[发明专利]一种高控制精度的大流量高水头施加装置及其应用方法

权利要求书

1.一种高控制精度的大流量高水头施加装置，其特征在于，包括供水腔体、储水装置、气压施加装置、牵引装置，所述供水腔体包括内管、外管、顶板、底板、腔体拉杆，所述供水腔体由腔体拉杆挤压顶板、底板与外管的连接而形成，所述内管连接在底板上，所述内管的高度低于外管的高度，所述内管内部构成内腔体，所述内管和外管之间构成外腔体，所述储水装置向内腔体持续供水至内管形成溢流面，溢流水一部分进入外腔体并经排水口回流到储水装置内，一部分留在外腔体内形成一定水位，使供水腔体内空气与外界隔离；所述内腔体底部设有出水口对接用于渗流侵蚀试验试样的渗透仪，所述气压施加装置连通供水腔体，所述牵引装置连接供水腔体并提升或降低供水腔体的位置；

所述储水装置包括自来水源、储水箱、高压水泵、第一流量调节阀、第二流量调节阀、进水管、排水管，所述自来水源向储水箱中供水，所述顶板设有进水口，所述高压水泵一端位于储水箱内、另一端通过进水管接入进水口并向内腔体供水，所述第一流量调节阀设置在进水管上，所述底板设有排水口，所述排水口通过排水管接回储水箱内，所述第二流量调节阀设置在排水管上；

所述气压施加装置包括空气压缩机、进气管、第一级精密减压阀、第二级精密减压阀、孔压传感器、数据显示器，所述顶板设有进气口、气压检测口，所述空气压缩机通过进气管连通进气口，所述第一级精密减压阀、第二级精密减压阀依次设置在进气管上，所述孔压传感器设置在气压检测口上，所述数据显示器连接孔压传感器。

2.根据权利要求1所述高控制精度的大流量高水头施加装置，其特征在于，所述供水腔体包括密封垫，所述顶板和底板均设有环形凹槽，所述密封垫放置在环形凹槽内，所述外管的上下端分别嵌入顶板和底板的环形凹槽内。

3.根据权利要求2所述高控制精度的大流量高水头施加装置，其特征在于，所述内管和外管为有机玻璃管或钢化玻璃管，所述供水腔体的顶板和底板为有机玻璃或钢板。

4.根据权利要求3所述高控制精度的大流量高水头施加装置，其特征在于，所述牵引装置包括可调速的伺服电机、吊篮、支撑架，所述吊篮由多根钢制拉杆和钢制底板紧固而成，所述支撑架由工字型钢制立柱和横梁紧固而成，所述伺服电机固定在支撑架的工字型钢制横梁上，所述供水腔体设置在吊篮的钢制底板上，所述伺服电机通过钢性绳连接吊篮。

5.根据权利要求4所述高控制精度的大流量高水头施加装置，其特征在于，包括出水管、水管阀门，所述出水管一端连接内腔体底部设有出水口、另一端对接渗透仪，所述水管阀门设置在出水管上。

6.一种根据权利要求5所述高控制精度的大流量高水头施加装置的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.准备好待进行高水头渗流侵蚀试验的试样，组装好高控制精度的大流量高水头施加装置，将供水腔体底部出水管与试样的进水管连接好；

S2.关闭供水腔体中即内腔体底部出水口的水管阀门，打开自来水源使储水箱开始蓄水，同时打开高压水泵对内腔体进行供水，至内腔体的水面开始溢出到外围环形区域，调节供水腔体顶部进水管的第一流量调节阀处于适中大小，保证试验有充足的流量，同时调整外腔体底部排水管的第二流量调节阀，使内腔体溢出水量一部分通过外腔体底部的排水管回流到储水箱内，一部分留在外腔体内形成一定水位，使供水腔体内空气与外界隔离；

S3.将供水腔体底部的出水管连接到渗透仪的进水口，通过牵引装置将供水腔体位置调整到最低处，调整试样出水口水面与供水腔体内溢流面平齐，使渗流水头差为零；

S4.根据目标高水头压力值，调节第一级精密气压调节阀，使其最大施加气压力值高于目标高水头压力值1/4—1/3，结合数据显示器显示施加的压力数值，缓慢调节第二级精密调压阀，当施加压力数值较接近与目标值，且超过了精密气压调压阀的控制精度时，停止采用精密气压调压阀，改用牵引装置缓慢提升供水腔体位置继续增加所施加水头，获得目标水头压力值进行试验。

7.根据权利要求6所述高控制精度的大流量高水头施加装置的应用方法，其特征在于，当用作混凝土侵蚀试验的大流量高水头施加装置时，所述步骤S1中渗流侵蚀试验的试样替换为混凝土试样，所述步骤S2中的渗流水源替换为混凝土侵蚀试验所需液体。

8.根据权利要求6所述高控制精度的大流量高水头施加装置的应用方法，其特征在于，当用于模拟高水位缓慢上升或下降的试验时，执行完步骤S4后还包括步骤：

S5.将所述高控制精度的大流量高水头施加装置调节到目标高水头压力值后，保持对供水腔体的施加的气压不变，通过牵引装置缓慢提升或降低供水腔体的位置。