一種巖溶塌陷過(guò)程中水力特性圓筒試驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種巖溶塌陷過(guò)程中水力特性圓筒試驗(yàn)裝置，包括水頭控制系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、試驗(yàn)單元系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)包括樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng)、記錄儀、攝像機(jī)、溫濕計(jì)；試驗(yàn)單元系統(tǒng)主要包括圓筒和圓筒上蓋、圓筒下蓋、螺桿、上進(jìn)水管、下進(jìn)水管、上進(jìn)水管水閥、下進(jìn)水管水閥、排氣孔、圓環(huán)、水壓傳感器、引水鋼管等；水頭控制系統(tǒng)包括供水桶、水位控制箱和水泵。本試驗(yàn)系統(tǒng)可以對(duì)不同水頭下塌陷土層中的水力特性進(jìn)行多方位測(cè)定，模擬不同巖溶開(kāi)口條件下的塌陷過(guò)程，數(shù)碼攝像、水壓傳感器與溫濕計(jì)結(jié)合樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng)可詳細(xì)記錄試驗(yàn)過(guò)程與試驗(yàn)數(shù)據(jù)，自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)便。
【專利說(shuō)明】
一種巖溶塌陷過(guò)程中水力特性圓筒試驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種巖溶塌陷過(guò)程中水力特性圓筒試驗(yàn)裝置，即一種可以模擬不同巖溶開(kāi)口大小的巖溶塌陷過(guò)程，采集、記錄、保存土體中多方位的水力特性、試驗(yàn)圖像、環(huán)境溫度、濕度的試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]水力誘導(dǎo)作為誘發(fā)巖溶塌陷發(fā)生的最重要因素之一，是研究如何預(yù)防、處理巖溶塌陷發(fā)生的重要參數(shù)。由于室外巖溶塌陷的模擬往往由于經(jīng)費(fèi)和規(guī)模的限制不能進(jìn)行觀測(cè)試驗(yàn)，室內(nèi)模擬試驗(yàn)成為研究巖溶塌陷過(guò)程中水力特性的關(guān)鍵方法，因此需要不斷改進(jìn)和更新現(xiàn)有室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)量技術(shù)手段和觀測(cè)方法以提高水力特性測(cè)量的精確度。
[0003]目前，巖溶塌陷特性試驗(yàn)主要是在室內(nèi)進(jìn)行，其實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)主要是監(jiān)測(cè)土體內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變的變化，從而忽視掉了整體模型中水的重要作用，如很少對(duì)巖溶塌陷過(guò)程中的水力特性進(jìn)行研究，特別是抽水初期由于水位降低造成的局部水力坡降變大，以及土洞發(fā)展過(guò)程中邊界上剝落導(dǎo)致的水力變化，通過(guò)水壓的變化反映出土洞擴(kuò)展的過(guò)程等。為了研究水力誘導(dǎo)會(huì)對(duì)巖溶塌陷的發(fā)展、形成造成的影響，設(shè)計(jì)了這套巖溶塌陷過(guò)程中水力特性圓筒試驗(yàn)裝置，從而獲得如何通過(guò)改善水力條件從而預(yù)防巖溶塌陷的發(fā)生。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]實(shí)用新型目的:為更清楚的理解水力誘導(dǎo)巖溶塌陷過(guò)程中水力特性，本發(fā)明提供一種巖溶塌陷過(guò)程中水力特性圓筒試驗(yàn)裝置，能夠改變巖溶開(kāi)口的大小、巖溶水位大小，從水壓傳感器測(cè)量值反演出各個(gè)參數(shù)不同對(duì)巖溶塌陷的影響。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型提出一種巖溶塌陷過(guò)程中水力特性圓筒試驗(yàn)裝置，包括測(cè)量系統(tǒng)、水頭控制系統(tǒng)和試驗(yàn)單元系統(tǒng)，其中:
[0006]所述試驗(yàn)單元系統(tǒng)包括圓筒和分別插設(shè)于所述圓筒側(cè)壁的若干組水壓檢測(cè)單元，所述圓筒上方和下方分別設(shè)置有圓筒上蓋和圓筒下蓋，在圓筒側(cè)壁壁上開(kāi)設(shè)有若干排測(cè)壓孔;每組水壓檢測(cè)單元包括依次連接的水壓傳感器、透明軟管和引水鋼管，每組水壓檢測(cè)單元通過(guò)引水鋼管的一端從測(cè)壓孔插入圓筒中；在圓筒上蓋開(kāi)有帶閥門(mén)的排氣孔，所述排氣孔的導(dǎo)管一端伸入模型筒內(nèi)部，另一端伸出蓋頂暴露于大氣中，以排除圓筒中的空氣;排氣孔旁開(kāi)有上進(jìn)水管，并在上進(jìn)水管上設(shè)置上閥門(mén)；在圓筒下蓋開(kāi)有下進(jìn)水管，下進(jìn)水管上配置下閥門(mén)；圓筒下蓋設(shè)置有圓形凹槽，所述圓形凹槽內(nèi)可放置不同內(nèi)徑的圓環(huán)，用于模擬巖溶開(kāi)口大小，并配備了相應(yīng)直徑的出水口塞；
[0007]所述測(cè)量系統(tǒng)包括記錄儀、樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng)、攝像機(jī)和溫濕計(jì)，所述記錄儀一端與水壓傳感器相連，另一端連接樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng);所述攝像頭和溫濕計(jì)分別與所述樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng)相連，從而實(shí)現(xiàn)水壓、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、照片或視頻的同步記錄、傳輸、存儲(chǔ)到樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng)；
[0008]所水頭控制系統(tǒng)包括供水桶和水位控制箱，所述供水桶內(nèi)設(shè)置有水栗，所述水栗通過(guò)水管連接水位控制箱供水;所述上進(jìn)水管和下進(jìn)水管分別與所述水位控制箱相通;所述水位控制箱內(nèi)設(shè)有溢流板，所述溢流板右側(cè)開(kāi)孔通過(guò)水管與供水桶相連通，使溢出的水流在重力作用下順著水管流入供水桶中，實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用所述圓筒上蓋和圓筒下蓋分別設(shè)置有卡槽，所述圓筒上蓋和圓筒下蓋分別通過(guò)卡槽與圓筒相連，卡槽內(nèi)套一圈止水橡膠，達(dá)到防滲的目的。水位控制箱可同時(shí)從圓筒底部與頂部供水，并提供試驗(yàn)所需的不同水頭，簡(jiǎn)化了水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0009]所述圓筒下蓋的四周均勻設(shè)置有四個(gè)下進(jìn)水管，水位控制箱中的水在水頭壓差作用下通過(guò)下進(jìn)水管均勻進(jìn)入圓筒，當(dāng)土體被完全浸潤(rùn)，關(guān)閉下進(jìn)水管水閥，打開(kāi)上進(jìn)水管水閥和排氣孔，水位控制箱內(nèi)水壓將水通過(guò)所述上進(jìn)水管注入圓筒內(nèi)，以提高上水效率，當(dāng)水充滿圓筒時(shí)，關(guān)閉排氣孔，從而使整個(gè)圓筒處于有壓狀態(tài)。
[0010]所述水壓檢測(cè)單共計(jì)24個(gè)，分6層布置，最底層距下筒蓋3cm，層與層之間間隔設(shè)置為5cm，所述最底層的引水銅管按距離模型筒中心0cm、3cm、6cm、9cm依次布置，余下每層引水鋼管按照最底層布置順序依次順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度進(jìn)行布置，從而可測(cè)量土體中各方位的水壓并減小引水鋼管對(duì)土體的擾動(dòng)作用。
[0011]所述引水鋼管外徑為8mm，內(nèi)徑為6mm，用直徑為6mm的鐵芯塞實(shí)引水鋼管，所述引水鋼管通過(guò)測(cè)壓孔伸入圓筒內(nèi)部，當(dāng)土層壓實(shí)完成后，抽出鐵芯，待土體飽和后，再通過(guò)透明軟管將引水鋼管與水壓傳感器連接，可避免土顆粒將引水鋼管堵塞而影響水壓傳感器測(cè)量準(zhǔn)確度。
[0012]所述的圓筒下蓋開(kāi)有I cm深，半徑為5cm的圓形凹槽，距圓形凹槽中心14.5cm處各開(kāi)半徑0.5cm、深度2cm的四個(gè)進(jìn)水口，呈對(duì)稱分布;所述圓形凹槽可以嵌入不同口徑的圓環(huán)，所述圓環(huán)外半徑為5cm，內(nèi)半徑有0.5?2.0cm尺寸供選擇，以此來(lái)模擬不同的巖溶開(kāi)口。
[0013]當(dāng)本實(shí)用新型用于定水頭有壓試驗(yàn)時(shí)，包括如下步驟:
[0014](I)將圓筒嵌入圓筒下蓋的卡槽，并在邊緣外部裹上止水橡皮以此止水。選定一定口徑的圓環(huán)嵌入圓筒底蓋中圓形凹槽，并用螺絲固定，出水口用相應(yīng)尺寸木塞堵實(shí)；
[00?5] (2)按一定級(jí)配選擇適合土樣，逐層加土壓實(shí)。當(dāng)土層厚度到達(dá)5cm且壓實(shí)完成后，從測(cè)壓孔伸入第一批引水鋼管到指定位置，再覆蓋土層壓實(shí)到第二層測(cè)壓孔位置，重復(fù)循環(huán)此操作，直到6層引水鋼管全部埋入土體。
[0016](3)完成整體模型筒土體裝填壓實(shí)。
[0017](4)將圓筒嵌入圓筒上蓋，并在邊緣外部裹上止水橡皮以此止水，依次插入筒身外部8個(gè)螺桿，并利用螺絲固定螺桿上下兩端，使模型成為一個(gè)整體。
[0018](5)上蓋和下蓋進(jìn)水口統(tǒng)一至水位控制箱溢流板左側(cè)，調(diào)整溢流板高度約為50cm來(lái)確定水頭高度打開(kāi)水栗將供水筒內(nèi)部水壓入水位控制箱中；打開(kāi)底部進(jìn)水口閥門(mén)，同時(shí)確保頂部排氣孔打開(kāi)。
[0019](6)待水流飽和土體后，關(guān)閉底部進(jìn)水口閥門(mén)，打開(kāi)上進(jìn)水口閥門(mén)，水位控制箱內(nèi)水位穩(wěn)定后測(cè)量水頭高度;模型筒形成循環(huán)有壓系統(tǒng)。
[0020](7)將24根銅管內(nèi)芯依次抽離，待水流出連接橡皮管，再轉(zhuǎn)接至水壓傳感器，數(shù)據(jù)通過(guò)水壓數(shù)據(jù)線傳輸至記錄儀。
[0021](8)關(guān)閉排氣孔閥門(mén)，拔出出水孔塞。打開(kāi)高清攝像機(jī)、溫濕計(jì)、樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng)、記錄儀形成高自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)。
[0022](9)當(dāng)水壓傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)不再發(fā)生變化，再次堵上底部出水口，關(guān)閉水栗停止往水位控制箱供水。
[0023]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0024](I)通過(guò)圓筒模擬巖溶塌陷，利用圓筒的對(duì)稱性，使得所測(cè)得水壓數(shù)據(jù)更直觀更有對(duì)比性，克服以往長(zhǎng)方形模型數(shù)據(jù)誤差大，關(guān)聯(lián)程度小的情況；
[0025](2)利用圓筒、水位控制箱、供水桶形成有壓水循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)溢流板自動(dòng)保持恒定水頭，確保了水頭不變的條件，減少水位不穩(wěn)定對(duì)巖溶塌陷的影響；
[0026](3)通過(guò)在空心鋼管內(nèi)部塞入鋼芯，防止在鋼管布置后壓實(shí)過(guò)程中土顆粒進(jìn)入鋼管堵塞水體流動(dòng)空間，影響水壓力傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度；
[0027](4通過(guò)底蓋開(kāi)凹槽配以不同口徑圓環(huán)，來(lái)改變巖溶開(kāi)口大小，從而使控制條件更容易改變；
[0028](5)通過(guò)測(cè)壓管多層錯(cuò)位的布置，盡量減少由于測(cè)管布置引起的試驗(yàn)誤差，當(dāng)測(cè)壓鋼管的水頭值與巖溶開(kāi)口處的水頭相等時(shí)，判別土洞擴(kuò)展的位置，通過(guò)中心測(cè)管位置可以判別最終塌陷的厚度
[0029](6)通過(guò)樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng)將圖像采集、溫濕計(jì)、記錄儀的數(shù)據(jù)自動(dòng)接收記錄，有著造價(jià)低，占地小、遠(yuǎn)程操控等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)電源只需5伏2安既可以運(yùn)行，對(duì)電源的要求大大降低，實(shí)驗(yàn)也變成一套自動(dòng)化程度高、能耗低、操作簡(jiǎn)便的試驗(yàn)系統(tǒng)；同時(shí)記錄儀能做到每秒記錄24個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，采集時(shí)間降低，克服了巡檢儀的缺點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為本發(fā)明的巖溶塌陷試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明的圓筒下蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3為本發(fā)明的筒模型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4為本發(fā)明的每層引水鋼管布置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖5為本發(fā)明的水位控制箱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖6為本發(fā)明圓筒身的前視示意圖，顯示了六層引水鋼管在圓筒上布置位置；
[0036]圖7為本發(fā)明的樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng)智能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)連接示意圖；
[0037]圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明如下:
[0038]1-圓筒、2-圓筒上蓋、3-圓筒下蓋、4-排氣孔、5-上進(jìn)水管、6-下進(jìn)水管、7-供水桶、8-水栗、9-水位控制箱、10-下進(jìn)水管水閥、11-上進(jìn)水管水閥、12-下蓋支架、13-水壓傳感器、14-引水鋼管、15-溢流板、16-記錄儀、17-樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng)、18-攝像機(jī)、19-溫濕計(jì)、20-出水孔塞、21-測(cè)壓孔、22-螺桿、23-圓形凹槽、24-圓環(huán)、25-圓筒下蓋進(jìn)水口、26-上進(jìn)水管進(jìn)水口、27-下水管進(jìn)水口、28-水栗出水口、29-供水桶進(jìn)水口、30-HDMI接口、31-電源接口、32-USB接口。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下述實(shí)施例在以本技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)例。
[0040]如圖1?7所示，本實(shí)施例提供了一種巖溶塌陷過(guò)程中水力特性圓筒試驗(yàn)裝置，主要由測(cè)量系統(tǒng)、試驗(yàn)單元系統(tǒng)和水頭控制系統(tǒng)三個(gè)部分組成。樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng)作為測(cè)量系統(tǒng)，主要由500w像素?cái)z像機(jī)18、溫濕計(jì)19、記錄儀16構(gòu)成，樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng)16采用Raspberrypi 2 B+模塊，如圖7所示，搭載一顆主頻900MHz的四核心Cortex-A7架構(gòu)處理器(博通BCM2836)，內(nèi)置IGB LPDDR2內(nèi)存，提供三個(gè)USB接口 32，其中兩個(gè)為全尺寸USB接口，一個(gè)為Micro USB接口，一個(gè)HDMI接口 30和電源接口 30，其使用5伏2安的電源供電，溫濕計(jì)采用DHTll傳感器，記錄儀采用TH-TZ多路無(wú)紙記錄儀，其具備32路信號(hào)輸入、采用320*240真彩色液晶屏顯示，能采集多種信號(hào)(O?5V、0?10V、4?20mA等)，精度等級(jí)為0.2%F.S，具備一組RS485通訊接口，通過(guò)RS232轉(zhuǎn)RS485連接樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。
[0041]試驗(yàn)單元系統(tǒng)中模型由有機(jī)玻璃筒身(即圓筒1)、鋁質(zhì)圓筒上蓋2、鋁質(zhì)圓筒下蓋3和8根固定螺桿22組成，整體高度60cm。在筒身3cm、7cm、12cm、17cm、22cm、27cm處各開(kāi)有直徑為8mm四個(gè)對(duì)稱分布的測(cè)壓孔，上一測(cè)壓孔的水平位置相對(duì)下一層順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度。圓筒上蓋開(kāi)有2cm直徑圓形進(jìn)水口和Icm直徑的排氣孔4，排氣孔4上設(shè)置閥門(mén)，圓筒下蓋3中部設(shè)有內(nèi)半徑為19cm、夕卜半徑為20cm，深I(lǐng)cm的卡槽，嵌入圓筒，圓筒下蓋四周設(shè)有8個(gè)直徑為Icm的對(duì)稱分布的圓孔，用于插入螺桿連接圓筒、圓筒上蓋、圓筒下蓋。圓筒下蓋中心設(shè)有外直徑10cm，內(nèi)直徑4cm，深度I cm的圓形凹槽以固定圓環(huán)，圓環(huán)外半徑為5cm，內(nèi)半徑有0.5、1.0、1.5、2.0cm四個(gè)尺寸選擇，并配有相同半徑木塞(即出水孔塞20)堵住出水口，距離底蓋中心14.5cm處開(kāi)有4個(gè)直徑Icm進(jìn)水口。圓筒下蓋下方設(shè)置有下蓋支架12用于支撐。距圓形凹槽中心14.5cm處各開(kāi)半徑0.5cm、深度2cm的四個(gè)圓筒下蓋進(jìn)水口 25，呈對(duì)稱分布。
[0042]水壓傳感器13通過(guò)透明軟管與引水鋼管14相連接，引水鋼管14內(nèi)外直徑分別8mm和6mm，引水鋼管14內(nèi)部塞有6mm鐵芯，通過(guò)測(cè)壓孔放置于指定測(cè)量位置，測(cè)壓孔與引水鋼管接觸面用橡皮塞和止水膠止水，水壓傳感器量程為O?2m，精度為±0.5%，額定電壓220V，輸出4?20mA電流，通過(guò)水壓傳感數(shù)據(jù)線依次與記錄儀連接。
[0043]水頭控制系統(tǒng)中供水桶7由藍(lán)色塑料桶(200L，直徑100cm)改裝而成，加工方便，容量大，可以對(duì)水位控制箱9持續(xù)供水。在供水通底部高度約為1cm處開(kāi)2cm進(jìn)水口，接有一根與水位控制箱相連接的進(jìn)水管，進(jìn)水口上方約20cm處設(shè)有直徑為4cm的出水口通過(guò)出水管與水栗相連。
[0044]水位控制箱由五塊厚度為Icm有機(jī)玻璃制作而成，底部采用80cmX 10cm長(zhǎng)方形尺寸，兩側(cè)采用70cm X 98cm尺寸，前后采用80cm X 70cm尺寸。在距離后板約35cm處設(shè)有溢流板15，溢流板15尺寸為50cm X 70cm X 1cm，使得進(jìn)水口進(jìn)入水在到達(dá)溢流板高度后溢處流回供水桶，水位控制箱共開(kāi)有4個(gè)進(jìn)出水口，直徑2cm;其中，上進(jìn)水管進(jìn)水口 26通過(guò)上進(jìn)水管5與圓筒上蓋相連，并在上進(jìn)水管上設(shè)有旋轉(zhuǎn)閥門(mén)(即上進(jìn)水管水閥11);直徑為2cm的下水管進(jìn)水口 27通過(guò)下進(jìn)水管6與圓筒下蓋相連，并設(shè)有旋轉(zhuǎn)閥門(mén)(即下進(jìn)水管水閥10)；直徑為5cm水栗出水口 28接通水栗為水位控制箱持續(xù)供水;直徑2cm的供水桶進(jìn)水口 29與供水桶相連形成循環(huán)水流。水栗采用潛水栗，外形尺寸為153X 105X135mm，額定電壓為220V，額定功率為60W，揚(yáng)程為3.0米，通過(guò)水管連接至水位控制箱持續(xù)供水。
[0045]使用本專利裝置進(jìn)行巖溶塌陷水力特性試驗(yàn)的具體操作方法為:
[0046](I)將圓筒嵌入圓筒下蓋的凹槽，并在邊緣外部裹上止水橡皮以此止水。選定一定口徑的圓環(huán)嵌入圓形凹槽，并用螺絲固定，出水口用相應(yīng)尺寸木塞堵實(shí)；
[0047](2)按一定級(jí)配選擇適合土樣，逐層加土壓實(shí)。當(dāng)土層厚度到達(dá)5cm且壓實(shí)完成后，從測(cè)壓孔伸入第一批引水鋼管到指定位置，再覆蓋土層壓實(shí)到第二層測(cè)壓孔位置，重復(fù)循環(huán)此操作，直到6層引水鋼管全部埋入土體。
[0048](3)完成整體模型筒土體裝填壓實(shí)。
[0049](4)將圓筒嵌入圓筒上蓋，并在邊緣外部裹上止水橡皮以此止水，依次擰緊筒身外部8個(gè)螺桿，固定模型。
[0050](5)上蓋和下蓋進(jìn)水口統(tǒng)一至水位控制箱溢流板左側(cè)，調(diào)整溢流板高度約為50cm來(lái)確定水頭高度打開(kāi)水栗將供水筒內(nèi)部水壓入水位控制箱中；打開(kāi)底部進(jìn)水口閥門(mén)，同時(shí)確保頂部排氣孔打開(kāi)。
[0051 ] (6)待水流飽和土體后，關(guān)閉底部進(jìn)水口閥門(mén)，打開(kāi)上進(jìn)水口閥門(mén)，水位控制箱內(nèi)水位穩(wěn)定后測(cè)量水頭高度;模型筒形成循環(huán)有壓系統(tǒng)。
[0052](7)將24根銅管內(nèi)芯依次抽離，待水流出連接橡皮管，再轉(zhuǎn)接至水壓傳感器，數(shù)據(jù)通過(guò)水壓數(shù)據(jù)線傳輸至記錄儀。
[0053](8)關(guān)閉排氣孔閥門(mén)，拔出出水孔塞。打開(kāi)高清攝像機(jī)、溫濕計(jì)、樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng)、記錄儀形成高自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)。
[0054](9)當(dāng)水壓傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)不再發(fā)生變化，再次堵上底部出水口，關(guān)閉水栗停止往水位控制箱供水。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種巖溶塌陷過(guò)程中水力特性圓筒試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括測(cè)量系統(tǒng)、水頭控制系統(tǒng)和試驗(yàn)單元系統(tǒng)，其中: 所述試驗(yàn)單元系統(tǒng)包括圓筒和分別插設(shè)于所述圓筒側(cè)壁的若干組水壓檢測(cè)單元，所述圓筒上方和下方分別設(shè)置有圓筒上蓋和圓筒下蓋，在圓筒側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有若干排測(cè)壓孔;每組水壓檢測(cè)單元包括依次連接的水壓傳感器、透明軟管和引水鋼管，每組水壓檢測(cè)單元通過(guò)引水鋼管的一端從測(cè)壓孔插入圓筒中；引水鋼管有四種不同的長(zhǎng)度，從而保證水壓傳感器可測(cè)量同一土層橫截面中四個(gè)不同半徑處的水壓；在圓筒上蓋開(kāi)有帶閥門(mén)的排氣孔，所述排氣孔的導(dǎo)管一端伸入模型筒內(nèi)部，另一端伸出蓋頂暴露于大氣中，以排除圓筒中的空氣；排氣孔旁開(kāi)有上進(jìn)水管，并在上進(jìn)水管上設(shè)置上閥門(mén)；在圓筒下蓋開(kāi)有下進(jìn)水管，下進(jìn)水管上配置下閥門(mén)；圓筒下蓋設(shè)置有圓形凹槽，所述圓形凹槽內(nèi)可放置不同內(nèi)徑的圓環(huán)，用于模擬巖溶開(kāi)口大小，并配備了相應(yīng)直徑的出水口塞;通過(guò)螺桿將圓筒上蓋、圓筒、圓筒下蓋接連，并用螺絲固定螺桿上下兩端從而成為一個(gè)整體； 所述測(cè)量系統(tǒng)包括記錄儀、樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng)、攝像機(jī)和溫濕計(jì)，所述記錄儀一端與水壓傳感器相連，另一端連接樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng);所述攝像頭和溫濕計(jì)分別與所述樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng)相連，從而實(shí)現(xiàn)水壓、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、照片或視頻的同步記錄、傳輸、存儲(chǔ)到樹(shù)莓派監(jiān)控系統(tǒng)； 所述水頭控制系統(tǒng)包括供水桶和水位控制箱，所述供水桶內(nèi)設(shè)置有水栗，所述水栗通過(guò)水管連接水位控制箱供水;所述上進(jìn)水管和下進(jìn)水管分別與所述水位控制箱相通;所述水位控制箱內(nèi)設(shè)有溢流板，所述溢流板右側(cè)開(kāi)孔通過(guò)水管與供水桶相連通，使溢出的水流在重力作用下順著水管流入供水桶中，實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖溶塌陷過(guò)程中水力特性圓筒試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述圓筒上蓋和圓筒下蓋分別設(shè)置有卡槽，所述圓筒上蓋和圓筒下蓋分別通過(guò)卡槽與圓筒相連，卡槽內(nèi)套一圈止水橡膠，并且通過(guò)螺桿將圓筒上蓋、圓筒、圓筒下蓋固定成一個(gè)整體，達(dá)到防滲的目的。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖溶塌陷過(guò)程中水力特性圓筒試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述圓筒下蓋的四周均勻設(shè)置有四個(gè)下進(jìn)水管，水位控制箱中的水在水頭壓差作用下通過(guò)下進(jìn)水管均勻進(jìn)入圓筒，當(dāng)土體被完全浸潤(rùn)，關(guān)閉下進(jìn)水管水閥，打開(kāi)上進(jìn)水管水閥和排氣孔，水位控制箱內(nèi)水壓將水通過(guò)所述上進(jìn)水管注入圓筒內(nèi)，以提高上水效率，當(dāng)水充滿圓筒時(shí)，關(guān)閉排氣孔，從而使整個(gè)圓筒處于有壓狀態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖溶塌陷過(guò)程中水力特性圓筒試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述水壓檢測(cè)單共計(jì)24個(gè)，分6層布置，最底層距下筒蓋3cm，層與層之間間隔設(shè)置為5cm，所述最底層的引水銅管按距離模型筒中心0Cm、3Cm、6Cm、9Cm依次布置，余下每層引水鋼管按照最底層布置順序依次順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度進(jìn)行布置，從而可測(cè)量土體中各方位的水壓并減小引水鋼管對(duì)土體的擾動(dòng)作用。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖溶塌陷過(guò)程中水力特性圓筒試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述引水鋼管外徑為8mm，內(nèi)徑為6mm，用直徑為6mm的鐵芯塞實(shí)引水鋼管，所述引水鋼管通過(guò)測(cè)壓孔伸入圓筒內(nèi)部，當(dāng)土層壓實(shí)完成后，抽出鐵芯，待土體飽和后，再通過(guò)透明軟管將引水鋼管與水壓傳感器連接，可避免土顆粒將引水鋼管堵塞而影響水壓傳感器測(cè)量準(zhǔn)確度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖溶塌陷過(guò)程中水力特性圓筒試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的圓筒下蓋開(kāi)有Icm深，半徑為5cm的圓形凹槽，距圓形凹槽中心14.5cm處各開(kāi)半徑0.5cm、深度2cm的四個(gè)進(jìn)水口，呈對(duì)稱分布;所述圓形凹槽可以嵌入不同口徑的圓環(huán)，所述圓環(huán)外半徑為5cm，內(nèi)半徑有0.5?2.0cm尺寸供選擇，以此來(lái)模擬不同的巖溶開(kāi)口。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK205679374SQ201620424120
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日 公開(kāi)號(hào)201620424120.9, CN 201620424120, CN 205679374 U, CN 205679374U, CN-U-205679374, CN201620424120, CN201620424120.9, CN205679374 U, CN205679374U
【發(fā)明人】聶思敏, 陶小虎, 王弘元, 趙堅(jiān), 朱蓓, 居艷陽(yáng)
【申請(qǐng)人】河海大學(xué)