充填介质渗透失稳试验中颗粒收集与分流装置及方法与流程

本发明涉及一种充填介质渗透失稳试验中颗粒收集与分流装置及方法。

背景技术：

液体与固体混合并同时运动的情况是自然界中常见的现象，许多工程地质灾害就是这种现象的极端表现，例如山区泥石流、隧道突水突泥等。因此，采用充填介质渗透失稳试验的方式来模拟这种固液混合运动，对混合体中的固体颗粒进行收集，进而对充填介质中固体颗粒的组成情况进行分析，对深入的了解渗透失稳的发展演化过程和充填介质的渗透特性、预防地质灾害有着的重要意义。

现有的渗透试验装置多是通过测定渗流系数的改变来模拟研究岩土体在压力作用下渗透性能的变化，无法直观形象的展示颗粒充填介质渗透失稳过程的演化，也无法模拟固体颗粒流失的过程以及与之伴随产生的水量、流速和浑浊度的变化等现象。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种充填介质渗透失稳试验中颗粒收集与分流装置及方法，本发明能够实现充填介质渗透失稳试验中不同粒径的颗粒快速收集和分流。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种充填介质渗透失稳试验中颗粒收集与分流装置，包括过滤室，所述过滤室上端设置有第一过滤网，过滤室下端设置导流管，所述导流管设置有至少一分流管路，分流管路上依次设置有第二过滤网和流体监测元件，连通至第一收集器，导流管末端直接连通至第二收集器。

进一步的，所述第一过滤网的孔径大于第二过滤网。

进一步的，所述流体监测元件包括流量计、流速计和浊度计，浊度计、流量计、流速计安装在分流导管之上，实现对流体流量、流速、浑浊度的实时测量。

进一步的，所述导流管上下端分别设置有控制阀门。

更进一步的，所述导流管下端的阀门后端设置有排气软管和软管夹，与抽气筒配合使用可抽出导流管内多余气体。

进一步的，所述分流管上设置有控制阀门。

所述控制阀门设置在第二过滤网之后。

进一步的，所述第一过滤网与过滤室形状相配合。

进一步的，所述第二收集器与导流管活动连接。

实现充填介质渗透失稳试验中颗粒收集与分流的方法，具体步骤如下：

(1)连接装置各个部分，调整流体监测元件读数归零，活动收集器测重后装满水旋接在导流管上，活动收集器未装水前重量记为G小前；

(2)关闭导流管和分流导管上的对应的阀门，取下排气软管夹，使用抽气筒将导流管内多余气体抽出后夹紧排气软管；

(3)打开导流管上部控制阀门和分流导管控制阀门，将已测定体积、重量的试验流体通过第一过滤网加入过滤室内，并打开导流管下部控制阀门；

(4)待导流管内流体稳定后读取并记录流体监测元件的读数；

(5)每隔十分钟关闭导流管下端控制阀门，取下活动收集装置，测量重量G小后并记录，计算收集的固体颗粒重量；

(6)待导流管和分流导管内不再有液体流出时关闭导流管和分流导管上的控制阀门；

(7)收集晾干第一过滤网上固体，测量并记录其重量G大，取下活动收集器测量重量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明解决了以前试验中的诸多不便，实现了充填介质渗透失稳试验中不同粒径的颗粒快速收集和分流；

2.本发明通过收集固体颗粒和监测流体流速、流量等参数，形象直观的反映了颗粒充填介质渗透失稳的过程；

3.本发明的分流导管上安装了流量计、流速计和浊度计，实现了对固体颗粒分离后的流体的浑浊度、流量、流速等指标的实时监控量测；

4.本发明的矩形过滤室内安装了支撑杆，对实验装置提供了保护，避免了过滤室受力时产生变形破坏；

5.本发明的导流管、分流导管都安装了控制阀门，实现了对试验进程的随时控制调节；

6.本发明的导流管下端阀门后安装了排气软管，配合排气筒使用排出了导流管内气体，提高了试验精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的第一种实施例结构示意图；

图2是本发明的第一种实施例立体结构示意图；

图3是本发明的第一种实施例颗粒收集与分流结果示意图；

图4是第一种实施例分流导管细部结构示意图；

图5为本发明的第二种实施例结构示意图；

图6是本发明的第二种实施例立体结构示意图；

图7是本发明的第二种实施例颗粒收集与分流结果示意图；

图8是活动收集器细部结构示意图；

其中1.大粒径金属滤网，2.矩形(或圆形)过滤室，3.导流管控制阀门①，4.导流管，5.小粒径金属滤网，6.分流导管控制阀门，7.导流管控制阀门②，8.流量计，9.流速计，10.浊度计，11.固定收集器，12.活动收集器，13.排气软管及软管夹，14.矩形过滤室支撑杆，15.活动收集器外螺纹。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在现有的渗透试验装置多是通过测定渗流系数的改变来模拟研究岩土体在压力作用下渗透性能的变化，无法直观形象的展示颗粒充填介质渗透失稳过程的演化，也无法模拟固体颗粒流失的过程以及与之伴随产生的水量、流速和浑浊度的变化等现象的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种用于充填介质渗透失稳试验中颗粒收集与分流装置与方法。

如图1-图4所示，一种用于充填介质渗透失稳试验中颗粒收集与分流装置，包括过滤系统、导流系统、分流系统、测量系统、颗粒收集系统和排气装置。

过滤系统包括大粒径金属滤网1、过滤室2，过滤室2有矩形和圆形两种形状，上部放置有大粒径金属滤网1，根据需要可选择不同形状和孔径的过滤室与金属滤网，滤网孔径根据粗颗粒最小粒径来确定。

如图5-图8所示，矩形过滤室内部装有支撑杆14，支撑杆14为金属滤网提供支撑以防止大滤径金属滤网受压破坏；

导流系统包括导流管4和上下两个控制阀，导流管与过滤室之间直接连接并可通过控制阀控制连通，进而实现对试验进程的灵活控制；

分流系统包括分流导管和小粒径金属滤网5，分流导管与导流管直接连接，分流导管前端装有小粒径金属滤网5，滤网半径应小于颗粒充填介质的最小粒径，滤网后装有阀门以控制分流导管的连通；

测量系统包括流量计8、流速计9和浊度计10，浊度计10、流量计8、流速计9安装在分流导管之上，实现对流体流量、流速、浑浊度的实时测量；

颗粒收集系统包括固定收集器11和活动收集器12，固定收集器11与分流导管12直接连接，用来收集颗粒收集与分流之后的液体，活动收集器12与导流管4之间通过螺纹旋接，用来收集固体颗粒。

排气装置包括排气软管和软管夹13，排气软管安装于导流管末端阀门之后，与抽气筒配合使用可抽出导流管内多余气体。

利用上述装置实现充填介质渗透失稳试验中颗粒收集与分流的方法，结合图例说明具体步骤如下：

(1)连接装置各个部分，调整流量计8、流速计9、浊度计10读数归零，活动收集器12测重后装满水旋接在导流管上，活动收集器未装水前重量记为G小前；

(2)关闭导流管和分流导管上的控制阀门3、6、7，取下排气软管夹，使用抽气筒将导流管内多余气体抽出后夹紧排气软管；

(3)打开导流管上部控制阀门3和分流导管控制阀门6，将已测定体积、重量的试验流体通过大粒径金属滤网1加入过滤室内，并打开导流管下部控制阀门7；

(4)待导流管内流体稳定后读取并记录流量计8、流速计9和浊度计10的读数；

(5)每隔十分钟关闭导流管下端控制阀门7，取下活动收集装置，测量重量G小后并记录，计算收集的固体颗粒重量。重新装水旋接在导流管下端，打开控制阀门7，重复本步骤操作。

(6)待导流管和分流导管内不再有液体流出时关闭导流管和分流导管上的控制阀门3和6；

(7)收集晾干大粒径金属滤网上固体，测量并记录其重量G大，取下活动收集器测量重量。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。