[发明专利]一种渗流作用下碎石土内部侵蚀试验设备及试验方法

说明书

本发明公开了一种渗流作用下碎石土内部侵蚀试验装置，包括渗透侵蚀装置、供水装置和侵蚀颗粒收集装置；其渗透侵蚀装置具有一透明的圆柱状的筒体，顶部敞口，底部由圆板底座封闭，在圆板底座的中心设置入水口，在筒体的上部侧壁上设置侵蚀颗粒导出口；在筒体内的底层放置透水石，在透水石的上部分层依次放置染色成不同颜色的碎石土试样，利用供水装置向渗透侵蚀装置中筒体内供水，利用侵蚀颗粒收集装置收集渗流作用下碎石土。本发明通过查看碎石土的移动情况以及根据收集的碎石土能够准确分析出渗流作用下碎石土的内部侵蚀情况。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，具体是一种渗流作用下碎石土内部侵蚀试验装置及试验方法。

背景技术

碎石土是由砾石、块石、砂土以及粘土等固体颗粒组成的堆积物，是构成土石坝的主要材料。因为坝基与坝体自身的缺陷或穿坝建筑物的影响，渗透破坏是土石坝破坏的一种常见的形式。土的渗透变形可分为流土、管涌(一般也称为内部侵蚀)、接触冲刷以及接触流失。土石坝渗透破坏为流土和管涌两种形式，其中，流土是指在渗流力的作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象叫做流土或者流沙现象，这种现象多发生在颗粒级配均匀的饱和细砂、粉砂和粉土中，它的发生一般是突发性的，对工程危害较大，流土是不分颗粒大小土粒都移动，不是细土粒穿过粗土粒的孔隙流失；管涌是指在渗流作用下，细颗粒从粗颗粒孔隙中被冲走或者带出的现象。不论是管涌还是流土破坏，若不能及时发现并且实施有效解决措施，最终都会在坝体或者坝基内产生渗流通道，随着渗流通道的增大，坝体上部厚度逐渐减少，当坝体上部的重力大于坝体结构的抗剪强度时，坝体会坍塌溃决，渗透破坏已成为亟待解决的问题。

目前针对碎石土的渗透侵蚀问题，国内外学者做了大量的研究，已有很多学者运用多种实验器材，深入研究土的渗透侵蚀问题，但是研究的问题主要还是集中在孔隙比、水力梯度、黏粒含量、临界剪切强度、临界水力梯度等宏观方面，研究所得出的结论也是基于分析试验结果，并且受限于模型制作技术以及模型试验的尺寸，很难深入土体细观结构去研究渗透破坏问题。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术的不足，提供一种渗流作用下碎石土内部侵蚀试验设备及试验方法，以期通过试验，能够开展渗流作用下不同级配状态下碎石土的颗粒级配流失以及颗粒移动情况的研究，得到不同级配碎石土经过渗透侵蚀后所具有的不同的抗剪强度，从而得到具有更好的稳定性的碎石土级配，从土体细观结构角度去研究土体的渗透破坏问题。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明渗流作用下碎石土内部侵蚀试验装置，其特点是：包括渗透侵蚀装置、供水装置和侵蚀颗粒收集装置；

所述渗透侵蚀装置具有一透明的圆柱状的筒体，筒体的顶部为敞口，筒体的底部由圆板底座封闭，在所述圆板底座的中心设置入水口，在所述筒体的上部侧壁上设置侵蚀颗粒导出口；在所述筒体内的底层放置透水石，在透水石的上部分层依次放置染色成不同颜色的碎石土试样，使不同颜色的碎石土试样分处在不同深度位置上，所述碎石土试样至少为不同颜色的两层，所述侵蚀颗粒导出口位于筒体内顶层碎石土试样的上方；

所述供水装置通过供水管向所述渗透侵蚀装置中的筒体内供水，所述供水管一端与供水桶相连通，另一端与圆板底座上的入水口相连通，使供水在筒体内经过透水石的稳流自下而上流动；

所述侵蚀颗粒收集装置为一碎石土收集桶，碎石土收集管一端与筒体上所述侵蚀颗粒导出口相连通，另一端将收集碎石土导入碎石土收集桶。