一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置

1.本实用新型涉及岩土工程渗流试验领域，尤其涉及的是一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置。


背景技术：

2.侧向渗流是指水流在地基的侧面渗入到土体中，在一定的水力梯度下土体内部的细颗粒沿着骨架颗粒形成的孔隙被渗流逐渐带出，并形成渗流通道的现象。渗流通道形成后会导致土体不断被水流侵蚀，使土体结构发生破坏，最终导致灾难性的后果。侧向渗流侵蚀是造成人工岛填土地基发生破坏的主要原因之一，是岩土工程领域研究的重点。
3.目前，现有技术主要是恒定水压条件下渗流侵蚀土体的角度进行研究，尚未考虑侧向波浪冲击下钙质砂的渗流侵蚀，缺乏相关的试验装置。
4.因此，现有的技术还有待完善和发展。


技术实现要素：

5.鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，提供一种全新的研究坝基渗流侵蚀的装置，使钙质砂坝基的侧向渗流侵蚀研究更加符合实际情况。
6.本实用新型的技术方案如下：
7.一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，包括：箱体、设置在箱体内的坝基模拟单元、波浪模拟单元、机械加载单元及监测单元，其中，
8.所述坝基模拟单元，设置在箱体内一侧，至少包括钙质砂地基；
9.所述波浪模拟单元，设置在箱体内坝基模拟单元的对侧，包括水和波浪发生器，其中，所述波浪发生器用于晃动水生产水波浪；
10.所述机械加载单元，设置在坝基模拟单元上，用于向钙质砂地基加压；
11.所述监测单元，设置在钙质砂地基内，用于监测收集钙质砂地基的变化数据。
12.如上所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其中，所述钙质砂地基包括底层钙质砂地基和上层钙质砂地基。
13.如上所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其中，所述坝基模拟单元还包括防波堤，所述防波堤固定在上层钙质砂地基上。
14.如上所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其中，所述箱体为长方体结构，包括箱体底及箱体壁，所述箱体底及箱体壁均采用透明钢化玻璃。
15.如上所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其中，所述波浪发生器，设置在水相对坝基模拟单元的一侧，包括往复直线电机及设置往复直线电机往复轴的不透水推板。
16.如上所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其中，还包括设置在箱体底部的进水口及设置在箱体壁上的排水口。
17.如上所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其中，还包括：设置在坝基模拟单元上方用于向坝基模拟单元喷水的花洒。
18.如上所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其中，所述监测单元包括多个土压传感器和多个孔隙水压传感器，其中，
19.所述多个土压传感器，均匀分布于钙质砂地基，用于实时监测对应分布位置的压力；
20.所述多个孔隙水压传感器，均匀分布于钙质砂地基，用于实时监测对应分布位置的孔隙水压。
21.如上所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其中，所述底层钙质砂地基的钙质砂粒径范围介于0.1mm-2mm；所述上层钙质砂地基的钙质砂粒径范围介于0.075mm-1mm。
22.如上所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其中，所述机械加载单元包括抵接板、位移传感器和荷载传感器，其中，
23.所述抵接板抵接于钙质砂地基上表面；
24.所述位移传感器，设置于抵接板上，用于实时获取钙质砂地基上表面的位移变化；
25.所述荷载传感器，设置于抵接板上，用于实时获取来自于钙质砂地基上表面的荷载变化。
26.与现有技术相比，本方案的有益效果如下：
27.本实用新型提供的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，包括：箱体、设置在箱体内的坝基模拟单元、波浪模拟单元、机械加载单元及监测单元，其中，所述坝基模拟单元，设置在箱体内一侧，至少包括钙质砂地基；所述波浪模拟单元，设置在箱体内坝基模拟单元的对侧，包括水和波浪发生器，其中，所述波浪发生器用于晃动水生产水波浪；所述机械加载单元，设置在坝基模拟单元上，用于向钙质砂地基加压；所述监测单元，设置在钙质砂地基内，用于监测收集钙质砂地基的变化数据。本实用新型实现了在顶部负荷和侧向波浪双重作用下对钙质砂地基的渗流侵蚀，有助于侧向渗流侵蚀相关机理的研究，克服了实际工程研究中尺寸过大，花费较大、耗时较长的缺陷；孔隙水压传感器和土压传感器均匀分布在地基中，可以较全面的反应对应位置的数据变化，便于规律的推论；可为工程实际操作中提供良好的咨询与建议，对相关理论研究验证等方面具有参考意义。
附图说明
28.图1是本实用新型的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置示意图；
29.图中各标号：1、透明钢化玻璃；2、不透水推板；3、往复直线电机；4、进水口；5、排水口；6、储水槽；7、下层钙质砂地基；8、上层钙质砂地基；9、防波堤；10、土压传感器；11、孔隙水压传感器；12、荷载传感器；13、位移传感器；14、雨量传感器；15、花洒。
具体实施方式
30.本实用新型提供了一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本实用新
型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
31.请参见图1，图1是本实用新型的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置示意图，如图1所示，本实用新型的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，包括：箱体、设置在箱体内的坝基模拟单元、波浪模拟单元、机械加载单元及监测单元，其中，所述坝基模拟单元设置在箱体内一侧，至少包括钙质砂地基；所述波浪模拟单元设置在箱体内坝基模拟单元的对侧，包括水和波浪发生器，其中，所述波浪发生器用于晃动水生产水波浪；所述机械加载单元设置在坝基模拟单元上，用于向钙质砂地基加压；所述监测单元设置在钙质砂地基内，用于监测收集钙质砂地基的变化数据。具体的，本实用新型采用了模拟方式实现对钙质砂坝基渗流侵蚀的研究，具体包括对钙质砂坝基、波浪进行模拟，实现了波浪冲击下侧向对钙质砂坝基渗流侵蚀研究，还提供了降雨模拟，实现了降雨时上侧对钙质砂坝基渗流侵蚀研究。监测单元用于实时监测钙质砂地基的变化，为侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的研究提供数据支撑。
32.关于坝基模拟单元设置，本实用新型提供的较佳实施例，坝基模拟单元主要用于模拟实际坝基结构，坝基模拟单元按实际坝基结构等比例缩放设置，坝基模拟单元包括钙质砂地基和防波堤9，钙质砂地基包括下层钙质砂地基7和上层钙质砂地基8，下层钙质砂地基7为自然钙质砂地基，上层钙质砂地基8为回填钙质砂地基，需要说明的是自然钙质砂地基是指未经过人工改造的，而回填钙质砂地基是经过人工改造的，这样设置的好处在于按现实坝基的构建制作本实用新型所用的模拟坝基，实际中，人们修建堤坝时都会对上层坝基进行回填，回填钙质砂地基指的是，在海洋环境中，人为的将环境中的钙质砂进行处理(比如改良级配)，然后在没有陆地的环境中，在海底的自然钙质砂地基上填海制造出海岛。所述下层钙质砂地基7的钙质砂粒径范围介于0.1mm-2mm；所述上层钙质砂地基8的钙质砂粒径范围介于0.075mm-1mm。防波堤9固定在上层钙质砂地基8上，防波堤9包括竖墙和与上层钙质砂地基8迎水面贴合的护岸，竖墙竖直设置在护岸上端，护岸的截面呈s形，这里所述迎水面是指与水接触的面。
33.关于箱体设置，本实用新型提供的较佳实施例，所述箱体为长方体结构，包括箱体底及箱体壁，所述箱体底及箱体壁均采用透明钢化玻璃1。具体的，箱体为长方体封闭空腔，四周及底部由透明钢化玻璃1组成，顶部为钢板材料，采用透明钢化玻璃1，能够方便实验者观察。
34.关于波浪发生器设置，本实用新型提供的较佳实施例，所述波浪发生器，设置在水相对坝基模拟单元的一侧，包括往复直线电机3及设置往复直线电机3往复轴的不透水推板2。需要说明的是，设置在水相对坝基模拟单元的一侧，是指设置在水的一侧且是与坝基模拟单元相对的一侧，换句话说，水的一侧设置坝基模拟单元，另一侧设置波浪发生器。往复直线电机3包括电机本体和往复轴，往复轴可以往复运动，不透水推板2固定在往复轴上，不透水推板2跟随往复轴往复运动时会推动水运动形成波浪。
35.关于本实用新型的进水排水设置，本实用新型提供的较佳实施例，还包括设置在箱体底部的排水口5及设置在箱体壁上的进水口4。具体的，排水口5设置在箱体底部，距箱体底部有一段距离，进水口4设置有流量阀，流量阀可以调节进水量。设置排水口5距底部有一段距离，是为了在箱体内形成流动水循环，如进水口4缓慢加入水源，同时打开排水口5，
使水位达到排水口5边沿位置，箱体内会存留部分水，放置一段时间，可使钙质砂地基在流动水情况下侵入充分的水，达到平衡，需要说明的是，这里的平衡是指钙质砂地基侵入的水与储水槽6里的水保持不变，钙质砂地基侵入的水与储水槽6里的水可以流动交互，但各自的水量不再变化。
36.关于渗流侵蚀，本实用新型提供的较佳实施例，还包括设置在坝基模拟单元上方用于向坝基模拟单元喷水的花洒15。花洒15主要用于模拟降雨，为了控制花洒15喷水量，还设置了雨量传感器14，雨量传感器14用于感应花洒15的喷水量。设置花洒15主要用于研究降雨情况下从上侧对钙质砂坝基进行渗流侵蚀，是本实用新型更贴合实际情况，雨量传感器14为现有技术。
37.关于渗流侵蚀的内部监测，本实用新型提供的较佳实施例，所述监测单元包括多个土压传感器10和多个孔隙水压传感器11，其中，所述多个土压传感器10，均匀分布于钙质砂地基，用于实时监测对应分布位置的压力；所述多个孔隙水压传感器11，均匀分布于钙质砂地基，用于实时监测对应分布位置的孔隙水压。设置土压传感器10和孔隙水压传感器11主要为了监测钙质砂坝基内部的压力变化，为钙质砂坝基的研究提供数据支撑。土压传感器10及孔隙水压传感器11均为压力传感器，为现有技术，不再赘述。
38.关于渗流侵蚀时的钙质砂外部监测，本实用新型提供的较佳实施例，所述机械加载单元包括抵接板、位移传感器13和荷载传感器12，其中，所述抵接板抵接于钙质砂地基上表面；所述位移传感器13，设置于抵接板上，用于实时获取钙质砂地基上表面的位移变化；所述荷载传感器12，设置于抵接板上，用于实时获取来自于钙质砂地基上表面的荷载变化。具体的，机械加载单元设置在箱体顶部(未示意)，荷载传感器12为一压力传感器，使用时，在抵接板与钙质砂地基上表面抵接时荷载传感器12则会有一初始值，该初始值为抵接板与钙质砂地基上表面的抵接力，荷载传感器的存在只是为了预设某一确定数值的恒定顶部压力，在实验过程中是不变化的。随着钙质砂地基内部发生渗流侵蚀，强度减弱，位移传感器的显示值才会逐渐增加；位移传感器13主要监测抵接板的位置变化，以此表述钙质砂地基上表面的变化，位移传感器13为现有技术，不再赘述。
39.本实用新型提供的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，包括：箱体、设置在箱体内的坝基模拟单元、波浪模拟单元、机械加载单元及监测单元，其中，所述坝基模拟单元，设置在箱体内一侧，至少包括钙质砂地基；所述波浪模拟单元，设置在箱体内坝基模拟单元的对侧，包括水和波浪发生器，其中，所述波浪发生器用于晃动水生产水波浪；所述机械加载单元，设置在坝基模拟单元上，用于向钙质砂地基加压；所述监测单元，设置在钙质砂地基内，用于监测收集钙质砂地基的变化数据。本实用新型实现了在顶部负荷和侧向波浪双重作用下对钙质砂地基的渗流侵蚀，有助于侧向渗流侵蚀相关机理的研究，克服了实际工程研究中尺寸过大，花费较大、耗时较长的缺陷；孔隙水压传感器和土压传感器均匀分布在地基中，可以较全面的反应对应位置的数据变化，便于规律的推论；可为工程实际操作中提供良好的咨询与建议，对相关理论研究验证等方面具有参考意义。
40.应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其特征在于，包括：箱体、设置在箱体内的坝基模拟单元、波浪模拟单元、机械加载单元及监测单元，其中，所述坝基模拟单元，设置在箱体内一侧，至少包括钙质砂地基；所述波浪模拟单元，设置在箱体内坝基模拟单元的对侧，包括水和波浪发生器，其中，所述波浪发生器用于晃动水生产水波浪；所述机械加载单元，设置在坝基模拟单元上，用于向钙质砂地基加压；所述监测单元，设置在钙质砂地基内，用于监测收集钙质砂地基的变化数据。2.根据权利要求1所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其特征在于，所述钙质砂地基包括底层钙质砂地基和上层钙质砂地基。3.根据权利要求2所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其特征在于，所述坝基模拟单元还包括防波堤，所述防波堤固定在上层钙质砂地基上。4.根据权利要求1所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其特征在于，所述箱体为长方体结构，包括箱体底及箱体壁，所述箱体底及箱体壁均采用透明钢化玻璃。5.根据权利要求1所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其特征在于，所述波浪发生器，设置在水相对坝基模拟单元的一侧，包括往复直线电机及设置往复直线电机往复轴的不透水推板。6.根据权利要求4所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其特征在于，还包括设置在箱体底部的进水口及设置在箱体壁上的排水口。7.根据权利要求4所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其特征在于，还包括：设置在坝基模拟单元上方用于向坝基模拟单元喷水的花洒。8.根据权利要求4所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其特征在于，所述监测单元包括多个土压传感器和多个孔隙水压传感器，其中，所述多个土压传感器，均匀分布于钙质砂地基，用于实时监测对应分布位置的压力；所述多个孔隙水压传感器，均匀分布于钙质砂地基，用于实时监测对应分布位置的孔隙水压。9.根据权利要求2所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其特征在于，所述底层钙质砂地基的钙质砂粒径范围介于0.1mm-2mm；所述上层钙质砂地基的钙质砂粒径范围介于0.075mm-1mm。10.根据权利要求1所述的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，其特征在于，所述机械加载单元包括抵接板、位移传感器和荷载传感器，其中，所述抵接板抵接于钙质砂地基上表面；所述位移传感器，设置于抵接板上，用于实时获取钙质砂地基上表面的位移变化；所述荷载传感器，设置于抵接板上，用于实时获取来自于钙质砂地基上表面的荷载变化。

技术总结
本实用新型提供的一种模拟波浪冲击下侧向渗流侵蚀钙质砂坝基的试验装置，包括箱体、设置在箱体内的坝基模拟单元、波浪模拟单元、机械加载单元及监测单元，所述坝基模拟单元设置在箱体内一侧，至少包括钙质砂地基；所述波浪模拟单元设置在箱体内坝基模拟单元的对侧，包括水和波浪发生器；所述机械加载单元设置在坝基模拟单元上，用于向钙质砂地基加压；所述监测单元设置在钙质砂地基内，用于监测收集钙质砂地基的变化数据。本实用新型实现了在顶部负荷和侧向波浪双重作用下对钙质砂地基的渗流侵蚀，有助于侧向渗流侵蚀相关机理的研究。有助于侧向渗流侵蚀相关机理的研究。有助于侧向渗流侵蚀相关机理的研究。


技术研发人员：丘元毅 熊昊 洪成雨 王翔 金银富 陈湘生
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：2023.01.12
技术公布日：2023/7/20