一种具有可调节水力梯度的管涌模型装置

1.本实用新型是一种具有可调节水力梯度的管涌模型装置，属于地下工程施工技术领域。


背景技术：

2.渗流和渗透变形是土壤的重要基本特征，这一直是岩土工程研究的重点。渗透变形的主要形式是管涌，它是导致堤坝工程或地基土发生各类渗透变形事故的主要因素之一。管涌的发展过程具有很高的随机性和隐蔽性。一旦管涌发生，大量细颗粒从土体内部流失，从而形成渗漏通道，土体强度和稳定性降低，土体失稳引起堤基塌陷或沉降。管涌不仅发生在堤基工程中，在边坡工程，基坑工程以及隧道工程中也很常见。管涌的危害性以及广泛性需要我们对其进行深入研究。土体管涌的发生发展过程有多种影响因素，控制管涌对堤坝、边坡、基坑以及隧道工程带来的危害，是土木水利工程需要迫不及待解决的难题。
3.然而，实际研究的管涌的试验装置由于需要确定稳定的水头边界，一般会把水槽箱设置在2m以上。这就导致管涌试验装置体积过大，且水头边界难以稳定。因此，如何降低管涌试验装置的成本和操作难度成为试验装置的痛点。


技术实现要素：

4.本实用新型提出的是一种具有可调节水力梯度的管涌模型装置，其目的在于针对现有技术存在的缺陷，通过对具有可调节水力梯度的管涌模型装置的规律开展试验研究，提出一种能够模拟不同水力梯度下的管涌情况的管涌模型装置。
5.本实用新型的技术解决方案：
6.一种具有可调节水力梯度的管涌模型装置，其特征是包括加压系统和模型箱，所述加压系统包括空压机6、恒压阀7和连接管线9，模型箱包括水槽箱8和土槽箱1；所述水槽箱8顶部开有进气孔4和进水孔5，进气孔4通过连接管线连接恒压阀7，水槽箱8和土槽箱1之间设有开孔透水板3，土槽箱上设有盖板2。
7.所述开孔透水板3上半部分封闭，不可透水透砂；下半部分均匀开孔，可透水透砂。
8.所述开孔透水板3的土槽箱一侧铺设有滤纸。
9.所述恒压阀7为压力可调节恒压阀，可设定不同压力大小，通过水槽箱（2）上方的进气孔（4）达到模拟模型箱不同水头边界的效果。
10.所述水槽箱8和土槽箱1为透明有机玻璃箱。
11.本实用新型的有益效果：
12.1、本实用新型中，本发明采用了空压机加恒压阀加压方式，通过稳定的气压力来模拟水面稳定的情况，可以显著减少水槽箱的高度，缩小了水槽箱尺寸；通过设置指定气压保持水槽箱内总压力不变，极大简化了保持水面稳定的操作难度，并且能够模拟不同水力梯度下的管涌情况。
13.2、本实用新型中，模型装置全程可视化，可反映管涌流动破坏形态以及水土流失
质量、地表沉降变形随时间的变化规律；通过本试验装置，可反映周围土层流动破坏形态以及水土流失质量、地表沉降变形随时间的变化规律，总结地层渗透破坏的不同特点。
附图说明
14.图1为本实用新型的立体结构示意图；
15.图2为本实用新型的主体装置的正视平面结构示意图；
16.图3为本实用新型透水板正视平面结构示意图。
17.图例说明：1、土槽箱；2、盖板；3、透水板；4、进气孔；5、进水孔；6、空压机；7、恒压阀；8、水槽箱；9、连通管线。
具体实施方式
18.一种具有可调节水力梯度的管涌模型装置，包括：模型箱和加压系统。模型箱整体采用透明有机玻璃制成，整个装置刚度大，可视化程度高，试验过程中可直接从外部观测管涌灾害发生时周围土层的流动变形以及地表沉降等情况。加压系统主要由连通管线、空压机、进气孔以及恒压阀组成，可达到稳定水头边界的效果。
19.所述水槽箱与土槽箱之间用开孔透水板隔开，开孔透水板为由有机玻璃板，可铺设滤纸。
20.所述恒压阀一侧通过出气管固定连接有空气压缩机，所述空气压缩机一侧固定连接有进气口，所述进气口与出气管固定连接，所述空气压缩机一侧开设有出气口。
21.下面结合附图对本实用新型技术方案做进一步解释说明。
22.如图1-3所示，本实用新型提供一种技术方案：一种具有可调节水力梯度的管涌模型装置，包括：加压系统和模型箱，加压系统由空压机6与恒压阀7组成，模型箱由水槽箱8和土槽箱1组成。水槽箱8顶部开有进气孔4，进气孔4连通水槽箱8和恒压阀7，空压机6通过恒压阀7提供稳定压力，水槽箱8上部开有进水孔5，水槽箱8和土槽箱1之间设有透水板3，透水板3上半部分封闭，不可透水透砂；下半部分均匀开孔，可透水透砂土槽箱上设有盖板2。
23.所述空压机为奥突斯ots-750 220v-2200w 60l低噪音无油空压机，所述恒压阀为higheng model：ir2010-02bg。
24.所述透水板下半部分开孔为矩形或圆形排列。
25.工作原理：使用时，工作人员立好包含土槽箱1和水槽箱8的模型箱以及包含空压机和恒压阀的系统。
26.具体试验步骤如下：
27.1. 连接好装置，分层铺装砂样，每隔一定距离装填一次砂样并压实至拟定层高，将称量好的水和砂充分混合，均匀倒入土槽，并用夯锤压实至指定层高。
28.2. 试验砂样饱和：装样完成后，连接进水孔和水箱，向水槽注入水至试验设定水位高度并静置24 h，使粉细砂地层充分饱和。
29.3. 打开空压机，调节恒压阀至指定值来模拟恒定水力梯度，当水槽箱内水面高度低于指定高度时补充水。
30.4. 模型装置清理：每次试验结束后，清理模型箱内残余水砂，洗净装置并晒干砂样，重复上述操作，进行下一组试验。
31.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种具有可调节水力梯度的管涌模型装置，其特征是包括加压系统和模型箱，所述加压系统包括空压机（6）、恒压阀（7）和连接管线（9），模型箱包括水槽箱（8）和土槽箱（1）；所述水槽箱（8）顶部开有进气孔（4）和进水孔（5），进气孔（4）通过连接管线连接恒压阀（7），水槽箱（8）和土槽箱（1）之间设有开孔透水板（3），土槽箱上设有盖板（2）。2.根据权利要求1所述的一种具有可调节水力梯度的管涌模型装置，其特征是所述开孔透水板（3）上半部分封闭，不可透水透砂；下半部分均匀开孔，可透水透砂。3.根据权利要求1或2所述的一种具有可调节水力梯度的管涌模型装置，其特征是所述开孔透水板（3）的土槽箱一侧铺设有滤纸。4.根据权利要求1或2所述的一种具有可调节水力梯度的管涌模型装置，其特征是所述恒压阀（7）为压力可调节恒压阀。5.根据权利要求1或2所述的一种具有可调节水力梯度的管涌模型装置，其特征是所述水槽箱（8）和土槽箱（1）为透明有机玻璃箱。

技术总结
本实用新型涉及一种具有可调节水力梯度的管涌模型装置，可用于对管涌的规律研究，属于地下工程施工技术领域。包括易于控制的加压系统，通过空压机和恒压阀来使水槽受到恒定的气压力；模型箱部分分为水槽箱和土槽箱，水土槽箱之间设有开孔透水板；水槽箱上部设有进水口和进气口；土槽箱上部设有盖板。本实用新型得优点：通过稳定的的气压力来模拟模型箱水头边界的稳定，极大简化了保持水面稳定的操作难度，提高了试验的精度；仪器可视化程度高，易于观察管涌现象。观察管涌现象。观察管涌现象。


技术研发人员：钟小春
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2023.01.05
技术公布日：2023/7/27