一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗裝置制造方法
【專利摘要】一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗裝置，實驗裝置平臺的中部設(shè)有若干個透水孔，對應(yīng)透水孔上的實驗裝置平臺的上表面連有長方體可拆卸式剛性護壁，下表面裝有水壓可調(diào)的密閉式承壓水容器，所述長方體可拆卸式剛性護壁的外壁設(shè)有若干個預(yù)留孔，所述承壓水容器和密閉供水箱通過氣壓閥連接加壓泵。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案之后，取得的有益效果包括：通過調(diào)節(jié)加壓泵、流量控制閥，控制雨強與降雨歷時實現(xiàn)對各類降雨工況的模擬，通過剛性護壁預(yù)留孔插入的傳感器可實時監(jiān)測雨水或地下水位抬升過程中非飽和土含水量、基質(zhì)吸力等物理力學(xué)參數(shù)。
【專利說明】一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種雨水入滲模擬試驗裝置，尤其涉及一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]工程中常接觸的第四紀土大多是低含水量土，其性狀并不符合經(jīng)典飽和土力學(xué)的原理和概念。多年來，相關(guān)領(lǐng)域的科研以及工程實踐人員從不同方面對非飽和土的性質(zhì)、性質(zhì)的測定方法等投入了大量的精力并取得了豐碩的成果。然而，當水在非飽和土體中滲透時，水的滲透變化過程也伴隨著非飽和土的吸力、滲透系數(shù)等發(fā)生著變化，且這些變化難以直接觀測。然而使用室內(nèi)模擬試驗卻可以有效地進行測定，它是非飽和土研宄不可或缺的手段。所以，水在非飽和土體中的滲透試驗對于非飽和土基礎(chǔ)理論的研宄和工程應(yīng)用研宄，特別是對入滲過程中非飽和土的物理力學(xué)參數(shù)的測定，無疑是非常重要的。
[0003]目前，大多數(shù)非飽和土滲透試驗裝置，其設(shè)備只能模擬穩(wěn)態(tài)滲流情形，即只考慮向非飽和土試樣中直接注水以實現(xiàn)水由高到低的滲透，模擬工況為水從飽和狀態(tài)向非飽和狀態(tài)滲透，這與雨水在土體中從高含水量的非飽和狀態(tài)向低含水量的非飽和狀態(tài)滲透存在顯著著差異；此外，現(xiàn)有模擬試驗設(shè)備并不能模擬不同強度的降雨及承壓水在非飽和土中的滲透情況；再者，目前大多數(shù)非飽和土滲透試驗裝置采用的試驗方式單一、所得數(shù)據(jù)代表性不強，不能很好地滿足試驗?zāi)康暮鸵蟆?br>

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的是設(shè)計一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗裝置，該裝置可以模擬更加貼合實際工況的瞬態(tài)流；可以測定各類降雨工況或承壓水升降導(dǎo)致的非飽和土滲流情況，并能夠通過試驗測定與數(shù)學(xué)計算相結(jié)合的方法定量計算各測點的相關(guān)滲透參數(shù)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗裝置，它包括流量計、噴頭、排水板、實驗裝置平臺、輸水管、密閉供水箱、氣壓閥、加壓泵、承壓水容器、吸力計、土壤水分傳感器、透水石、透水土工布、非飽和土試樣、減震器、透水土工布二、長方體可拆卸式剛性護壁，其特征在于:實驗裝置平臺的中部設(shè)有若干個透水孔，對應(yīng)透水孔上的實驗裝置平臺的上表面連有長方體可拆卸式剛性護壁，所述長方體可拆卸式剛性護壁的外壁設(shè)有若干個預(yù)留孔，所述對應(yīng)透水孔上的實驗裝置平臺的下表面連有承壓水容器，所述長方體可拆卸式剛性護壁內(nèi)自下而上依次設(shè)置有減震器、透水土工布二、非飽和土試樣、透水土工布和透水石，正對透水石的上方連有噴頭，所述長方體可拆卸式剛性護壁的預(yù)留孔布置吸力計和土壤水分傳感器，所述噴頭通過輸水管連接密閉供水箱，所述承壓水容器和密閉供水箱通過氣壓閥連接加壓泵。
[0005]所述長方體可拆卸式剛性護壁的頂端一圈連有排水板，排水板的底端通過導(dǎo)流管連接集水容器。
[0006]所述輸水管固定在可伸縮中空支架內(nèi)，可伸縮中空支架的豎直固定在實驗裝置平臺上。
[0007]所述減震器緊靠實驗裝置平臺，減緩振動的目的在于防止裝樣擊實時造成的過大振動或可能對試驗平臺造成的損害。
[0008]所述噴頭上還設(shè)有流量計，流量可通過氣壓閥進行調(diào)整。
[0009]所述長方體可拆卸式剛性護壁、承壓水容器與實驗裝置平臺連接處都設(shè)有防漏水橡膠墊圈。
[0010]所述的長方體可拆卸式剛性護壁的槽體橫截面為方形，可使非飽和土試樣更加均勻，所述槽體較長面的高度為80-120cm。
[0011]噴頭與可調(diào)高度的中空管內(nèi)的輸水管相連，輸水管起始位置配置壓力可調(diào)的增壓泵，以便模擬不同的降雨工況。
[0012]所述吸力計、土壤水分傳感器傳輸檢測數(shù)據(jù)，以便實時地監(jiān)測非飽和土體的滲透過程，并通過數(shù)據(jù)采集得到相關(guān)的滲透參數(shù)。同時可通過擴展其它傳感器，實現(xiàn)對試樣內(nèi)部軸壓、圍壓及軸向變形等參數(shù)的測量。
[0013]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案之后，取得的有益效果包括:1.通過調(diào)節(jié)加壓泵、流量控制閥，控制雨強與降雨歷時實現(xiàn)對各類降雨工況的模擬；2.通過承壓水控制系統(tǒng)，可以模擬因承壓水升降或承壓水壓力變化造成的孔隙水自下而上滲透；3.可以實現(xiàn)對非飽和土滲透過程進行監(jiān)測；4.實時測定非飽和土的滲透參數(shù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明的俯視圖。
[0016]在圖中，1-流量計2-噴頭3-排水板4-導(dǎo)流管5-集水容器6_實驗裝置平臺7-滾動支座8-可伸縮中空支架9-輸水管10-伸縮節(jié)11-密閉供水箱12-氣壓閥13-加壓泵14-承壓水容器15-緊固螺栓16-吸力計17- 土壤水分傳感器18-透水石19-透水土工布20-非飽和土試樣21-減震器22-透水土工布二 23-長方體可拆卸式剛性護壁24-擊實器。

【具體實施方式】
[0017]如圖1、圖2所示，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，實驗裝置平臺6的中部設(shè)有若干個透水孔，對應(yīng)透水孔上的實驗裝置平臺6的上表面連有長方體可拆卸式剛性護壁23，所述長方體可拆卸式剛性護壁23的外壁設(shè)有若干個預(yù)留孔，所述對應(yīng)透水孔上的實驗裝置平臺的下表面連有承壓水容器14，所述長方體可拆卸式剛性護壁23內(nèi)自下而上依次設(shè)置有減震器21、透水土工布二 22、非飽和土試樣20、透水土工布19和透水石18，正對透水石18的上方連有噴頭2，所述長方體可拆卸式剛性護壁23的預(yù)留孔布置吸力計16和土壤水分傳感器17，所述噴頭2通過輸水管9連接密閉供水箱11，所述承壓水容器14和密閉供水箱11通過氣壓閥12連接加壓泵13。所述長方體可拆卸式剛性護壁23的頂端一圈連有排水板3，排水板3的底端通過導(dǎo)流管4連接集水容器5。所述輸水管9固定在可伸縮中空支架8內(nèi)，可伸縮中空支架的豎直固定在實驗裝置平臺上，可伸縮中空支架8由若干個伸縮節(jié)10組成。所述減震器21緊靠實驗裝置平臺6，減緩振動的目的在于防止裝樣擊實時造成的過大振動或可能對試驗平臺造成的損害。所述噴頭2上還設(shè)有流量計I。所述長方體可拆卸式剛性護壁、承壓水容器與實驗裝置平臺連接處都設(shè)有防漏水橡膠墊圈。所述的長方體可拆卸式剛性護壁的槽體橫截面為方形，可使非飽和土試樣更加均勻，所述槽體較長面的高度為 80-120cm。
[0018]本發(fā)明所需要的設(shè)備中，擊實器24應(yīng)該做成底面邊長與剛性護壁尺寸相符，擊錘底部橫截面亦為方形，擊錘質(zhì)量為2.5-6.5kg，落距0.60m。
[0019]本發(fā)明采用的試樣尺寸較大，這樣可以更好的模擬實際工況，并且可以使試樣更具代表性。所述的可拆卸式剛性護壁23組成的槽體橫截面為方形。方形設(shè)計可實現(xiàn)水平狀態(tài)下制樣，并使非飽和土試樣20更加均勻。所述槽體較長面的高度為80-120cm，本例中采用高度為105cm，槽體內(nèi)表面橫截面方形邊長為60cm。
[0020]排水板3要固定在可拆卸式剛性護壁23上，裝非飽和土試樣之前，將剛性護壁23、實驗裝置平臺6、承壓水容器14用緊固螺栓15擰緊。剛性護壁23與試驗裝置平臺6之間，試驗裝置平臺6與承壓水容器14之間均應(yīng)有橡膠墊圈，以保證此三個構(gòu)件之間緊密接觸。
[0021]在由剛性護壁23構(gòu)成的槽內(nèi)，先放入減震器21，以免在接下來非飽和土試樣裝樣過程中擊實器的擊實造成過大的振動或?qū)嶒炑b置平臺6的損傷。減震器21之上放透水土工布22，之后裝非飽和土試樣。最后在非飽和土試樣20上自下而上放置透水土工布19和透水石18。在剛性護壁23上的預(yù)留孔內(nèi)間隔布置吸力計16和土壤水分傳感器17。
[0022]制備非飽和土試樣時，首先根據(jù)裝在系統(tǒng)容積，通過試算的方式確定土樣質(zhì)量，進而通過夯實確定試驗所需土樣的干密度和初始含水量。擊實過程參照《土工試驗規(guī)程》(SL237-1999)。
[0023]在模擬降雨在非飽和土體中的入滲時，裝好試樣后，關(guān)閉閥門12，關(guān)閉流量計1，加壓泵13處于關(guān)閉狀態(tài)，根據(jù)雨強選用合適的噴頭2，通過調(diào)節(jié)伸縮節(jié)10，將降雨裝置調(diào)整到合適的高度。之后依次打開流量計1、連接降雨系統(tǒng)的閥門12 (提供承壓水的閥門仍然處于關(guān)閉狀態(tài))，之后打開加壓泵13并調(diào)至適當?shù)膲毫?。實驗過程中，可根據(jù)降雨強度與降雨時間對試驗進行控制。
[0024]在模擬承壓水在非飽和土體中的滲透時，裝好試樣后，先打開連接承壓水容器14的閥門12 (連接降雨系統(tǒng)的閥門處于關(guān)閉狀態(tài))再打開壓力泵13。
[0025]無論模擬降雨在非飽和土體中的入滲或模擬承壓水在非飽和土體中的滲透，從試驗開始至結(jié)束，吸力計16、土壤水分傳感器17以及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)始終處于工作狀態(tài)。由計算機實時采集相關(guān)試驗參數(shù)，該試驗最終需獲取的瞬態(tài)滲透系數(shù)、土-水特征曲線可通過數(shù)值計算得到。
【權(quán)利要求】
1.一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗裝置，它包括流量計、噴頭、排水板、實驗裝置平臺、輸水管、密閉供水箱、氣壓閥、加壓泵、承壓水容器、吸力計、土壤水分傳感器、透水石、透水土工布、非飽和土試樣、減震器、透水土工布二、長方體可拆卸式剛性護壁，其特征在于:實驗裝置平臺的中部設(shè)有若干個透水孔，對應(yīng)透水孔上的實驗裝置平臺的上表面連有長方體可拆卸式剛性護壁，下表面連有水壓可調(diào)的密閉式承壓水容器，所述長方體可拆卸式剛性護壁的外壁設(shè)有若干個預(yù)留孔，所述對應(yīng)透水孔上的實驗裝置平臺的下表面連有承壓水容器，所述長方體可拆卸式剛性護壁內(nèi)自下而上依次設(shè)置有減震器、透水土工布二、非飽和土試樣、透水土工布和透水石，正對透水石的上方連有降雨模擬噴頭，所述長方體可拆卸式剛性護壁的預(yù)留孔布置吸力計和土壤水分傳感器，所述噴頭通過輸水管連接密閉供水箱，所述承壓水容器和密閉供水箱通過氣壓閥連接加壓泵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗裝置，其特征在于:所述長方體可拆卸式剛性護壁的頂端一圈連有排水板，排水板的底端通過導(dǎo)流管連接集水容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗裝置，其特征在于:輸水管固定在可伸縮中空支架內(nèi)，可伸縮中空支架的豎直固定在實驗裝置平臺上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗裝置，其特征在于:減震器緊靠實驗裝置平臺，用于降低非飽和土制樣過程中擊實器對平臺的沖擊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗裝置，其特征在于:噴頭上還設(shè)有流量計。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗裝置，其特征在于:所述長方體可拆卸式剛性護壁、承壓水容器與實驗裝置平臺連接處都設(shè)有防漏水橡膠墊圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗裝置，其特征在于:所述的長方體可拆卸式剛性護壁的槽體橫截面為方形，可使非飽和土試樣更加均勻，所述槽體較長面的高度為80-120cm。
【文檔編號】G01N15/08GK104458529SQ201410671330
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】薛凱喜, 侯恒軍, 胡艷香, 魏永起, 王勝平, 楊澤平, 王合義, 梁海安, 顧連勝, 胡明華, 賀其, 沈宏亮, 邵偉星, 王少文, 楊龍, 封偉慶, 崔夢麟 申請人:東華理工大學(xué)