外荷作用下土體二向滲流模型裝置及測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種巖±工程滲流測(cè)試裝置和方法，具體為一種外荷作用下±體二向 滲流模型裝置及測(cè)試方法，屬于巖±工程測(cè)試儀器制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] ±的滲透能力是巖±工程的重要問(wèn)題之一，±的滲透系數(shù)是反映±體滲透能力的 指標(biāo)。在±的邊界條件和環(huán)境比較簡(jiǎn)單的情況下可W只考慮±的豎向滲流，但在工程上遇 到的滲流問(wèn)題，邊界條件很復(fù)雜，水流形態(tài)往往是二向或=向的，比如常見(jiàn)的±巧滲流就屬 于多向滲流。然而，目前滲透系數(shù)通常由室內(nèi)±工試驗(yàn)測(cè)得，且認(rèn)為所測(cè)得的滲透系數(shù)滿 足各向同性假設(shè)，從而W實(shí)際測(cè)得的豎向滲透系數(shù)來(lái)代替水平方向滲透系數(shù)，并用于滲 透系數(shù)的空間變異性統(tǒng)計(jì)分析。顯然，此方法誤差比較大，難W滿足工程需要。因此，需要 設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單易操作的試驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)量±體的二向滲流系數(shù)，W滿足工程的需要。此外，工 程中需要考慮壓力對(duì)±體滲透系數(shù)的影響，現(xiàn)有儀器設(shè)備未能考慮壓力對(duì)±體橫向和豎向 滲透系數(shù)的影響。在本發(fā)明的二向滲流模型裝置中加入了應(yīng)力加載裝置，能夠方便的測(cè)出 不同壓力下±體的橫向和豎向滲透系數(shù)，進(jìn)而可繪制壓力與±體滲透系數(shù)的關(guān)系曲線，用 來(lái)滿足工程需要。
[0003] ±體的滲透變形也是巖±工程研究的重要問(wèn)題之一，按照滲透水流引起的局部破 壞特征，±體的滲透變形分為流±和管涌?jī)煞N基本型式。流±主要發(fā)生在地基或者±巧下 游滲流逸出處，管涌主要發(fā)生在砂堿中。目前，室內(nèi)試驗(yàn)中普遍用計(jì)算機(jī)程序?qū)α鳌篮凸苡?現(xiàn)象進(jìn)行簡(jiǎn)單的模擬，還沒(méi)有一個(gè)較好的方法把流±和管涌現(xiàn)象真實(shí)的呈現(xiàn)出來(lái)，無(wú)法形 象的再現(xiàn)一些常見(jiàn)的因滲流引起的工程破壞，比如基坑開(kāi)挖涌水涌砂現(xiàn)象、±巧滲水流± 及管涌現(xiàn)象、河堤下游覆蓋層下流砂涌出等現(xiàn)象。
[0004] 水流在滲流場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)通常用流網(wǎng)表示。流網(wǎng)是在滲流場(chǎng)內(nèi)由流線和等勢(shì)線正交 組成的網(wǎng)格，流線是指水沿水頭降低方向運(yùn)動(dòng)的軌跡，在穩(wěn)定流中軌跡上任一點(diǎn)的切線與 該點(diǎn)的流動(dòng)方向相重合；在各向同性介質(zhì)中，等勢(shì)線是與流線相互正交的等水位線。流網(wǎng)可 W反映水在滲流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方向W及流動(dòng)速度，流線愈密集，表明該處的水力坡降愈大，滲 透速度也愈大；流線愈稀疏，則水力坡降愈小，流速也愈小。目前，人們通常用解析法、數(shù)值 法和電擬法來(lái)繪制流網(wǎng)，但是該些方法比較復(fù)雜，不能在試驗(yàn)中進(jìn)行形象的模擬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種外荷作用下±體二向滲流模 型裝置及測(cè)試方法，可W用于測(cè)量不同壓力下±體的橫向和豎向滲透系數(shù)；可W模擬水在 滲流場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行滲流場(chǎng)流網(wǎng)模擬試驗(yàn)；可W觀測(cè)±體滲透變形、流±、管涌及突涌現(xiàn) 象；可W量測(cè)不滿足達(dá)西滲透定律情況下上體水力坡降和滲流速度的關(guān)系。
[0006] 為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案： 一種外荷作用下±體二向滲流模型裝置，包括=室容器箱、進(jìn)排水系統(tǒng)、應(yīng)力加載裝置 和底座；所述=室容器箱包括；容器箱、活動(dòng)隔板、活動(dòng)濾網(wǎng)、水箱；活動(dòng)隔板和活動(dòng)濾網(wǎng)均 通過(guò)套槽與容器箱連接，套槽與活動(dòng)隔板之間W及套槽和活動(dòng)濾網(wǎng)之間設(shè)置海綿墊層，從 而保證密封性；所述進(jìn)排水系統(tǒng)包括頂進(jìn)水孔、移動(dòng)排水裝置、體變管、下排水孔、底排水 孔；所述頂進(jìn)水孔安裝在所述容器箱右側(cè)的頂部，所述移動(dòng)排水裝置安裝在容器箱的左右 兩側(cè)，所述體變管安裝在容器箱的右側(cè)，所述體變管下端連接下排水孔，所述容器箱右室的 底板中屯、開(kāi)設(shè)底排水孔，在頂進(jìn)水孔，下排水孔和底排水孔上分別裝有閥口，在下排水孔和 底排水孔與容器箱的內(nèi)壁交接處貼有濾砂層；所述容器箱左室為密封容器室，且上部開(kāi)設(shè) 連接孔，用來(lái)連接水箱；所述底座包括框架、角鋼、支架，所述角鋼和支架固定在框架的四角 上；應(yīng)力加載裝置通過(guò)螺栓孔A或螺栓孔B固定在底座上。
[0007] 所述移動(dòng)排水裝置包含移動(dòng)排水孔，鋼片和鋼片盒；所述移動(dòng)排水孔安裝于鋼片 上，移動(dòng)排水孔與鋼片間空隙用硅膠密封，移動(dòng)排水孔上安裝有閥口，在移動(dòng)排水孔與容器 箱的內(nèi)壁交接處貼有濾砂層；兩個(gè)鋼片盒分別安裝在容器箱的頂端和底端，鋼片盒上安裝 旋桿，所述鋼片通過(guò)旋桿卷進(jìn)上下鋼片盒內(nèi)；在容器箱左側(cè)壁中間和右側(cè)壁中間開(kāi)有豎向 開(kāi)口，在豎向開(kāi)口的外側(cè)設(shè)置有外槽，所述鋼片通過(guò)外槽安裝在豎向開(kāi)口的外偵U，在鋼片外 附有一層塑膠膜，在鋼片和外槽之間設(shè)置海綿墊層，保證密封性。
[0008] 所述應(yīng)力加載裝置包含鋼架、氣缸、活塞、應(yīng)力控制面板、應(yīng)力顯示器；應(yīng)力顯示器 與應(yīng)力控制面板為一整體，應(yīng)力控制面板粘結(jié)在鋼架上，氣缸焊接在鋼架上，鋼架下端設(shè)有 螺栓，用于連接底座。
[0009] 在容器箱外表面上，在中間隔板的位置設(shè)有自下而上的刻度。
[0010] 在底座的框架寬度方向有兩個(gè)凹孔，使得鋼片盒穿過(guò)底座；在底座的框架長(zhǎng)度方 向有螺栓孔A、螺栓孔B，螺栓孔A、螺栓孔B通過(guò)螺栓連接應(yīng)力加載裝置。
[0011] 一種外荷作用下±體二向滲流模型的測(cè)試方法，包括如下步驟： 步驟一，準(zhǔn)備步驟；首先按照試驗(yàn)要求將相應(yīng)的±樣裝入容器箱，其次將應(yīng)力加載裝置 通過(guò)螺栓孔A或螺栓孔B安裝在儀器上，并設(shè)置壓力，測(cè)量橫向透系數(shù)時(shí)，把水箱安裝在容 器箱的左室上方，并通過(guò)水箱設(shè)置上游水頭，測(cè)量豎向滲透系數(shù)時(shí)，直接從容器箱的右室上 方的進(jìn)水孔加水，最后調(diào)整出水孔位置； 步驟二，測(cè)量步驟；通過(guò)容量瓶收集流經(jīng)±樣的水，等水均勻流出時(shí)，記錄流經(jīng)±樣的 水流量和時(shí)間； 步驟立，計(jì)算步驟：對(duì)記錄到的水流量數(shù)據(jù)和時(shí)間數(shù)據(jù)按照公式 = ^進(jìn)行計(jì)算，得出滲透系數(shù)，其中巧r滲透系數(shù)、K為水流量、Z為滲徑長(zhǎng)度、乂％試樣AM 橫截面積、A為水頭差、巧3記錄的時(shí)間。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的優(yōu)點(diǎn)： 本發(fā)明外荷作用下±體二向滲流模型裝置制作工藝簡(jiǎn)單，主體采用有機(jī)玻璃材質(zhì)；儀 器中間增加活動(dòng)隔板和移動(dòng)排水裝置，可改變水流滲徑長(zhǎng)度W及左右兩側(cè)水頭差。使用該 儀器不僅可W測(cè)量不同壓力下±體的橫向和豎向滲透系數(shù)，進(jìn)行滲流場(chǎng)流網(wǎng)模擬試驗(yàn)，觀 測(cè)±體滲透變形、流±、管涌等現(xiàn)象，還可量測(cè)不滿足達(dá)西滲透定律情況下±體水力坡降和 滲流速度的關(guān)系。該裝置功能齊全，構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便，測(cè)試精度高。
[001引【附圖說(shuō)明】； 圖1為外荷作用下±體二向滲流模型裝置正面圖。
[0014] 圖2為外荷作用下±體二向滲流模型裝置左側(cè)面圖。
[0015] 圖3為外荷作用下±體二向滲流模型裝置右側(cè)面圖。
[0016] 圖4為外荷作用下±體二向滲流模型裝置俯視圖。
[0017] 圖5為外荷作用下±體二向滲流模型裝置底部仰視圖。
[0018] 圖6為外荷作用下±體二向滲流模型裝置的底座圖。
[0019] 圖7為外荷作用下±體二向滲流模型裝置的應(yīng)力加載裝置圖。
[0020] 圖8為圖2、圖3中左右移動(dòng)排水裝置的詳圖。
[0021] 圖9為移動(dòng)隔板和容器箱結(jié)合位置的俯視詳圖。
[0022] 圖10為方案一實(shí)施簡(jiǎn)圖。
[0023] 圖11為方案二實(shí)施簡(jiǎn)圖。
[0024] 圖12為方案S實(shí)施簡(jiǎn)圖。
[00巧]圖13為方案四實(shí)施簡(jiǎn)圖。
[0026] 圖14為方案五實(shí)施簡(jiǎn)圖。
[0027] 圖15為方案六實(shí)施簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖所示，對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】做W下說(shuō)明。
[0029] 如圖1至圖8所示，一種外荷作用下±體二向滲流模型裝置，包括S室容器箱、進(jìn) 排水系統(tǒng)、應(yīng)力加載裝置22和底座25 ;所述=室容器箱包括；容器箱1、活動(dòng)隔板5、活動(dòng)濾 網(wǎng)6、水箱43 ;活動(dòng)隔板5和活動(dòng)濾網(wǎng)6均通過(guò)套槽11與容器箱1連接，套槽11與活動(dòng)隔 板5之間W及套槽11和活動(dòng)濾網(wǎng)6之間設(shè)置海綿墊層31，從而保證密封性；所述進(jìn)排水系 統(tǒng)包括頂進(jìn)水孔15、移動(dòng)排水裝置7、體變管17、下排水孔18、底排水孔16 ;所述頂進(jìn)水孔 15安裝在所述容器箱1右側(cè)的頂部，所述移動(dòng)排水裝置7安裝在容器箱1的左右兩側(cè)，所述 體變管17安裝在容器箱1的右側(cè)，所述體變管17下端連接下排水孔18,所述容器箱1右室 的底板中屯、開(kāi)設(shè)底排水孔16,在頂進(jìn)水孔15,下排水孔18和底排水孔16上分別裝有閥口 9,在下排水孔18和底排水孔16與容器箱1的內(nèi)壁交接處貼有濾砂層10 ;所述容器箱1左 室2為密封容器室，且上部開(kāi)設(shè)連接孔41，用來(lái)連接水箱43 ;所述底座25包括框架27、角 鋼28、支架29,所述角鋼28和支架29固定在框架27的四角上；應(yīng)力加載裝置22通過(guò)螺栓 孔A39或螺栓孔B40固定在底座25上。
[0030] 所述移動(dòng)排水裝置7包含移動(dòng)排水孔8,鋼片24和鋼片盒13 ;所述移動(dòng)排水孔8 安裝于鋼片24上，移動(dòng)排水孔8與鋼片10間空隙用硅膠密封，移動(dòng)排水孔8上安裝有閥口 9,在移動(dòng)排水孔8與容器箱1的內(nèi)壁交接處貼有濾砂層10;兩個(gè)鋼片盒13分別安裝在容器 箱1的頂端和底端，鋼片盒13上安裝旋桿14,所述鋼片24通過(guò)旋桿14卷進(jìn)上下鋼片盒13 內(nèi)；在容器箱1左側(cè)壁中間和右側(cè)