專利名稱:一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗(yàn)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(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)的中部設(shè)有若干個(gè)透水孔，對(duì)應(yīng)透水孔上的實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)的上表面連有長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁，下表面裝有水壓可調(diào)的密閉式承壓水容器，所述長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁的外壁設(shè)有若干個(gè)預(yù)留孔，所述承壓水容器和密閉供水箱通過(guò)氣壓閥連接加壓泵。本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案之后，取得的有益效果包括：通過(guò)調(diào)節(jié)加壓泵、流量控制閥，控制雨強(qiáng)與降雨歷時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類降雨工況的模擬，通過(guò)剛性護(hù)壁預(yù)留孔插入的傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)雨水或地下水位抬升過(guò)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(shuō)明】一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗(yàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及到一種雨水入滲模擬試驗(yàn)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(yàn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]工程中常接觸的第四紀(jì)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(lái)，相關(guān)領(lǐng)域的科研以及工程實(shí)踐人員從不同方面對(duì)非飽和土的性質(zhì)、性質(zhì)的測(cè)定方法等投入了大量的精力并取得了豐碩的成果。然而，當(dāng)水在非飽和土體中滲透時(shí)，水的滲透變化過(guò)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(cè)。然而使用室內(nèi)模擬試驗(yàn)卻可以有效地進(jìn)行測(cè)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(yàn)對(duì)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(duì)入滲過(guò)程中非飽和土的物理力學(xué)參數(shù)的測(cè)定，無(wú)疑是非常重要的。
[0003]目前，大多數(shù)非飽和土滲透試驗(yàn)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(shí)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(yàn)設(shè)備并不能模擬不同強(qiáng)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(yàn)裝置采用的試驗(yàn)方式單一、所得數(shù)據(jù)代表性不強(qiáng)，不能很好地滿足試驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟆?br>

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗(yàn)裝置，該裝置可以模擬更加貼合實(shí)際工況的瞬態(tài)流；可以測(cè)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(guò)試驗(yàn)測(cè)定與數(shù)學(xué)計(jì)算相結(jié)合的方法定量計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的相關(guān)滲透參數(shù)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種多功能室內(nèi)非飽和土雨水入滲模擬試驗(yàn)裝置，它包括流量計(jì)、噴頭、排水板、實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)、輸水管、密閉供水箱、氣壓閥、加壓泵、承壓水容器、吸力計(jì)、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(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁，其特征在于:實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)的中部設(shè)有若干個(gè)透水孔，對(duì)應(yīng)透水孔上的實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)的上表面連有長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁，所述長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁的外壁設(shè)有若干個(gè)預(yù)留孔，所述對(duì)應(yīng)透水孔上的實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)的下表面連有承壓水容器，所述長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)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(duì)透水石的上方連有噴頭，所述長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁的預(yù)留孔布置吸力計(jì)和土壤水分傳感器，所述噴頭通過(guò)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(guò)氣壓閥連接加壓泵。
[0006]所述長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁的頂端一圈連有排水板，排水板的底端通過(guò)導(dǎo)流管連接集水容器。
[0007]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(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)上。
[0008]所述減震器緊靠實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)，減緩振動(dòng)的目的在于防止裝樣擊實(shí)時(shí)造成的過(guò)大振動(dòng)或可能對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)造成的損害。
[0009]所述噴頭上還設(shè)有流量計(jì)，流量可通過(guò)氣壓閥進(jìn)行調(diào)整。
[0010]所述長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁、承壓水容器與實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)連接處都設(shè)有防漏水橡膠墊圈。
[0011]所述的長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)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(zhǎng)面的高度為80-120cm。
[0012]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。
[0013]所述吸力計(jì)、土壤水分傳感器傳輸檢測(cè)數(shù)據(jù)，以便實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)非飽和土體的滲透過(guò)程，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集得到相關(guān)的滲透參數(shù)。同時(shí)可通過(guò)擴(kuò)展其它傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣內(nèi)部軸壓、圍壓及軸向變形等參數(shù)的測(cè)量。
[0014]本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案之后，取得的有益效果包括:1.通過(guò)調(diào)節(jié)加壓泵、流量控制閥，控制雨強(qiáng)與降雨歷時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類降雨工況的模擬；2.通過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)非飽和土滲透過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)；4.實(shí)時(shí)測(cè)定非飽和土的滲透參數(shù)。

【附圖說(shuō)明】

[0015]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本實(shí)用新型的俯視圖。
[0017]在圖中，1-流量計(jì)2-噴頭3-排水板4-導(dǎo)流管5-集水容器6_實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)7-滾動(dòng)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(jì)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(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁24-擊實(shí)器。

【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)6的中部設(shè)有若干個(gè)透水孔，對(duì)應(yīng)透水孔上的實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)6的上表面連有長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁23，所述長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁23的外壁設(shè)有若干個(gè)預(yù)留孔，所述對(duì)應(yīng)透水孔上的實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)的下表面連有承壓水容器14，所述長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)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(duì)透水石18的上方連有噴頭2，所述長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁23的預(yù)留孔布置吸力計(jì)16和土壤水分傳感器17，所述噴頭2通過(guò)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(guò)氣壓閥12連接加壓泵13。所述長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁23的頂端一圈連有排水板3，排水板3的底端通過(guò)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(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)上，可伸縮中空支架8由若干個(gè)伸縮節(jié)10組成。所述減震器21緊靠實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)6，減緩振動(dòng)的目的在于防止裝樣擊實(shí)時(shí)造成的過(guò)大振動(dòng)或可能對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)造成的損害。所述噴頭2上還設(shè)有流量計(jì)I。所述長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁、承壓水容器與實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)連接處都設(shè)有防漏水橡膠墊圈。所述的長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)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(zhǎng)面的高度為 80-120cm。
[0019]本實(shí)用新型所需要的設(shè)備中，擊實(shí)器24應(yīng)該做成底面邊長(zhǎng)與剛性護(hù)壁尺寸相符，擊錘底部橫截面亦為方形，擊錘質(zhì)量為2.5飛.5kg，落距0.60m。
[0020]本發(fā)明實(shí)用新型采用的試樣尺寸較大，這樣可以更好的模擬實(shí)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(hù)壁23組成的槽體橫截面為方形。方形設(shè)計(jì)可實(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)為60cm。
[0021]排水板3要固定在可拆卸式剛性護(hù)壁23上，裝非飽和土試樣之前，將剛性護(hù)壁23、實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)6、承壓水容器14用緊固螺栓15擰緊。剛性護(hù)壁23與試驗(yàn)裝置平臺(tái)6之間，試驗(yàn)裝置平臺(tái)6與承壓水容器14之間均應(yīng)有橡膠墊圈，以保證此三個(gè)構(gòu)件之間緊密接觸。
[0022]在由剛性護(hù)壁23構(gòu)成的槽內(nèi)，先放入減震器21，以免在接下來(lái)非飽和土試樣裝樣過(guò)程中擊實(shí)器的擊實(shí)造成過(guò)大的振動(dòng)或?qū)嶒?yàn)裝置平臺(tái)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(hù)壁23上的預(yù)留孔內(nèi)間隔布置吸力計(jì)16和土壤水分傳感器17。
[0023]制備非飽和土試樣時(shí)，首先根據(jù)裝在系統(tǒng)容積，通過(guò)試算的方式確定土樣質(zhì)量，進(jìn)而通過(guò)夯實(shí)確定試驗(yàn)所需土樣的干密度和初始含水量。擊實(shí)過(guò)程參照《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SL237-1999)。
[0024]在模擬降雨在非飽和土體中的入滲時(shí)，裝好試樣后，關(guān)閉閥門12，關(guān)閉流量計(jì)1，加壓泵13處于關(guān)閉狀態(tài)，根據(jù)雨強(qiáng)選用合適的噴頭2，通過(guò)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(kāi)流量計(jì)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(kāi)加壓泵13并調(diào)至適當(dāng)?shù)膲毫?。?shí)驗(yàn)過(guò)程中，可根據(jù)降雨強(qiáng)度與降雨時(shí)間對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行控制。
[0025]在模擬承壓水在非飽和土體中的滲透時(shí)，裝好試樣后，先打開(kāi)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(kāi)壓力泵13。
[0026]無(wú)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(yàn)開(kāi)始至結(jié)束，吸力計(jì)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(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)，該試驗(yàn)最終需獲取的瞬態(tài)滲透系數(shù)、土-水特征曲線可通過(guò)數(shù)值計(jì)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(yàn)裝置，它包括流量計(jì)、噴頭、排水板、實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)、輸水管、密閉供水箱、氣壓閥、加壓泵、承壓水容器、吸力計(jì)、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(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁，其特征在于:實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)的中部設(shè)有若干個(gè)透水孔，對(duì)應(yīng)透水孔上的實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)的上表面連有長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁，下表面連有水壓可調(diào)的密閉式承壓水容器，所述長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁的外壁設(shè)有若干個(gè)預(yù)留孔，所述對(duì)應(yīng)透水孔上的實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)的下表面連有承壓水容器，所述長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)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(duì)透水石的上方連有降雨模擬噴頭，所述長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁的預(yù)留孔布置吸力計(jì)和土壤水分傳感器，所述噴頭通過(guò)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(guò)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(yàn)裝置，其特征在于:所述長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁的頂端一圈連有排水板，排水板的底端通過(guò)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(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)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(yàn)裝置，其特征在于:減震器緊靠實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)，用于降低非飽和土制樣過(guò)程中擊實(shí)器對(duì)平臺(tái)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(yàn)裝置，其特征在于:噴頭上還設(shè)有流量計(jì)。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(yàn)裝置，其特征在于:所述長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)壁、承壓水容器與實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)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(yàn)裝置，其特征在于:所述的長(zhǎng)方體可拆卸式剛性護(hù)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(zhǎng)面的高度為80-120cm。
【文檔編號(hào)】G01N15-08GK204269522SQ201420704178
【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(mèng)麟 [申請(qǐng)人]東華理工大學(xué)