一种自启动负压排水试验装置的制作方法

本发明属于岩土工程领域，涉及一种边坡自启动负压排水试验装置，适用于边坡自启动负压排水的负压区空腔分析测量、模拟自然环境自启动排水间隔分析、定量定性测定砂土样渗透系数、降雨时长间隔等因素对于边坡自启动负压排水负压区大小的影响的试验装置。

背景技术：

大量滑坡是因为降雨入渗引起坡体地下水位上升而诱发的。坡体地下水位上升是一个降雨入渗的积累过程，采取持续有效的排水措施，实时排出入渗坡体的地下水，可以减少大量滑坡灾害的发生。

当前边坡的主要排水措施有：地表排水沟和排水盲沟、集水井抽水、水平排水孔、地下排水洞等。地表排水沟和排水盲沟等地表排水措施，其排水的有效性难以保证；集水井抽水需要动力和经常性管理，能源消耗大，使用成本高；水平排水孔因倾角小，自然排水过程中容易发生堵塞，影响排水措施的长期有效性；地下排水洞施工周期长、工艺复杂、费用高。边坡负压自启动排水系统及方法是一种持续有效的边坡地下水排水措施，其通过在坡体内形成排水负压，迫使周围地下水快速进入负压区并排出坡体外。但是目前对于其排水过程中负压区空腔大小、实际降雨过程中的排水情况与效果的研究还有待研究。

技术实现要素：

本装置在定量测量砂土样渗透系数的基础上，同时可以研究自启动负压排水的过程中不同位置负压区的压强变化情况同时分析出负压区的负压空腔变化情况和在模拟自然降雨过程中，边坡自启动负压排水的效果与各项数据的变化。

本发明的技术方案为：一种自启动负压排水试验装置，包括模型箱、上出水口、下出水口、防泥筛板、出水管、透明细水管、喷头、顶盖、可调节喷水装置，所述的模型箱的底部设置下出水口，模型箱的顶部设置上出水口，上出水口和下出水口之间设置两块防泥筛板，防泥筛板与模型箱内壁密封，试验土体放置在两块防泥筛板之间，模型箱顶部设置顶盖，顶盖上连接喷头，喷头与可调节喷水装置连接，模型箱不同高程处设置若干出水孔，一侧出水孔连接若干透明细水管，另一侧出水孔连接若干出水管，所述的防泥筛板上设置透水孔，防泥筛板上包裹过滤材料。

进一步地，所述的模型箱采用透明亚克力材料，模型箱下放置橡胶保护垫。

进一步地，所述的透明细水管为等间距观测水位用的示水管。

进一步地，所述的出水管可伸缩并调节长度，根据需要伸入到试验土体的空腔中。

进一步地，所述的过滤材料可使用土工布。

进一步地，所述的下出水口与导水管连接，导水管的出水口放入量筒中。

本发明使用的具体步骤如下：

(1)放置模型箱；

(2)装入试验土体，缓慢调节可调节喷水装置使模型箱内试验土体吸水饱和，下方防泥筛板与模型箱的空腔体内充满水；

(3)调节可调节喷水装置，水位稍稍没过上出水口，因为上出水口的存在，模型箱内试验土体上水头保持恒定，此时试验土体渗流出水通过下出水口排入量筒内；

(4)根据达西定律和达西渗透试验，测量上下出水口水头差，分时间段记录量筒刻度读数变化，计算排水速率，计算出试验土体的渗透系数；

(5)调节可调节喷水装置，进行持续模拟降水，此时试验土体由于负压排水速率与渗流速率出现差异的原因会在试验土体内部形成负压区空腔，观察测量下出水口排水速率和测量一定时间内不同位置透明细水管水位升降，来判断试验土体在持续降雨的自然环境下不同位置的负压区空腔位置抽水量与空腔大小形状变化情况；

(5)调节可调节喷水装置，进行一段时间内的间隔模拟降水，观察测量下出水口排水速率和测量一定时间内的不同位置透明细水管水位升降，来判断试验土体在间隔降雨的自然环境下不同位置的负压区空腔位置抽水量与空腔大小形状变化情况以及发展；

(6)放入不同类型试验土体，测量不同土质、不同渗透系数的试验土体在不同降雨环境下负压自启动排水管排水速率变化以及负压区空腔变化情况。

本发明的有益效果如下：

1.本发明是通过调控可调节喷水装置流量参数，通过达西定律和达西渗透试验的方法，对模型箱中的试验土体的渗透系数k进行测定。

2.本发明可以进行模拟降水过程的喷水，测出排水口的排水速率，通过观测透明细水管在一定时间内液面的高低变化判断相应空腔体位置抽走水量以及空腔形成的大小形状以及发展。

3.本发明通过排水量测出排水速率，可以做出所测试的负压自启动排水管排水速率与降水速率的函数关系。

4.本发明通过防泥筛板的设计，既阻止了土体泥沙流失对于实验的影响，又保证了排水速率测量的准确性，使操作更加精确可靠。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的侧视图；

图3是防泥筛板的局部示意图；

图中，模型箱1、上出水口2、下出水口3、防泥筛板4、出水管5、透明细水管6、喷头7、顶盖8、可调节喷水装置9、透水孔10、过滤材料11、橡胶保护垫12、量筒13、试验土体14。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图1-3所示，一种自启动负压排水试验装置，包括模型箱1、上出水口2、下出水口3、防泥筛板4、出水管5、透明细水管6、喷头7、顶盖8、可调节喷水装置9，所述的模型箱1的底部设置下出水口3，模型箱1的顶部设置上出水口2，上出水口2和下出水口3之间设置两块防泥筛板4，防泥筛板4与模型箱1内壁密封，试验土体14放置在两块防泥筛板4之间，模型箱1顶部设置顶盖8，顶盖8上连接喷头7，喷头7与可调节喷水装置9连接，模型箱1不同高程处设置若干出水孔，一侧出水孔连接若干透明细水管6，另一侧出水孔连接若干出水管5，所述的防泥筛板4上设置透水孔10，防泥筛板4上包裹过滤材料11。

模型箱1采用透明亚克力材料，模型箱1下放置橡胶保护垫12。透明细水管6为等间距观测水位用的示水管。出水管5可伸缩并调节长度，根据需要伸入到试验土体14的空腔中。过滤材料11使用土工布。下出水口3与导水管连接，导水管的出水口放入量筒13中。

本发明使用的具体步骤如下：

(1)放置模型箱1；

(2)装入试验土体14，缓慢调节可调节喷水装置9使模型箱1内试验土体吸水饱和，下方防泥筛板与模型箱的空腔体内充满水；

(3)调节可调节喷水装置9，水位稍稍没过上出水口2，因为上出水口2的存在，模型箱1内试验土体14上水头保持恒定，此时试验土体14渗流出水通过下出水口3排入量筒13内；

(4)根据达西定律和达西渗透试验，测量上下出水口水头差，分时间段记录量筒刻度读数变化，计算排水速率，计算出试验土体14的渗透系数；

(5)调节可调节喷水装置9，进行持续模拟降水，此时试验土体14由于负压排水速率与渗流速率出现差异的原因会在试验土体14内部形成负压区空腔，观察测量下出水口3排水速率和测量一定时间内不同位置透明细水管6水位升降，来判断试验土体14在持续降雨的自然环境下不同位置的负压区空腔位置抽水量与空腔大小形状变化情况；

(5)调节可调节喷水装置9，进行一段时间内的间隔模拟降水，观察测量下出水口3排水速率和测量一定时间内的不同位置透明细水管6水位升降，来判断试验土体在间隔降雨的自然环境下不同位置的负压区空腔位置抽水量与空腔大小形状变化情况以及发展；

(6)放入不同类型试验土体14，测量不同土质、不同渗透系数的试验土体14在不同降雨环境下负压自启动排水管排水速率变化以及负压区空腔变化情况。