一种土体内部侵蚀作用下的漏水漏砂试验设备及试验方法与流程

1.本发明属于土体内部侵蚀模拟试验技术领域，具体涉及一种土体内部侵蚀作用下的漏水漏砂试验设备及试验方法。


背景技术：

2.近年来，城市基础建设的发展越来越迅速，与路面塌陷和砂土漏水漏砂相关联的土壤侵蚀灾害有明显的增加，这对城市的安全建设造成了很大的威胁。为此，许多相关研究方向的学者也对应进行了大量的工作。许多研究表明，因为地下水的渗流作用，一部分的可溶性地下矿物被溶解，降解以及内部侵蚀所造成的土壤的颗粒流失，大量的砂土颗粒被水流带走，在地面以下的许多地层中出现了许多隐伏的空洞地带，这使得土壤的微观结构发生了不小的变化，进而会对土壤的刚度与强度造成影响，这也是路面之所以沉降和地面之所以塌陷等一连串问题的原因所在。
3.我国对于路面沉降以及地面塌陷的研究还处于萌芽阶段，研究手段也比较匮乏，目前多是用工程案例分析或者探测空洞的手段来研究，对于土体内部侵蚀原理和空洞形成机理的系统性实验室试验研究还是不多。目前来说，和土壤内部侵蚀的实验室试验相关的研究可分为两大类型，一种是利用混合水溶性材料像糖或者盐等，通过这种颗粒的溶解来实现试样内部的侵蚀，但是缺陷是地下水的条件、渗水位置以及砂土的颗粒级配都是相同的，不同条件下的内部侵蚀模型难以建立；另一种是用改良的三轴实验仪中将一定尺寸的颗粒冲洗掉，比方说，可以将三轴试验仪中的传统基座换成有小孔分布的基座，这样在试验的时候就可以将细小颗粒过滤掉，这个方法的缺陷是只能研究土体内部侵蚀过程中强度和刚度的变化，缺少土体内部侵蚀中各项参数指标在侵蚀过程中变化机理的数据研究，很难分析它的变化原因。以上试验的研究，多次指出土壤的弱化力学行为，并认为这都是由于孔隙率的增大和颗粒接触的减少。到目前为止，关于非均匀土壤在侵蚀后的土壤性质，以及漏水漏砂量的研究工作很少，关于砂土漏水漏砂量与砂土内部侵蚀程度的问题还没有被有效的解决，大部分科研人员仍然停留在研究土壤内部侵蚀后刚度强度的变化，地下管道产生裂缝后对管道周边土体的侵蚀影响，以及对地下空洞形成的模拟，关于研究土壤侵蚀程度与漏水漏砂量的试验及其技术方案比较单一，缺少系统性、综合性。


技术实现要素：

4.本发明针对上述问题，提供一种土体内部侵蚀作用下的漏水漏砂试验设备及试验方法，通过预先在土体中掺入不同含量的可溶性颗粒，在颗粒溶解后以及砂土饱和后将漏口打开，监测记录漏水漏砂量以及土体沉降变形情况，来开展模拟在不同侵蚀条件下的土体漏水漏砂模型试验，监测土体不同侵蚀条件下漏水漏砂量以及沉降变形的情况，进而深入探究各参数在渗漏过程中的变化机理和变化原因，提出相应预防漏水漏砂灾害的措施，为城市建设预防土壤侵蚀灾害提供实验依据。
5.为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种土体内部侵蚀作用下的漏水漏砂试验设备，包括水箱、伞状降水器、侵蚀发生箱、支撑框架和水砂收集箱，所述水箱通过进水管与伞状降水器相连，所述伞状降水器正下方设置有侵蚀发生箱，所述侵蚀发生箱放置在支撑框架上，其底部中心位置开有一圆形漏口，所述水砂收集箱置于支撑框架内，安放位置位于所述圆形漏口正下方。
6.一种土体内部侵蚀作用下的漏水漏砂试验设备，还包括一台800w摄像机和一台照相机，所述800w摄像机架设在侵蚀发生箱一侧，所述照相机设置在侵蚀发生箱顶部。
7.所述侵蚀发生箱正面中上部开有一细条型漏口，正面外表面边缘沿竖向设有刻度线。
8.所述进水管上设置有进水阀门和浮子流量计，所述进水阀门设置于浮子流量计前端。
9.所述水箱、侵蚀发生箱和水砂收集箱均由有机玻璃板胶接而成，所述水砂收集箱顶部无盖，内部通过3块隔板将其均分为四个小格。
10.一种土体内部侵蚀作用下的漏水漏砂试验设备试验方法，试验方法过程如下：s1.首先关闭进水管上的进水阀门，将侵蚀发生箱底部中心的圆形漏口用胶带封闭好，然后在侵蚀发生箱中分层装填一定颗粒级配的干砂土，每装填一层砂土后将其锤密实，直至砂土分层装填到指定高度；s2.将侵蚀发生箱放置在固定好的支撑框架上，将水砂收集装置放在侵蚀发生箱底部圆形漏口的正下方，在其一侧适当距离安置好800w摄像机，调节高度使其能将实验现象完整录下；s3.将伞状降水器与进水管连接，并将其安置在侵蚀发生箱箱体顶部平面以下；s4.缓慢打开进水阀门，伞状降水器降水至水位达到试验所需的水位高度，放置一段时间至侵蚀发生箱内的砂土饱和；s5.开始试验，800w摄像机开始拍摄，将密封圆形漏口的胶带撕去，同时调整进水阀门，使侵蚀发生箱内的水位高度维持恒定，当水砂收集箱中的一小格装满后，手动移动至下一小格并记录下所用时间；s6.当侵蚀发生箱底部圆形漏口几乎不渗漏出砂土，只有大量水渗出时，将水砂收集箱移开，关闭阀门，移开伞状降水器，静置一段时间，使得侵蚀发生箱里的水全部漏完；s7.把照相机安置在侵蚀发生箱正上方合适高度，调好相机焦距后，左右移动照相机拍取所需部位的试验照片。
11.s1中所述在侵蚀发生箱中分层装填一定颗粒级配的干砂土，分层装填的具体过程为：在侵蚀发生箱（7）内每隔一定厚度装填一定颗粒级配的干砂土，并将其锤密实，相邻两层的砂土间撒上一层红沙进行分隔。
12.所述一定颗粒级配的干砂土，干砂土中10%的细颗粒被替换为相同级配的盐粒。
13.本发明的有益效果：1、通过阀门和浮子流量计可以控制水流速度和水位高度。
14.2、通过伞状降水器可以使水均匀的洒在砂土上，减少因为降水对土体造成的影响，在砂土渗漏过程中通过伞状降水器维持水位高度，也使得各个位置的水流比较平缓。
15.3、通过胶带密封侵蚀发生装置下的漏口可以使得砂土饱和后再开始饱和砂土的渗漏试验，可以控制试验开始的时间。
16.4、通过收集装置可以在其一份装满后通过简单的移动开始在其下一份装载，不用拿取新的容器来替换，简单易操作。
17.5、在其一侧安置一台摄像机，能够获得整个试验过程的大小合适且最为清楚的试验视频。
18.6、所述试验装置由有机玻璃板制成，可以承受较大的力而不失去稳定性，且在所述试验装置的侵蚀发生箱外表面沿竖向设有刻度线，有利于观测侵蚀发生箱中水位的高度及侵蚀发生箱中土体的高度及沉降变化情况。
19.7、本发明结构简单，易于制作，操作方便。
附图说明
20.图1为本发明一种土体内部侵蚀作用下的漏水漏砂试验设备的结构示意图；图2为本发明侵蚀发生箱的结构示意图；图3为本发明水砂收集箱的结构示意图；图4为本发明试验方法流程图；图中：1、水箱；2、进水阀门；3、浮子流量计；4、进水管；5、伞状降水器；6、细条型漏口；7、侵蚀发生箱；8、刻度线；9、圆形漏口；10、支撑框架；11、水砂收集箱；12、照相机；13、800w摄像机；14、隔板。
具体实施方式
21.为了更好地解释本发明，下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
22.实施例：参见图1
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4。
23.如图1所示，一种土体内部侵蚀作用下的漏水漏砂试验设备，包括水箱1、伞状降水器5、侵蚀发生箱7、支撑框架10、水砂收集箱11、照相机12和800w摄像机13，所述水箱1通过进水管4与伞状降水器5相连，所述伞状降水器5正下方设置有侵蚀发生箱7，所述侵蚀发生箱7放置在支撑框架10上，所述水砂收集箱11置于支撑框架10内，安放位置位于侵蚀发生箱7正下方，所述800w摄像机13架设在侵蚀发生箱7一侧，所述照相机12设置在侵蚀发生箱7顶部。
24.所述进水管4上设置有进水阀门2和浮子流量计3，所述进水阀门2设置于浮子流量计3前端。
25.如图2所示，所述侵蚀发生箱7正面中上部开有一细条型漏口6，底部中心位置开有一圆形漏口9，正面外表面边缘沿竖向设有刻度线8。
26.如图3所示，所述水砂收集箱11顶部无盖，内部通过3块隔板14将其均分为四个小格。
27.如图4所示，本发明一种土体内部侵蚀作用下的漏水漏砂试验设备，具体试验方法如下：s1.首先关闭进水管4上的进水阀门2，将侵蚀发生箱7底部中心的圆形漏口9用胶带封闭好，然后在侵蚀发生箱7内每隔一定厚度装填一层干砂土干砂土中10%的细颗粒被替换为相同级配的盐粒，相邻两层的砂土间撒上一层红沙进行分隔，每装填一层砂土后将其锤密实，直至砂土分层装填到指定高度；
s2.将侵蚀发生箱7放置在固定好的支撑框架10上，将水砂收集装置11放在侵蚀发生箱7底部圆形漏口9的正下方，在其一侧适当距离安置好800w摄像机13，调节高度使其能将实验现象完整录下；s3.将伞状降水器5与进水管4连接，并将其安置在侵蚀发生箱7箱体顶部平面以下；s4.缓慢打开进水阀门2，伞状降水器5降水至水位达到试验所需的水位高度，放置一段时间至侵蚀发生箱7内的砂土饱和；s5.开始试验，800w摄像机13开始拍摄，将密封圆形漏口的胶带撕去，同时调整进水阀门2，使侵蚀发生箱7内的水位高度维持恒定，当水砂收集箱11中的一小格装满后，手动移动至下一小格并记录下所用时间；s6.当侵蚀发生箱7底部圆形漏口9几乎不渗漏出砂土，只有大量水渗出时，将水砂收集箱11移开，关闭进水阀门2，移开伞状降水器5，静置一段时间，使得侵蚀发生箱7里的水全部漏完；s7.把照相机12安置在侵蚀发生箱7正上方合适高度，调好相机焦距后，左右移动照相机12拍取所需部位的试验照片。
28.本发明试验设备通过进水阀门2和浮子流量计3可以控制水流速度和水位高度；通过伞状降水器5可以使水均匀的洒在砂土上，减少因为降水对土体造成的影响，在砂土渗漏过程中通过伞状降水器5维持水位高度，也使得各个位置的水流比较平缓；通过胶带密封侵蚀发生箱7底部的圆形漏口9可以使得砂土饱和后再开始饱和砂土的渗漏试验，可以控制试验开始的时间；通过水砂收集箱11可以在其一份装满后通过简单的移动开始在其下一份装载，不用拿取新的容器来替换，简单易操作；同时在侵蚀发生箱7一侧安置有摄像机，能够获得整个试验过程的大小合适且最为清楚的试验视频；整个试验装置大部分部件由有机玻璃板制成，可以承受较大的力而不失去稳定性，且在所述试验装置的侵蚀发生箱7外表面沿竖向设有刻度线，有利于观测侵蚀发生箱7中水位的高度及侵蚀发生箱7中土体的高度及沉降变化情况；试验设备整体结构简单，易于制作，操作方便。
29.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。