专利名称：渗透破坏现象实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于岩土力学中土压力实验仪器领域，尤其涉及一种演示包括流土、管涌等渗透破坏现象的实验演示装置。
背景技术：
土的渗透性和渗流问题的研究已经成为土力学和岩土工程领域的一个重要和有实际意义的课题，它和人类生活密切相关，涉及到的领域有水利、建筑、交通、采矿、石油、农业和环境等。渗透破坏是指水在土孔隙中流动而导致的土体结构破坏，如在坡面、挡土墙等结构物中常常会由于水的渗透而造成内部应力状态的变化而造成失稳；土坝、堤坝、基坑等结构物会由于管涌逐渐改变地基土内的结构而酿成破坏事故。渗流破坏特别是局部渗透 破坏在工程事故中极为常见。就单一土层来说，渗流变形的主要形式是流土和管涌。在向上的渗透水流作用下，表层土局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象叫做流土，主要发生在地基或下游渗流溢出处。在渗透水流作用下，土中的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象，这种现象叫做管涌。管涌发生的部位即可在渗流溢出处，也可以在土体内部。无粘性土体在一定水力梯度作用下产生的渗透破坏现象，可以利用该演示装置形象的演示出来，并能测定其发生渗透破坏时的临界水力梯度。该装置由适当型号水泵提供水流，可以实现水的循环利用，轻巧灵便。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种演示包括流土、管涌等渗透破坏现象的实验演示装置，它可以形象地演示各种无粘性土体在足够大的水力梯度作用下产生的流土现象，以及一定级配的无粘性土在一定水力梯度作用下产生管涌的现象，并能够测定其发生渗透破坏时的临界水力梯度。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种渗透破坏现象实验装置，其特征在于包括渗流容器、储水容器、测压管、透水板、导管、止水阀、水泵以及试验土体；所述的透水板设置在渗流容器的下端，在透水板下面为进水腔，在透水板上设置所述的实验土体，所述的测压管设置在渗流容器的外侧上且管口在透水板上端，在所述的渗流容器的上端还设置有一排水口，所述的导管的一端连接渗流容器的进水腔，导管的另一端连接至所述的储水容器，所述的水泵和止水阀设置在导管上。在所述的排水口连接有一排水管，排水管的另一端连接至所述的储水容器。所述的渗流容器为透明有机玻璃筒；所述的测压管为标有刻度的玻璃管。本实用新型的工作过程如下储水容器中的水经水泵加压后进入渗流容器，在渗流容器的土体中形成由下而上的渗流，通过控制阀门大小可调整流速，可演示渗透、砂沸等现象。当渗流容器内水位高度达到排水口后，多余的水可经软管流回储水容器，形成水流循环。渗流容器侧壁的测压管可以显示渗流时土体底部的测压管水头。本实用新型的有益效果是通过开启、关闭止水阀，并利用水泵作用，可以演示出无粘性土体在一定水力梯度作用下产生的渗透破坏现象，并能测定其发生渗透破坏时的临界水力梯度。该装置由适当型号水泵提供水流，可以实现水的循环利用，轻巧灵便。
图I为本实用新型的结构示意图。图2为静水和渗透情况的下的水头。图中1、渗流容器，2、储水容器，3、测压管，4、排水管，5、透水板，6、导管，7、止水阀，8、水泵,9、试验土体，10、水，11、水和土混合体。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细描述如图I所示，本实用新型包括渗流容器1，储水容器2，测压管3，排水管4，透水板5，导管6，止水阀7，水泵8，试验土体9 ;渗流容器I的顶端接有排水管4，和储水容器2顶端连通；渗流容器I的底端接导管6，通过导管6、止水阀7和水泵8与储水容器2底端连通；渗流容器I的导管6接口上侧设置透水板5，透水板5上放置试验土体9 ;渗流容器I中试验土体9的底端设有一个接口，接有测压管3。所述的渗流容器I为透明有机玻璃筒，顶端装有保持水面高度恒定的排水管4出口，底端设置透水板5，导管6接口，测压管3接口。所述的测压管3为玻璃管，上边标有刻度。演示实验前，先在渗流容器内装砂，为使现象明显，在流土实验中，选用浅色土样；在管涌实验中粗细颗粒选用易于区分的不同颜色，如细颗粒采用黑砂，粗颗粒采用精白纱粗细颗粒质量之比在3:1到4:1之间，粒径之比不小于10。以上所选用的土样均为洗净的样品。这样，试样土样所发生的流土或管涌现象均可透过有机玻璃清楚地观察到。为了防止渗流底部透水板淤堵，装填土样前在透水板上铺设一张滤纸。渗流容器顶端连接排水管，当渗流容器内水位高度达到排水管口后，能够保持水面高度恒定，多余的水可经软管流回储水容器，形成水流循环。水自渗流容器底部导管接口经过透水板进入土体，这样可以消除水流对土体底部的局部冲击。演示时，接通水泵电源，打开阀门，水开始从储水容器进入渗流容器，在土样内形成渗流。调节阀门，加大水流，同时测压管水头上升，砂内开始出现砂沸现象，并在砂体上表面出现砂被水顶起的现象，即流土 ；或出现细颗粒被水从粗颗粒的孔隙中带走后留下粗颗粒的现象，即管涌现象。如图2所示，其中A、B、C为三个水位的位置。若关闭止水阀，使水泵不工作，此时渗流室内的水处于静止状态。若其水位在位置G可以发现测压管的水位在相同高度，即办点。以底面J为计算水头的基准面即a点。那么J处的水头巧=A1 f处的水头尽=A115 A.C的水力梯度Hac=Q。若开启止水阀，将储水容器中的水抽向渗流容器，则渗流容器内的水处于向上渗流状态。当发生渗透破坏时，测压管的水位上升到点C，。那么d处的水头^=A1+A2 f处的水头尽=\。I C的水头差为Zl4。即可计算出该种土样发生渗透破坏时的临界水力梯度I=A2U1。在临界水力梯度的测定实验中，所用的试样可不局限于权利要求书中给出的，对于其他土样也可以测定。 ·
权利要求1.一种渗透破坏现象实验装置，其特征在于包括渗流容器(I)、储水容器(2)、测压管(3)、透水板(5)、导管(6)、止水阀(7)、水泵(8)以及试验土体(9);所述的透水板(5)设置在渗流容器(I)的下端，在透水板(5)下面为进水腔，在透水板(5)上设置所述的实验土体(9)，所述的测压管(3)设置在渗流容器的外侧上且管口在透水板(5)上端，在所述的渗流容器(I)的上端还设置有一排水口，所述的导管(6)的一端连接渗流容器(I)的进水腔，导管(6)的另一端连接至所述的储水容器(2)，所述的水泵(8)和止水阀(7)设置在导管(6)上。
2.根据权利要求I所述的渗透破坏现象实验装置，其特征在于在所述的排水口连接有一排水管(4)，排水管的另一端连接至所述的储水容器(2)。
3.根据权利要求I所述的渗透破坏现象实验装置，其特征在于所述的渗流容器(I)为透明有机玻璃筒；所述的测压管(3)为标有刻度的玻璃管。
专利摘要本实用新型公开了一种渗透破坏现象实验装置，包括渗流容器、储水容器、测压管、透水板、导管、止水阀、水泵以及试验土体；透水板设置在渗流容器的下端，在透水板下面为进水腔，在透水板上设置所述的实验土体，测压管设置在渗流容器的外侧上且管口在透水板上端，在渗流容器的上端还设置有一排水口，导管的一端连接渗流容器的进水腔，导管的另一端连接至所述的储水容器，水泵和止水阀设置在导管上。本实用新型的有益效果是通过开启、关闭止水阀，并利用水泵作用，可以演示出无粘性土体在一定水力梯度作用下产生的渗透破坏现象，并能测定其发生渗透破坏时的临界水力梯度。该装置由适当型号水泵提供水流，可以实现水的循环利用，轻巧灵便。
文档编号G01N33/24GK202502646SQ20122010459
公开日2012年10月24日 申请日期2012年3月20日 优先权日2012年3月20日
发明者丁国权, 叶欣, 曲晨飞, 王豹, 袁俊平 申请人:河海大学