[发明专利]水头变动下颗粒迁移特征及优先流路径形成模拟装置

说明书

本发明涉及一种水头变动下颗粒迁移特征及优先流路径形成模拟装置，包括渗流土柱模型、水头调节组件、收集组件；水头调节组件包括机架、水箱、承重台，机架上竖直安装有丝杆及竖导杆，竖导杆套设在承重台四个角部，承重台套设在丝杆上并与之螺纹配合，水箱放置在承重台上，水箱出水口经供水管路的连接渗流土柱模型；本装置能模拟在相同水力条件下，不同级配碎石土饱和渗流试验优先流路径形成的过程，利用水头调节组件实现水头的稳定变化；本能模拟在相同水力条件下，细颗粒迁移对碎石土优先流路径形成的影响。观察不同水头下细颗粒迁移，记录实验现象，并收集细颗粒流失量及渗流量，进行对比分析。

技术领域

本发明涉及岩土工程渗流试验，尤其涉及一种水头变动下颗粒迁移特征及优先流路径形成模拟装置。

背景技术

碎石土由于内部含有大量碎块石，易形成架空结构，使其内部有独特的渗流系统，往往形成局部集中、渗流较快的渗流网，有学者将其称为管网渗流网或者碎石土优先流。大量的现场地质调查发现碎石土边坡坡脚常出现泉眼，且有细颗粒流出，细颗粒迁移一方面会导致土体内部局部孔隙堵塞渗透性降低；又导致土体内部结构发生改变，产生复杂的渗流通道，同时发生土体颗粒粗化，稳定性降低，西部地区的大量松散堆积体斜坡，现场调查发现，细颗粒迁移现象明显。砾石土中的细粒运移与积聚改变了土体结构和内部充填，渗流路径受阻造成局部孔隙水压力增加。细颗粒的迁移规律与优先流的形成路径密切相关，同时也决定了孔隙水压力场的分布特征。目前，细颗粒迁移的相关研究主要集中在诱发细颗粒迁移的临界水力梯度的探索，针对细颗粒迁移对碎石土优先流形成路径影响的研究较少，优先流特征是影响碎石土边坡稳定性的关键因素，探明碎石土中细颗粒迁移规律及其对优先流路径形成的影响机制具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种水头变动下颗粒迁移特征及优先流路径形成模拟装置。

本发明解决技术问题所采用的方案是，一种水头变动下颗粒迁移特征及优先流路径形成模拟装置，包括渗流土柱模型、水头调节组件、收集组件；

渗流土柱模型包括上端开口的圆柱体，圆柱体周侧设置有出水孔、测压孔，圆柱体底部设置有进水孔，圆柱体内由下至上依次设置有砾石缓冲层、多孔板、碎石土试样，进水孔、出水孔上均安装有阀门；

所述测压孔位于出水孔对侧，测压孔由上至下间隔设置若干个，所述出水孔与碎石土试样顶面齐平；

所述水头调节组件包括机架、水箱、承重台，所述机架上竖直安装有丝杆及竖导杆，所述竖导杆套设在承重台四个角部，承重台套设在丝杆上并与之螺纹配合，所述水箱放置在承重台上，水箱内经隔板等分左右两个部分，隔板上端低于水箱上端；水箱左半部分底部设置有水箱排水口，水箱右半部底部设置有水箱进水口、水箱出水口，水管进水口经管路连接水龙头，水箱出水口经供水管路的连接进水口；

所述收集组件为收集桶，收集筒连通出水孔的输出端。

进一步的，所述供水管路包括T型三通管，T型三通管的三个端部均安装有球形阀门，T型三通管一端经水管连通水箱出水口、一端经水管连通进水孔、一端经排水管连通外界。

进一步的，所述碎石土试样由三层不同颜色的土体，按照相同的厚度、相同的压实度以及相同的含水率压实形成。

进一步的，所述多孔板为有机玻璃板。

进一步的，所述圆柱体采用透明的有机玻璃制成，圆柱体包括底板、左半筒、右半筒，左半筒、右半筒拼接构成筒体，底板安装在筒体底部，筒体上下端外周均设置有法兰盘，进出孔开设在底板上。

进一步的，所述竖导杆为镀鉻棒，竖导杆上套设有直线导轨，直线导轨安装在承重台上。

进一步的，所述机架上安装有电机，电机的输出轴上安装有驱动链轮，丝杆上方安装有链轮，链轮上安装有转柄，链轮与驱动链轮链传动。

进一步的，所述水箱为无顶的透明的有机玻璃正方体结构，隔板为有机玻璃板。