一种循环水头下海堤工程管涌的试验装置的制作方法

本实用新型涉及水利工程渗透破坏试验技术领域，具体涉及一种循环水头下海堤工程管涌的试验装置。

背景技术：
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随着我国水利建设规模的进一步扩大，未来将出现一大批堤防工程。据统计，由渗透破坏所导致的险情约占总险情的七成以上，除漫顶险情以外，海堤溃口险情几乎全是包括管涌在内的渗透破坏所导致的，所以渗透破坏灾害成为工程和理论界高度关注的重要问题。

对于常水头下海堤工程的渗透破坏，前人已作出不少研究，但由于潮涨潮落和波浪循环冲击的周期都很短，很难对堤基受到的水荷载进行模拟，所以针对海浪、洪水、潮汐等水位循环涨落作用下的海堤工程管涌破坏特性的研究依然不多。现有技术中的一些可研究海堤工程管涌现象的试验装置，基于单片机的智能水头控制系统对土样施加随时间呈正弦变化的水头差，致使土样发生管涌破坏，但单片机系统存在抗干扰能力弱、易故障等缺点，因此该套水头系统在试验中的实践性不强。

由于包括管涌在内的渗透破坏发生的缓慢性，因此传统的研究管涌的试验装置往往需要耗费大量的水资源，这与国家倡导的资源节约型社会的建设理念不符，亟需提出一种可节约资源的试验装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种循环水头下海堤工程管涌的试验装置，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。

为达到上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：

一种循环水头下海堤工程管涌的试验装置，包括水头调节系统和管涌发生系统；所述水头调节系统包括转轮，所述转轮的侧面上连接有供水箱，所述转轮的中心转轴上还连接有驱动所述转轮转动的驱动装置；所述管涌发生系统包括玻璃槽、进水管和溢水管，所述玻璃槽顶面所在的水平面低于所述供水箱在所述转轮上最低点所在的水平面，所述进水管的一端从所述供水箱的底面连通到所述供水箱内，另一端从所述玻璃槽的底面连通到所述玻璃槽内；所述溢水管的一端连通到玻璃槽内，另一端连通到供水箱中，所述溢水管用于将玻璃槽中的水排到供水箱中；所述玻璃槽的侧壁上连接有测压管，所述测压管贯通到玻璃槽的内部。

本实用新型的优点在于：

1、通过设置的转轮，能够给本装置提供不同的水头，且转动的转轮能够提供正弦变化的水头，为试验提供了较好的模拟环境；电机带动转轮转动非常易于实现，相对于单片机等控制类本装置较稳定；

2、本装置中的水能够在供水箱和玻璃槽中循环，节约能源，保护环境，符合经济可持续发展的理念。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式海堤工程管涌的试验装置的整体示意图。

其中：1、转轮；2、电机；3、控制箱；4、溢水管；5、供水箱；6、支架；7、进水管；8、抽水泵；10、饱和沙土；11、玻璃槽；12、测压管。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1所示，一种循环水头下海堤工程管涌的试验装置，包括水头调节系统和管涌发生系统；水头调节系统用于提供不同高度差下的水头和能够随时间呈正弦变化的水头，管涌发生系统用于测试管涌现象。水头调节系统和管涌发生系统相结合，完成本试验。其中，整个系统中的水资源能够循环利用，节约了水资源复合经济可持续发展的理念。

具体的，水头调节系统包括转轮1，转轮1有两个，转轮1是靠驱动装置驱动其转动，两个转轮1的中心轴在同一条直线上，驱动装置为双头电机2，两个转轮1分别安装在双头电机2的两个驱动端，设置两个转轮1的目的是为了使提高转轮1在高空转动时的平衡。双头电机2通过导线和外部控制箱3电性连接，外部控制箱3能够为双头电机2提供电源，且外部控制箱3能够控制双头电机2的转速。转轮1的外侧面上固定有供水箱5，供水箱5中装有水，供水箱5的顶面设有箱盖，箱盖能够打开并向供水箱5中加水，箱盖上设有进水口。转轮1转动，供水箱5随着转轮1一起转动，供水箱5的高度随着转轮1的转动而变化。因供水箱5的高度是不断变化的，所以供水箱5和管涌发生系统间的水头是不断变化的，且转动的转轮1能够提呈正弦变化的水头。更具体的，供水箱5和管涌发生系统之间的水头差可用y＝Asin(ωt+ψ)+H来表示。其中，A为转轮1的直径；ω为转轮1的角速度；ψ表示初相，与供水箱5的初始位置有关；H表示转轮1中心处与管涌发生系统中玻璃槽11顶面的高度差。

管涌发生系统包括玻璃槽11、进水管7和溢水管4，玻璃槽11顶面所在的水平面低于供水箱5在转轮1上最低点所在的水平面，目的是为了保障水头调节系统中供水箱5中的水能够顺利进入到玻璃槽11中。玻璃槽11为有机玻璃槽11，玻璃槽11的底部放置有饱和砂土10。进水管7的一端从供水箱5的底面连通到供水箱5内，另一端从玻璃槽11的底面连通到玻璃槽11内。目的是为了能够使供水箱5中的水流到玻璃槽11中，水慢慢流到砂土中，排除砂土中的气泡。溢水管4的一端连通到玻璃槽11内，位于玻璃槽11中的饱和砂土10的上方，另一端连通到供水箱5顶部箱盖的进水口内，溢水管4用于将玻璃槽11中的水排到供水箱5中。具体的，溢水管4和抽水泵8相连通，抽水泵8和外部电源相连接，启动抽水泵8，使玻璃槽11中的水抽到供水箱5中。玻璃槽11的侧壁上连接有测压管12，测压管12贯通到玻璃槽11的内部的饱和砂土10中，测压管12的形状为L形。测压管12的一端伸入到饱和砂土10中，另一端的指向和玻璃槽11的指向相同。测压管12有多个，多个测压管12之间的间距相同，根据测压管12中水位的高低，实时监测饱和砂土10中水头的变化情况。

在本实施例中，该试验装置还包括支架6，支架6的底端固定在地面上，转轮1固定在支架6的顶端，支架6用于对转轮1的固定。还设有用于固定玻璃槽11和抽水泵8的固定装置。

在本实施例中，进水管7和溢水管4的长度均大于三倍供水箱5和玻璃槽11之间的水平距离。在转轮1转动过程中，供水箱5的高度是随着转轮1的变化而变化的，所以供水箱5和玻璃槽11之间的距离也是不断变化的。为了满足在转动过程中，进水管7和溢水管4的长度足够，所以在设计时要求，进水管7和溢水管4的长度均大于三倍供水箱5和玻璃槽11之间的水平距离。

本实用新型的操作过程可以为：向玻璃槽11内分层填筑砂土，抬升供水箱5的高度中的水头使玻璃槽11中的砂土缓慢饱和24h以排除气泡；通过控制箱3输入电机2的转速，以带动转轮1转动；本实施例中的转速设为2r/s，转轮1中心处与玻璃槽11的竖直高差0.3m，供水箱5初始位置与转轮1中心处齐平；在水头的作用，水流从供水箱5经过进水管7，进入玻璃槽11内冲击饱和砂土10；启动抽水泵8，将玻璃槽11内表层的水缓慢抽回供水箱5内，使水流形成供水箱5-进水管7-玻璃槽11-溢水管4-供水箱5的循环；试验过程中利用测压管12实时监测饱和砂土10的水头变化；当观察到有明显的管涌即细小颗粒在粗颗粒形成的孔隙内发生移动并被带出的现象时，试验完成。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。