[发明专利]一种模拟土体管涌破坏发展过程的试验装置和试验方法

权利要求书

1.一种模拟土体管涌破坏发展过程的试验装置，其特征在于，包括变水头供水系统，变水头供水系统通过供水管与透明模型箱底部连接，所述透明模型箱的顶部设置有出水管，在透明模型箱底部铺设多层多孔盖板用以模拟真实条件下流体对于土体的冲击作用；多层多孔盖板的上方设置有饱和透明土样，所述饱和透明土样为由无定型硅或熔融石英砂混合配置有相同折射率的透明液体形成的透明土、透明液两相混合体，在变水头供水系统内的孔隙流体中加入荧光剂，透明模型箱的外侧安放激光器，透明模型箱的外侧安放CCD相机，透明模型箱内等距布设孔隙压力测量装置。

2.根据权利要求1所述的一种模拟土体管涌破坏发展过程的试验装置，其特征在于，所述变水头供水装置中设有供水箱，供水箱内设有与所述透明土样具有相同折射率的孔隙液体，供水箱的顶部设有进水口，在供水箱侧壁的不同高度设置有水位控制阀，供水箱通过供水管与透明模型箱的底部相连，供水管上设有流量计和进水管水阀，流量计与计算机相连，供水箱内设有与所述透明土样具有相同折射率的孔隙液体，并在侧壁的不同高度设有多个水位控制阀。

3.根据权利要求2所述的一种模拟土体管涌破坏发展过程的试验装置，其特征在于，透明模型箱由树脂玻璃制成，形状为长方体，长大于200mm，宽100mm-200mm，高400mm-500mm，壁厚5mm。

4.根据权利要求1所述的一种模拟土体管涌破坏发展过程的试验装置，其特征在于，所述的多层多孔盖板具有密集的孔径相同的圆孔，多层多孔盖板的孔径为4mm。

5.根据权利要求1所述的一种模拟土体管涌破坏发展过程的试验装置，其特征在于，在出水管上设有出水管水阀。

6.根据权利要求1所述的一种模拟土体管涌破坏发展过程的试验装置，其特征在于，所述的变水头供水装置的高度高于透明模型箱的高度。

7.根据权利要求1所述的一种模拟土体管涌破坏发展过程的试验装置，其特征在于，所述孔隙压力测量装置为测压管。

8.一种模拟土体管涌破坏发展过程的试验方法，其特征在于，当渗透流体透过多层多孔盖板在透明土渗透期间，利用CCD相机对该散斑场进行连续拍摄，后通过VDIC对获得的散斑场进行分析，获取土体内部颗粒相对位移，依托激光切面获取颗粒轮廓，建立相应PFC模型以分析颗粒间力链发展和演变的过程，揭示土体在渗透流体作用下有效应力的分布，同时结合该试验方法可获取土的有效孔隙分布的特点，从而可以准确判断该土体在变水头作用下是否会发生管涌。

9.根据权利要求8所述的一种模拟土体管涌破坏发展过程的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：按照试验的参数要求制备好相应的饱和透明土样，将其置于透明模型箱中；

步骤二：在供水箱内注入与透明土样具有相同折射率并添加荧光剂的孔隙流体；

步骤三：打开激光器，待功率稳定后，调整激光切面的角度，使其垂直打入饱和透明土样，形成散斑场；

步骤四：调整CCD相机的可视范围，使其能够包含整个饱和透明土样，并设置其以2幅/秒的频率采集图像并传送至计算机；

步骤五：在变水头供水装置内打开一水位控制阀，使得供水箱内的水位保持设定的高度；

步骤六：打开进水管水阀和出水管水阀，使得变水头供水系统中与透明土样具有相同折射率并添加荧光剂的孔隙流体通过多层多孔盖板进入模型箱，开展渗流试验，并将流量计和测压管所检测到的数据传输至计算机；

步骤七：渗流变形或破坏过程中，透明土混合物由模型箱顶部的出水管排出；

步骤八：试验过程中，通过VDIC对获得的散斑场进行分析，获取土体内部颗粒相对位移，依托激光切面获取颗粒轮廓，建立相应PFC模型以分析颗粒间力链发展和演变的过程，揭示土体在渗透流体作用下有效应力的分布，同时结合该试验装置中透明土材料具有可获取土的有效孔隙分布的特点，从而可以准确判断该土体在变水头作用下是否会发生管涌。