[发明专利]模拟土堤-穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验装置及方法

说明书

本发明公开了模拟土堤‑穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验装置及方法，涉及模型试验技术领域，包括模型槽，模型槽内设有差异沉降模拟模型，差异沉降模拟模型顶部设有竖向加载装置；所述差异沉降模拟模型包括土堤模型、贯穿土堤模型的穿坝涵管模型，土堤模型一侧设有堤基防水装置，土堤模型和穿坝涵管模型分别设置检测元件。本发明能够准确的模拟土堤与涵管的差异沉降试验，提高检测精度。

技术领域

本发明涉及模型试验技术领域，尤其涉及模拟土堤-穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验装置及方法。

背景技术

在土质堤坝中修建有大量的穿堤涵管，贯通整个土堤的穿堤涵管与堤体之间因上覆土层的材料刚度性质不同容易产生不均匀性差异沉降，穿堤涵管与堤体之间产生滑移，则极易成为堤体发生渗流破坏的薄弱环节。因此，需要进行穿堤涵管与堤体的渗流试验，以研究渗流破坏现象。

现有技术公开了一种均质土坝与穿坝涵管接触冲刷模型试验装置，该方案包括模型槽、接触冲刷模拟装置、竖向加载装置和监测装置，通过竖向加载装置施加竖向载荷，通过接触冲刷模拟装置模拟穿坝涵管与坝体的接触冲刷破坏；并通过监测装置监测坝体内的流速及变形量。现有技术仅是通过与涵管连接的千斤顶控制涵管位移中涵管与土石坝差异沉降的模拟，该种方法存在两方面的问题：第一，该技术仅考虑的涵管的沉降，未能考虑土石堤坝的沉降，模拟出的差异沉降效果与实际不符；第二，该种通过千斤顶控制涵管沉降的方法无法保证涵管与模型箱体之间的密水性能，试验过程中将导致土石堤坝堤坝底部出现渗流溢出口，导致土石堤坝内部的渗流场发生巨变。

上述方案由于需要模拟不同原因导致的均质土坝与穿坝涵管接触冲刷破坏，配套的运动机构较多，例如竖向加载装置、横向移动装置、竖向移动装置等，而底部布置导轨、竖向移动装置，容易导致坝体内部填充不均匀，影响坝体底部的稳定性，从而影响测量精度。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种模拟土堤-穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验装置及方法，能够准确的模拟土堤与涵管的差异沉降试验，提高检测精度。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种模拟土堤-穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验装置，包括模型槽，模型槽内设有差异沉降模拟模型，差异沉降模拟模型顶部设有竖向加载装置；所述差异沉降模拟模型包括土堤模型、贯穿土堤模型的穿坝涵管模型，土堤模型一侧设有堤基防水装置，土堤模型和穿坝涵管模型分别设置检测元件。

作为进一步的实现方式，所述堤基防水装置包括螺杆，螺杆一端具有第一螺旋段，另一端具有与第一螺旋段旋向相反的第二螺旋段；

第一螺旋段和第二螺旋段分别安装有卡爪，卡爪端部设有防水垫。

作为进一步的实现方式，所述卡爪通过移动部与第一螺旋段或第二螺旋段螺纹连接；卡爪对称设于穿坝涵管模型两侧。

作为进一步的实现方式，所述螺杆通过轴承座连接安装板，安装板与模型槽内壁固定。

作为进一步的实现方式，所述竖向加载装置包括千斤顶、与千斤顶相连的压梁，所述压梁底部中间位置连接用于对土堤模型施加压力的第一压头，第一压头两侧对称设有用于对穿坝涵管模型施加压力的第二压头。

作为进一步的实现方式，所述千斤顶的输出端安装压力传感器。

作为进一步的实现方式，所述土堤模型为梯形结构，穿坝涵管模型的中线方向垂直于加载方向。

作为进一步的实现方式，所述模型槽内设置弹性垫层，穿坝涵管模型的一侧设于弹性垫层上侧。

第二方面，本发明的实施例还提供了一种模拟土堤-穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验方法，采用所述的试验装置，包括：

调整竖向加载装置，使其对土堤模型和穿坝涵管模型施加设定预压力；