[发明专利]一种基于电阻的三维成像小孔冲蚀试验装置及其试验方法

说明书

本发明涉及一种基于电阻的三维成像小孔冲蚀试验装置及其试验方法，属于岩土工程领域。该装置包括侵蚀仪本体，所述侵蚀仪本体为绝缘亚克力玻璃制成，其内部间隔固定设置有两块过滤板，所述过滤板将侵蚀仪主体分隔为上游进水仓、下游出水仓和试样仓，所述侵蚀仪两端均分别通过螺栓固定连接设置有盖板、止水垫和顶盖，所述试样仓侧壁上固定设置有基于电阻成像原理的电极阵列。本发明通过设置具有基于电阻成像的成像系统的圆孔侵蚀仪，提供了当圆孔侵蚀在仪器内部发展变化时，能够清晰直观地了解土石坝心墙土壤的侵蚀特性，对评估土体内部侵蚀导致大坝溃决的可能性提供了新的测量手段以及可靠的实验数据。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，具体为一种基于电阻的三维成像小孔冲蚀试验装置及其试验方法。

背景技术

大坝基础中常预埋管道等设施，这些设施在施工及安装过程中会让土体存在一定的裂缝，这些裂缝经降雨水冲刷、库水位升降、温度变化等作用，将不断的扩展最终形成上下游连通的“管道”，形成的这些“管道”可能会使得坝基产生不均匀沉降、坝体产生裂缝，严重危害坝体安全。这种现象称之为管涌，是土体内部侵蚀的一种表现形式，土体内部侵蚀是土石坝和堤坝等土体结构发生事故和破坏的主要原因之一。土体抗侵蚀特性与坝体、路基基础等安全密切相关，据文献统计，超过45％的大型土石坝破裂和事故与土体内部侵蚀过程的发生有关。所以研制出测试及观察土体抗侵蚀的仪器对土石坝裂缝内部侵蚀的相关机理及评价土石坝安全性具有重要意义。

目前，为了研究土石坝裂缝中土的侵蚀特性，许多学者开展了槽蚀试验(SLOTEROSIONTEST)和孔蚀侵蚀试验(HOLE EROSION TEST)等来研究土体的抗侵蚀特性。但常规的侵蚀只能通过出口的透明玻璃窗来观察冲蚀的情况，不能观察试样内部小孔的冲蚀情况，更不能直观的观察内部孔径的变化过程。本发明有助于更清晰直观地观测土体内部小孔在冲蚀过程中的三维空间分布及其随时间发展的动态过程，对评估土体内部侵蚀导致大坝溃决的可能性提供了新的测量手段以及可靠的实验数据。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种可用于岩土工程领域可视化土体侵蚀孔洞的三维空间分布及其随时间发展过程的实验装置及其试验方法，解决目前国内无法进行小孔侵蚀发展过程中内部可视化的问题。

本发明之一通过以下技术方案实现：

一种基于电阻的三维成像小孔冲蚀试验装置，该装置包括侵蚀仪本体，所述侵蚀仪本体内部间隔固定设置有两块过滤板，所述过滤板将侵蚀仪主体分隔为上游进水仓、下游出水仓和试样仓，所述侵蚀仪两端均分别通过螺栓固定连接设置有盖板、止水垫和顶盖，所述试样仓侧壁上固定设置有基于电阻成像的成像系统，所述成像系统包括铜电极、数据采集板卡、控制激励测量的矩阵开关板卡、提供正弦波电流的激励电源和计算机，所述铜电极均匀固定设置在所述试样仓的内壁上，所述铜电极的中心点处焊接设置有用于电流施加和电压测量的铜圆柱体，所述铜圆柱体通过电路依次与所述数据采集板卡、矩阵开关板卡、激励电源和计算机相连接。

进一步，所述矩阵开关板卡为基于PXI平台的矩阵开关板卡PXI－2532，所述数据采集板卡为数据采集板卡PXI－6521。

进一步，所述侵蚀仪本体由长度为30cm，壁厚为1cm，内径为20cm的绝缘亚克力玻璃筒制成。

进一步，所述铜电极共3层，每层12个，每层间距5cm共36个，所述铜电极长宽高尺寸分别为15mm、10mm、25mm，所述铜电极内嵌于试样仓内壁上，所述铜圆柱体的直径为4mm，长度为30mm。