[发明专利]一种渗流侵蚀应力耦合管涌试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种渗流－侵蚀－应力耦合管涌试验装置，特别是一种能够研究原状土体管涌发展过程的渗流－侵蚀－应力耦合机理的试验装置。

背景技术

据统计，20世纪90年代，我国平均每年洪灾经济损失1343.1亿元，1998年更是多达2550.9亿元，洪水导致众多堤坝发生大面积渗透破坏，其中管涌是一种十分重要的渗透破坏形式。因此，开展堤坝管涌机理及其发展过程预报的相关研究，避免或有效控制管涌破坏，是岩土工程和水利水电工程领域亟待解决的应用基础性研究课题，对保障沿岸居民生命财产安全和城市经济的可持续发展具有十分重要的意义。

前期研究表明，管涌是涉及孔隙水渗流、可动细颗粒侵蚀运移、多孔介质变形等众多复杂力学行为的多相多场耦合现象：孔隙水渗流冲刷侵蚀土骨架产生可动细颗粒，可动细颗粒跟随孔隙水渗流运移流失，土颗粒重新排列、沉积，导致土体细观结构和力学特性发生改变，如孔隙率、渗透性、刚度及抗剪强度的不均匀变化等。土体渗透性的不均匀变化导致孔隙水介质的孔隙水压力发生变化。进而使得土骨架承受的有效应力随之变化，导致土体内部应力状态的变化，应力状态地改变反过来再次影响孔隙水介质的孔隙水压力分布，及其对土骨架地侵蚀作用，即管涌的发展过程就是渗流－侵蚀－应力耦合作用的过程。

但是现有的管涌试验装置忽视了管涌发展过程中的这种渗流－侵蚀－应力耦合效应，有的装置不考虑细颗粒流失引起的土体几何（孔隙率）、水力（渗透性）、力学特性（抗剪强度等）的变化，有的装置则无法考虑土体所处的应力状态对管涌的影响。因此，研究成果无法全面客观地揭示管涌的渗流侵蚀应力耦合机理，严重影响了堤坝管涌险情的准确预报。

发明内容

本发明针对上述所述的不足提供了一种渗流侵蚀应力耦合管涌试验装置。

本发明如下技术方案：

本发明提供了一种渗流侵蚀应力耦合管涌试验装置，包括底座，多孔钢板，压力室，试样，热缩管，盖帽，卵石滤层，顶盖，轴向加压杆，轴向加压器，出水管，光电传感器，电阻应变片，量杯；所述的底座内布置漏槽，底座上部布置压力室，压力室的上部布置顶盖；出水管的一端与底座底部出口连接、另一端延伸入量杯；试样布置在压力室内置于底座上，试样与底座之间布置多孔钢板，试样的外侧紧密包裹热缩管、顶部布置盖帽，盖帽内填充卵石滤层；轴向加压杆的一端穿过顶盖与盖帽接触、另一端与轴向加压器连接；光电传感器布置在出水管的管身上；电阻应变片布置在热缩管上。

本发明所述的渗流侵蚀应力耦合管涌试验装置，所述的多孔钢板的通孔孔径为0.075mm-5mm。

本发明所述的渗流侵蚀应力耦合管涌试验装置，还包括渗透加压器，围压加压器，位移传感器，应变数据采集器，孔隙水压力传感器；所述的渗透加压器通过管路与盖帽连接，围压加压器通过管路与底座底部连接，且与压力室连通，位移传感器布置在轴向加压杆的顶端，应变数据采集器与电阻应变片连接，孔隙水压力传感器通过管路与底座上方的多孔钢板连接。

有益效果

渗流－侵蚀－应力耦合管涌试验装置能够考虑孔隙水渗流－细颗粒侵蚀运移－土体变形等多相多场耦合效应对土体管涌发展过程的影响，能够跟踪监测处于三向受压状态的土体，在渗流作用下，其中可动细颗粒含量、孔隙率、渗透性、沉降量、刚度、抗剪强度指标的动态变化过程。本发明从渗流－侵蚀－应力耦合角度研究复杂应力状态下土体的管涌发展过程，为全面认识土体管涌发展机理提供了新的角度，同时将为堤坝管涌险情的预测预报和有效治理提供重要的理论依据和技术支持。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图中1是底座，11是多孔钢板，2是压力室，3是试样，4是热缩管，5是盖帽，6是卵石滤层，7是顶盖，8是轴向加压杆，9是轴向加压器，10是出水管，12是光电传感器，13是电阻应变片，14是量杯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明：

如图1所示：一种渗流侵蚀应力耦合管涌试验装置，包括底座1，多孔钢板11，压力室2，试样3，热缩管4，盖帽5，卵石滤层6，顶盖7，轴向加压杆8，轴向加压器9，出水管10，光电传感器12，电阻应变片13，量杯14。