[发明专利]一种测定管涌发展过程中孔隙率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测定管涌发展过程中孔隙率的方法。

背景技术

管涌是一种十分主要的堤坝渗透破坏形式，其发展过程涉及孔隙水渗流、可动细颗粒侵蚀运移、多孔介质变形等众多复杂力学行为，且伴随着孔隙率的不断变化。确定管涌发展过程中任意时刻土体孔隙率是准确预测管涌发展过程的关键，对于全面客观认识管涌机理、正确预测管涌发展过程具有十分重要的理论及实际意义。

然而由于管涌发生发展过程的隐蔽性，目前关于管涌发展过程中孔隙率变化规律的研究未有报道，已有渗流应力耦合研究中常用的孔隙率模型都没有针对管涌问题的特殊性，均没有考虑管涌发展过程中可动细颗粒流失引起的质量损失问题，因此不能用于管涌问题研究。

发明人在2011年8月23日提交了《一种渗流侵蚀应力耦合管涌试验装置》的专利申请，申请号为201110242127.0。该申请中，发明人提供了一种渗流侵蚀应力耦合管涌试验装置，如图1所示，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。底座1内布置漏槽，底座1上部布置压力室2，压力室2的上部布置顶盖7；出水管10的一端与底座1底部出口连接、另一端延伸入量杯14；试样3布置在压力室2内置于底座1上，试样3与底座1之间布置多孔钢板11，试样3的外侧紧密包裹热缩管4、顶部布置盖帽5，盖帽5内填充卵石滤层6；轴向加压杆8的一端穿过顶盖7与盖帽5接触、另一端与轴向加压器9连接；光电传感器12布置在出水管10的管身上；电阻应变片13布置在热缩管4上。多孔钢板11的通孔孔径为0.075mm-5mm。一般采用0.075mm直径、2mm直径、5mm直径的通孔进行实验。渗透加压器通过管路与盖帽5连接，围压加压器通过管路与底座1底部连接，且与压力室2连通，位移传感器布置在轴向加压杆8的顶端，应变数据采集器与电阻应变片13连接，孔隙水压力传感器通过管路与底座1上方的多孔钢板11连接。

该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、沉降量等指标的动态变化过程。但是由于发明人研究的局限，发明人并没有能够准确掌握测定管涌发展过程中孔隙率的方法，因而制约了对管涌发展机理研究的深入。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，在发明人进一步研究的基础上，提供一种利用渗流侵蚀应力耦合管涌试验装置进行测定管涌发展过程中孔隙率的方法。

技术方案：本发明所述的测定管涌发展过程中孔隙率的方法，利用发明人发明的渗流侵蚀应力耦合管涌试验装置进行，主要包括如下步骤：

(1)根据试样的填筑干密度及饱和需水量确定填筑试样的初始孔隙率φ₀；确定试样试验初始时刻体积应变为0；确定试验初始时刻细颗粒流失量为0；

(2)在0～t₀时段，通过位移传感器监测的沉降量除以试样高度获得轴向应变ε₁；通过粘贴在试样中部的电阻应变片采集获取环向应变ε₂；根据三轴试验中体积应变ε_v、轴向应变ε₁及环向应变ε₂的关系：确定t₀时刻试样的体积应变

(3)在0～t₀时段，采集t₀时刻的细颗粒流失量

(4)根据以下公式，计算0～t₀时段中t₀时刻的孔隙率

式中，ρ^sR表示土颗粒的密度。

(6)在t₀～t₁时段，通过位移传感器监测的沉降量除以试样高度获得轴向应变ε₁；通过粘贴在试样中部的电阻应变片采集获取环向应变ε₂；根据三轴试验中体积应变ε_v、轴向应变ε₁及环向应变ε₂的关系：确定t₁时刻试样的体积应变

(7)在t₀～t₁时段，测试t₁时刻的细颗粒流失量

(8)根据以下公式，计算t₀～t₁时段中t₁时刻的孔隙率