内关注的焦点问题。坝体渗透变形成为坝体结构安全的重要影响因素。为此水利部2018年将渗透临界坡降列为岩土甲级资质必备参数。因此粗粒土渗透变形试验成为高土石坝筑坝技术中重要的一项试验，为大坝安全评估提供直接的参数。

当前国内还没有通过技术鉴定的制式粗粒土渗透变形试验仪。仅《土工试验规程》(GB/T 50123-2019)中给出了粗颗粒土的渗透及渗透变形试验方法与试验装置，各相关科研机构各自制作满足自己特定需求的试验测试模型。这些装置适用的量测范围小、设计粗糙、体积大集成度小，专业性强易用性差，所以研发一整套成熟完善的仪器设备成为迫切的任务。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种适用于高水头压力的用于粗粒土垂直渗透变形试验的常水头提供装置，以及包括该常水头提供装置的粗粒土垂直渗透变形试验仪。本发明通过增设与水箱液体连通的溢流槽，对该体积较小的溢流槽进行升降，来达到升降较高的高度，实现高水头压力的土垂直渗透变形试验的高水压供应。

本发明提供的用于粗粒土垂直渗透变形试验的常水头提供装置，包括溢流槽，水箱和溢流槽自动提升机构；所述溢流槽与溢流槽自动提升机构连接并在溢流槽自动提升机构控制下进行升降；所述溢流槽与水箱液体相连通水箱。可升降的溢流槽体积小重量轻可方便提升较高的高度，能提供最高可达6.0的水力坡降，满足高水力坡降的试验要求，特别是坝高达300米级工程的试验要求。

溢流槽在溢流槽自动提升机构控制下进行升降，可提供不同高度的水压以形成不同水力坡降。此外，溢流槽相对现有的水箱体积大幅减小，提升和下降溢流槽相对水箱变得容易很多。因此，溢流槽可以提升相对试样到更高的高度，通过本发明的常水头提供装置可以提供更高的水力坡降，比如6.0以上。

在本发明中，水力坡降为试样地面与顶面的水头差/试样的高度。试样的高度一般为30-50厘米，本发明的溢流槽可提升的高度可以超过3米及以上，当溢流槽提高的高度达到3米时，水力坡降达到6.0。一些实施方式中，溢流槽可以提升的高度通常为0.3-3米。另一些实施方式中，溢流槽可以提升的高度可以超过5米。

一些优选的实施方式中，溢流槽内设有竖向的水位控制板，竖向的水位控制板将溢流槽分隔为恒压区和溢流区，恒压区和溢流区顶部液体相连通。通过溢流区的设置除了能够保证恒压区的水压稳定，也保证了高水头供水的水压稳定性。也为了适应不同高度水头情况下，供水泵供水调整的不及时产生多余的水量，降低对供水泵调整供水功率的精度需求。

一些优选的实施方式中，恒压区设有进水口和出水口；溢流区设有溢流口。

一些优选的实施方式中，水箱通过供水软管连接供水泵后与恒压区进水口连接；出水口连接水圧管。

一些优选的实施方式中，溢流口连接溢流管，所述溢流管另一端与水箱连接。