[发明专利]管涌试验装置、其试验方法及管涌通道摩擦系数测量方法

说明书

本发明公开了一种管涌试验装置、其试验方法及管涌通道摩擦系数测量方法，管涌试验装置包括模型箱、供水箱、封板、测压板和多个测压管；模型箱内设有上游有孔隔板和下游有孔隔板，上游有孔隔板和下游有孔隔板将模型箱内的空间分隔为上游水箱、砂槽和下游水箱，上游有孔隔板和下游有孔隔板的一侧设有纱网，模型箱设有进水口和出水口，上游水箱通过进水口与供水箱连接，供水箱在竖直方向上的高度可调；封板与模型箱的顶部连接，封板覆盖砂槽和上游水箱，封板上开设有管涌口，管涌口的四周设有挡板，封板上设有排气管，排气管与上游水箱连通，砂样填充于砂槽内；多个测压管包括上游水箱测压管、下游水箱测压管、砂样进口测压管和砂样顶面测压管。

技术领域

本发明涉及管涌试验技术领域，特别涉及一种管涌试验装置、其试验方法及管涌通道摩擦系数测量方法。

背景技术

管涌是对堤防安全构成威胁的一种主要的渗透破坏形式，在双层堤基中表现为上覆弱透水层与砂层接触面上形成向上游扩展的集中渗流通道(管涌通道)。管涌通道水流流动与常规管流不同，管涌通道沿程不断有流体流入，流体的流入会引起动量和层流边界层流态的变化，因此常规管流压降模型不再适用于管涌通道水流计算。管涌通道入流壁面摩擦系数是管涌通道压降模型中的重要参数，以往研究中常采用经验值，导致模型计算精度差，因此需对管涌通道入流壁面摩擦系数进行试验测量。

在本发明专利前，如公开号为CN112255158A的中国专利公开了一种堤基管涌破坏模式实验装置及方法，包括模型槽、进水槽、通槽、透水板、有机玻璃板、管涌孔、填充空腔、砂砾石填充层、细沙填充层、管涌通道、测压管、进水室、弱透水表上层、橡胶塞，可模拟各类堤基的管涌破坏现象。该装置具有适用范围广的优点，但该装置无法测量管涌通道几何形态、水流流速和水头分布，导致无法测量管涌通道入流壁面摩擦系数。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种管涌试验装置，可测量管涌通道几何形态、水流流速和水头分布，进一步得出管涌通道入流壁面摩擦系数。

本发明的另一目的在于，提供一种基于上述管涌试验装置的试验方法。

本发明的又一目的在于，提供一种管涌通道摩擦系数测量方法。

本发明的技术方案为：一种管涌试验装置，包括模型箱、供水箱、封板、测压板和多个测压管；

所述模型箱内设有上游有孔隔板和下游有孔隔板，上游有孔隔板和下游有孔隔板将模型箱内的空间分隔为上游水箱、砂槽和下游水箱，上游水箱和下游水箱位于砂槽的两侧，上游有孔隔板和下游有孔隔板靠近砂槽的一侧设有纱网，模型箱设有进水口和出水口，进水口与上游水箱连通，上游水箱通过进水口与供水箱连接，供水箱在竖直方向上的高度可调，出水口与下游水箱连通；

封板与模型箱的顶部连接，封板覆盖砂槽和上游水箱，封板上开设有管涌口，管涌口的四周设有挡板，挡板与封板连接，封板上设有排气管，排气管与上游水箱连通，砂样填充于砂槽内；

多个测压管包括上游水箱测压管、下游水箱测压管、砂样进口测压管和砂样顶面测压管，上游水箱测压管的一端位于上游水箱内，另一端与测压板连接，下游水箱测压管的一端位于下游水箱内，另一端与测压板连接，砂样进口测压管的一端插入靠近上游水箱的砂样内，另一端与测压板连接，砂样顶面测压管的一端位于砂槽的顶部，另一端与测压板连接。

进一步，所述模型箱和封板均采用有机玻璃板制成。

进一步，所述管涌口为直径10-20mm的圆孔。

进一步，所述供水箱通过绞盘进行升降，供水箱内设有碎石层。

进一步，所述管涌试验装置还包括三角测量传感器，三角测量传感器位于模型箱上方，三角测量传感器用以测量管涌通道的深度。采用高质量非接触式激光三角测量技术，可以透过砂样顶面有机玻璃板测量管涌通道深度，并绘制不同发展阶段管涌通道底面微地貌数字高程模型，实现对管涌发展全过程中管涌通道的三维空间变形监测。