一种测定不同地基压实度下海堤工程管涌现象的试验装置的制作方法

本实用新型属于管涌现象的试验装置，尤其涉及一种测定不同地基压实度下海堤工程管涌现象的试验装置。

背景技术：

管涌等渗透破坏在海堤工程中非常普遍。据统计，由渗透破坏造成的险情约占总险情的70％，除漫顶险情外，海堤溃口险情几乎全部是管涌等渗透破坏所致。故海堤工程的管涌等渗透破坏问题已经受到了学术及工程界的普遍关注。

申请号为201310052803.7，名称为“一种研究海堤工程管涌现象的试验装置及试验方法”的发明专利公开了一种研究海堤工程管涌现象的试验装置，该试验装置包括：具有进水口的模型槽、连接进水口的基于单片机的智能水头控制系统、位于模型槽外侧面不同位置的若干水头测量装置、设置于模型槽内上游处的透水板、设置于模型槽内下游处的隔板、设置于隔板外侧的排水孔、排水孔下部接有电子流量计。所述装置通过基于单片机的智能水头控制系统使施加于土样的水头差随时间呈正弦曲线变化，模拟海浪、潮汐等循环涨落水流对海堤工程的冲击作用，同时也克服了现有管涌试验模型装置误差大、尺寸效应明显及精度低等的缺陷。

然而，实际工程中，海堤工程工后地基的压实程度对管涌的发展也有着有较大的影响，因此在控制模拟条件时应考虑压实程度的影响。

技术实现要素：

实用新型的目的：本实用新型的目的是提供一种能够对地基模型进行加压，且对地基模型压实程度的进行定量控制的海堤工程管涌现象的试验装置。

技术方案：本实用新型测定不同地基压实度下海堤工程管涌现象的试验装置，包括模型槽，设于该模型槽下游端内的可移动透水箱，该可移动透水箱的四周与所述模型槽的内壁贴合，设于该模型槽侧壁不同位置的水头测量装置，与该模型槽上游端相连通的缓冲室，该缓冲室的另一端与带有进水口的上游进水室相连通，该进水口通过进水管使得上游进水室与基于单片机的智能水头控制系统相连接，所述模型槽的下游端壁上设有用于推动所述可移动头水箱前后移动的推进装置。优选的，本发明的缓冲室内填充有卵石；基于单片机的智能水头控制系统包括水头升降装置、控制水头升降装置的电机及控制电机的控制箱，所述水头升降装置通过管道连接进水口。

进一步说，本发明模型槽的外侧壁上设有用于测量可移动透水箱移动距离的刻度，所述可移动透水箱内填充有卵石，其上下游端的围板为透水板，其中，靠近模型槽下游端的透水板上设有交叉的T型截面钢结构，交叉点为倒圆锥形的凹槽。

更进一步说，本发明的推进装置包括螺栓及螺母，其中，螺栓与可移动透水箱接触的一端为圆锥形，其与透水板上的交叉点相吻合，用于抵住可移动透水箱，螺母为十字轴螺母，所述螺栓通过拧动该十字螺母进行旋入和退出，而十字螺母形似十字轴承，通过其上下左右四个接口插入钢棍，增大力矩而便于拧动螺母。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的显著优点为：该装置通过采用可移动透水箱，并通过推进系统对地基模型均匀地进行加压，以模拟不同地基压实度下的海堤工程，且通过在模型槽外侧设置水平向毫米精度刻度来测读移动距离，并能够通过以下推导公式换算成孔隙比并以此表征压实程度：

已知槽体底面积S、土样的土粒比重G_s＝2.65及4℃时纯水密度ρ_w

∵

∴

∵土样在饱和状态下V_v＝V_w，且V＝SH

∵密实度可由孔隙率n表示

$n=\frac{V_v}{V}=\frac{V-V_s}{V}=1-\frac{m_s}{{\mathrm{SHG}}_s{\mathrm{\ρ}}_w}$

∴只需要量测得到m_s和H的数值即可得到孔隙比，从而表示密实度。

式中:ρ_s-土粒密度；V_s-土粒所占体积；m_s-土粒质量；H-土样高度；V_v-孔隙体积；V_w-孔隙水体积；V-土的总体积；S-底板表面积。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是可移动透水箱结构示意图；

图3是十字轴螺母结构示意图。

图中：1、模型槽，2、可移动透水板，3、水头测量装置，4、缓冲室，5、上游进水室，6、进水管，7、智能水头控制系统，8、推进装置，9、螺栓，10、螺母，11、水头升降装置，12、电机，13、控制箱，14、计算机终端，15、数据采集及传输模块，16、电子流量计，17、管涌口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本发明测量不同地基压实度下海堤工程管涌现象的试验装置，其特征在于：包括模型槽1，设于该模型槽1下游端内的可移动透水箱2，该可移动透水箱2的四周与所述模型槽1的内壁贴合，设于该模型槽1侧壁不同位置的水头测量装置3，与该模型槽1上游端相连通的缓冲室4，该缓冲室4内填充有卵石，能够缓冲水流，所述缓冲室4的另一端与带有进水口的上游进水室5相连通，该进水口通过进水管6使得上游进水室5与基于单片机的智能水头控制系统7相连接，该智能水头控制系统7包括水头升降装置11、控制水头升降装置的电机12及控制电机的控制箱13，所述模型槽1的下游端壁上设有用于推动所述可移动透水箱2的推进装置8。

其中，所述模型槽1外侧设置水平向毫米精度刻度来测读可移动透水箱2的移动距离；所述可移动透水箱2内填充有卵石，其上下游端的围板为透水板，其中，如图2所示，靠近模型槽1下游端的透水板上设有交叉的T型截面钢结构，交叉点为倒圆锥形的凹槽，其与设于模型槽1的下游端壁上的推进装置8相接触，该推进装置8包括螺栓9及螺母10，其中，所述螺栓9在下游端壁平面内自由旋转，且其与可移动透水箱2接触的一端为圆锥形，与透水板上的交叉点相吻合，而所述的螺母10为十字轴螺母，该螺母固定于下游端壁上，如图3所示，该十字轴螺母有四个接口用于插入钢棍，加大力臂；所述的水头测量装置3为水压力传感器，该水压力传感器通过数据采集及传输模块15连接于计算机终端14，且该水压力传感器读数精度为毫米，能够实时监测记录渗流过程中每一秒的模型槽1各处的水头高度；所述模型槽1的下游端还设有与计算机终端14直接连接的电子流量计16，能够实时监测、连续记录模型试验各时刻的流量。

本实用新型的实施过程如下：使用时，水流通过智能水头控制系统经进水管和进水口进入上游进水室，模型槽下游端围板上的出水口暂时关闭；在模型槽内分层抛填土样，确认填满整个槽体之后，密封模型槽，读数记录模型槽初始位置；打开出水口，将钢棍插入十字轴螺母，手动使其转动，可移动透水箱向前推进，模型体积减小，当达到预定移动距离时，停止转动，再由智能水头控制系统实现水头的变化，实验过程中水头测量装置自动采集模型槽内不同位置的水头数据，电子流量计实时监测记录整个渗流发展过程的流量，得到相应的渗流场。

综上所述，该装置能在原有的模拟海堤工程各种水力梯度下的管涌发展过程之上模拟不同地基压实度下的管涌过程，利于对堤防管涌的试验研究。