一种模拟定向水流作用下砂性土悬浮迁移过程的测试装置及测试方法与流程

本发明涉及一种实验方法，尤其是一种定量模拟定向水流作用下砂性土悬浮迁移过程的测试装置及测试方法。

背景技术：

1、我国水利资源丰沛，为了使得水资源得到有效的利用，我国修建了大量水库、水电站、堤防等水利设施。

2、渗透破坏是导致堤坝溃决失事的主要原因之一，对人们的生命和财产安全构成了巨大的威胁。61.1%的大坝灾害是由坝体和坝基渗漏引起的。土力学中渗透破坏有管涌、流土、接触流土和接触冲刷四种类型，其中管涌和流土型渗透破坏是堤坝中最常见的。管涌多发生于间断级配土中，破坏时的临界水力梯度小，破坏时间长，但并不会直接造成土体结构破坏；而流土多发生于颗粒级配均匀土中，破坏时的临界水力梯度较大，危害性巨大，是土体的整体破坏，一旦抢险不及时或处置措施不得当，就会造成土体结构破坏，导致发生溃堤灾害。无论何种类型的渗流破坏都必须得到及时有效的处理，否则将导致大坝的坍塌，从而对水利工程造成重大损害。但管涌和流土破坏之间区别并非绝对的，管涌通道贯通上游后，如果渗流水力梯度持续增加，管涌土体也会出现流土破坏，因此可以说堤坝最终的渗流破坏形式是流土破坏。

3、研究高水头作用下砂土渗透的渗透破坏机制，对于有效控制水流作用下的工程灾害具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟定向水流作用下砂性土悬浮迁移过程的测试装置及测试方法，借助该装置和方法能在可控压力水头条件下对砂性土的渗透破坏进行定量化的研究。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟定向水流作用下砂性土悬浮迁移过程的测试装置，包括由底板、侧板围合而成的可视化试验箱，和向试验箱供水的供水装置，试验箱的底板上开有进水孔，于试验箱中铺设有设定厚度的砂性土，侧板上开有高于砂性土表面的溢流口，砂性土中于设定部位均匀填入有染色沙颗粒并于设定部位预设有测压孔；

3、所述供水装置通过所述进水孔与试验箱连通，供水装置包括与常压供水管路连接的增压泵；

4、还包括孔压测试装置和高速摄像机，孔压测试装置用于测量各测压孔对应的水压力，高速摄像机用于一种模拟定向水流作用下砂性土悬浮迁移过程的测试装置，包括由透明底板、侧板围合而成的试验箱，和向试验箱供水的供水装置，其特征是：

5、试验箱的底板上开有进水孔，于试验箱中铺设有设定厚度的砂性土，侧板上开有高于砂性土表面的溢流口，砂性土中于设定部位均匀填入有染色沙颗粒并于设定部位预设有测压孔；

6、所述供水装置通过所述进水孔与试验箱连通，供水装置包括与常压供水管路连接的增压泵；

7、还包括孔压测试装置和高速摄像机，孔压测试装置用于测量各测压孔对应的水压力，高速摄像机用于记录试验中砂土颗粒的运动过程。上述装置的供水装置可用于得到高于常压的水压，从而模拟实际环境中砂性土体承受水头压力的情况，并可调节水压变化，直到发现可导致砂性土液化的临界值，可视化箱体配合染色沙颗粒和高速摄像机，可直观反映出砂土颗粒的运动过程，所述进水孔应足够小，使得具有适宜粒径和密实度的饱和砂性土不会由该小孔渗漏，所述溢流口用于控制箱内水位。

8、采用前述测试装置的一种模拟定向水流作用下砂性土悬浮迁移过程的测试方法，包括以下步骤：

9、（a）在平整的场地安装所述测试装置的试验箱并根据实验设计逐层铺设好具有指定密实度和颗粒粒径的砂性土、埋设测压孔，待高度达到要求后修整顶面至平整，由试验箱顶部敞口位置向试验箱内注水，使得箱体内砂性土饱和，水位达到溢流口高度；

10、（b）连接测压孔与孔压测试装置，连接进水孔与供水装置并确认试验箱无漏水现象；

11、（c）打开高速摄像机，然后打开供水装置，在流速稳定后，调节增压泵，观察砂性土悬浮迁移过程，并记录砂性土发生液化的临界水力梯度。采用该方法即可实现利用本发明的测试装置进行砂性土液化的过程模拟，并测定不同粒径尺度的饱和砂性土发生液化的临界水力梯度。

12、本发明的有益效果是：适用于不同粒径尺度的砂性土，通过增压泵调节进水口压力，模拟不同粒径尺度的砂性土液化过程，为评价砂性土液化引起的地基失效等问题提供技术支撑。

技术特征：

1.一种模拟定向水流作用下砂性土悬浮迁移过程的测试装置，包括由底板（91）、侧板（92）围合而成的可视化试验箱（9），和向试验箱（9）供水的供水装置，其特征是：

2.采用如权利要求1所述的模拟定向水流作用下砂性土悬浮迁移过程的测试装置的测试方法，其特征是包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种模拟定向水流作用下砂性土悬浮迁移过程的测试装置及测试方法，借助该装置和方法能测试装置包括可视化试验箱，供水装置箱和孔压测试装置，箱中铺设砂性土试样并于设定部位预设有测压孔，测试方法通过供水装置提供高于常压的可变水压，通过孔压测试装置测量各测压孔对应的水压力，通过高速摄像机记录试验中砂土颗粒的运动过程，调节水压变化直到发现可导致砂性土液化的临界值。本发明在可控压力水头条件下对砂性土的渗透破坏进行定量化的研究，从而模拟实际环境中砂性土体承受水头压力的情况，适用于不同粒径尺度的砂性土，为评价砂性土液化引起的地基失效等问题提供技术支撑。

技术研发人员：王松,刘文刚,张成雷,张秀英,石海龙,陈创业,刘卫东,胡刚,汪振众,高航,杨光,程云龙,姜文杰,谢凯,任应禄,田华博,邵勇强,符文熹,叶飞
受保护的技术使用者：中铁十九局集团第三工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31