一种考虑渗流的土石料水槽冲刷试验装置

1.本发明属于土石料水槽冲刷试验技术领域，尤其涉及一种考虑渗流的土石料水槽冲刷试验装置。


背景技术：

2.石料填筑是将合格的土、砂砾、石料运至指定位置，按设计要求填筑成建筑物的施工过程。土石料填筑的密实工序，是工程质量和建筑物安全的关键。在土石料压实过程中的铺料厚度及碾压遍数，一般均需根据材料特性和选用压实设备型号通过碾压试验确定，以保证建筑物达到设计要求的压实指标。当合格的土石料运至工作面后，需按指定位置顺序卸料，再按规定厚度铺平。常用的土石料压实机械有：依靠碾重的静力作用使土石料结构破坏，颗粒变位挤紧压实，如平碾、羊足碾和凸块碾，适用于细粒料压实。依靠土料的搓揉、拌和作用驱除土粒间滞留的空气压实，如气胎碾。依靠机械的振动频率和碾重，使土石料颗粒随之振荡，粒间摩擦阻力减少并发生相对位移，从而缩小颗粒间隙压实，如振动碾。用重锤下落的冲击动能压实，如各种夯实机械，适用于各种黏性或无黏性土料，常用于防渗铺盖、堤身或坝体，一般铺土较厚，击实次数比碾压遍数少。在大型碾压设备所不能压到的边角和接头等特殊部位，常用小型夯实设备补压密实，如截水槽底部、混凝土齿墙两侧、坝体与岸坡或建筑物连接部位。然而，现有考虑渗流的土石料水槽冲刷试验装置对土石料的渗透率进行测量的过程中，对于某些渗透率较小的土石料来说，由于这些土石料本身渗透率的限制，在测试过程中，通入土石料的水并不能从土石料中渗透出来，所以就不能得到这些渗透率较小的土石料的渗透率；同时，对土石料渗流量计算不准确。
3.综上所述，现有技术存在的问题是：现有考虑渗流的土石料水槽冲刷试验装置对土石料的渗透率进行测量的过程中，对于某些渗透率较小的土石料来说，由于这些土石料本身渗透率的限制，在测试过程中，通入土石料的水并不能从土石料中渗透出来，所以就不能得到这些渗透率较小的土石料的渗透率；同时，对土石料渗流量计算不准确。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种考虑渗流的土石料水槽冲刷试验装置。
5.本发明是这样实现的，一种考虑渗流的土石料水槽冲刷试验装置包括：
6.冲刷视频监控模块、供水模块、主控模块、喷水冲刷模块、喷水量调节模块、渗透率计算模块、渗流量计算模块、显示模块；
7.冲刷视频监控模块，与主控模块连接，用于通过摄像器监控土石料水槽冲刷试验过程视频；
8.供水模块，与主控模块连接，用于对考虑渗流的土石料水槽冲刷试验装置进行供水；
9.主控模块，与冲刷视频监控模块、供水模块、喷水冲刷模块、喷水量调节模块、渗透
率计算模块、渗流量计算模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作；
10.喷水冲刷模块，与主控模块连接，用于通过喷水器对水槽内的土石料进行喷水冲刷；
11.喷水量调节模块，与主控模块连接，用于调节喷水器喷水流量；
12.渗透率计算模块，与主控模块连接，用于计算土石料渗透率；
13.渗流量计算模块，与主控模块连接，用于计算土石料渗流量；
14.显示模块，与主控模块连接，用于显示冲刷实验视频、土石料渗透率、土石料渗流量数据。
15.进一步，所述渗透率计算模块计算方法如下：
16.1)对土石料进行预处理；对进行了预处理的所述土石料进行第一次ct扫描，得到第一次扫描结果；
17.2)根据所述第一次扫描结果对土石料初始渗透率进行计算；对所述土石料进行相变处理；对相变处理后的所述土石料进行第二次ct扫描，得到第二次扫描结果；
18.3)根据所述第二次扫描结果对土石料变相后渗透率进行计算；对计算得到的所述土石料初始渗透率和所述土石料变相后渗透率进行比较，得到渗透率变化倍数。
19.进一步，所述根据所述第一次扫描结果对土石料初始渗透率进行计算包括：
20.通过三维成像软件对所述第一次扫描结果进行分析计算，得到原始土石料孔隙度；
21.根据得到的含水饱和度和所述原始土石料孔隙度，利用公式(1)对所述初始土石料渗透率进行计算：
[0022][0023]
其中，ki为土石料原始渗透率，s
wt
为含水饱和度，φi为土石料原始孔隙度，c、x、y为常数。
[0024]
进一步，所述对土石料进行预处理包括：
[0025]
清洁土石料表面；
[0026]
对所述土石料进行称重；
[0027]
将称重后的所述土石料浸入蒸馏水中，充分吸收所述蒸馏水的水分；
[0028]
对充分吸收所述蒸馏水水分后的所述土石料再次称重；
[0029]
根据所述土石料称重的结果计算所述土石料的含水饱和度。
[0030]
进一步，所述渗流量计算模块计算方法如下：
[0031]
(1)在已知均衡子区的前提下，以子区内部某土石料渗流量为参数，参数化子区内部所有土石料渗流量值；
[0032]
(2)利用参数化的土石料渗流量值，选择流速插值算法，参数化子区内所有单元流速场；
[0033]
(3)以单元土石料切向流速差最小为条件，最优化求解子区内所有土石料渗流量；
[0034]
进一步，所述在已知均衡子区的前提下，以子区内部某土石料渗流量为参数，参数
化子区内部所有土石料渗流量值包括：
[0035]
获得各结点的预报水位值；
[0036]
建立基础数据的拓扑结构；
[0037]
获得均衡子区数据；
[0038]
假设子区内某一土石料渗流量值为q，并以此参数化所有未知渗流量土石料。
[0039]
进一步，所述获得各结点的预报水位值方法：
[0040]
根据收集到的水文地质资料，建立二维有限单元或控制体积有限单元模型并求解水预报问题，获得各结点的预报水位值。
[0041]
进一步，所述建立基础数据的拓扑结构方法：
[0042]
对以下基础数据的存在和相互调用的结构：有限单元法的网格单元、水预报问题的预报水位值、土石料条件、垂向补排、井参数。
[0043]
进一步，所述获得均衡子区数据方法：
[0044]
利用cordes-wolfgang或durlofsky方法获得均衡子区数据，将由durlofsky获得的子区数据转换为类似cordes-wolfgang子区的形式。
[0045]
进一步，所述利用参数化的土石料渗流量值，选择流速插值算法，参数化子区内所有单元流速场还包括：
[0046]
利用参数化的土石料插值单元内部流速场，参数化所有土石料的切向流速差。
[0047]
本发明的优点及积极效果为：本发明通过渗透率计算模块对土石料进行ct扫描，然后通过三维成像软件对ct扫描的结果进行分析计算，从而计算出土石料渗透率，可以不用在测试土石料渗透率的过程中被土石料的渗透率所限制，可以测量渗透率任意大小的土石料，并在测量到这些土石料的渗透率后对这些土石料进行相变操作，从而得到这些土石料相变操作后的渗透率，为以后的研究和开采工作做足必要的准备；同时，通过渗流量计算模块首先在已知均衡子区的前提下，以子区内部某土石料渗流量为参数，参数化子区内部所有土石料渗流量值；之后利用参数化的土石料渗流量值，选择流速插值算法，参数化子区内所有单元流速场；然后以单元土石料切向流速差最小为条件，最优化求解子区内所有土石料渗流量，能够准确计算不同渗透性单元土石料渗流量。
附图说明
[0048]
图1是本发明实施例提供的考虑渗流的土石料水槽冲刷试验装置结构框图。
[0049]
图2是本发明实施例提供的渗透率计算模块计算方法流程图。
[0050]
图3是本发明实施例提供的渗流量计算模块计算方法流程图。
[0051]
图1中：1、冲刷视频监控模块；2、供水模块；3、主控模块；4、喷水冲刷模块；5、喷水量调节模块；6、渗透率计算模块；7、渗流量计算模块；8、显示模块。
具体实施方式
[0052]
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
[0053]
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
[0054]
如图1所示，本发明实施例提供的考虑渗流的土石料水槽冲刷试验装置包括：冲刷
视频监控模块1、供水模块2、主控模块3、喷水冲刷模块4、喷水量调节模块5、渗透率计算模块6、渗流量计算模块7、显示模块8。
[0055]
冲刷视频监控模块1，与主控模块3连接，用于通过摄像器监控土石料水槽冲刷试验过程视频；
[0056]
供水模块2，与主控模块3连接，用于对考虑渗流的土石料水槽冲刷试验装置进行供水；
[0057]
主控模块3，与冲刷视频监控模块1、供水模块2、喷水冲刷模块4、喷水量调节模块5、渗透率计算模块6、渗流量计算模块7、显示模块8连接，用于控制各个模块正常工作；
[0058]
喷水冲刷模块4，与主控模块3连接，用于通过喷水器对水槽内的土石料进行喷水冲刷；
[0059]
喷水量调节模块5，与主控模块3连接，用于调节喷水器喷水流量；
[0060]
渗透率计算模块6，与主控模块3连接，用于计算土石料渗透率；
[0061]
渗流量计算模块7，与主控模块3连接，用于计算土石料渗流量；
[0062]
显示模块8，与主控模块3连接，用于显示冲刷实验视频、土石料渗透率、土石料渗流量数据。
[0063]
如图2所示，本发明提供的渗透率计算模块6计算方法如下：
[0064]
s101，对土石料进行预处理；对进行了预处理的所述土石料进行第一次ct扫描，得到第一次扫描结果；
[0065]
s102，根据所述第一次扫描结果对土石料初始渗透率进行计算；对所述土石料进行相变处理；对相变处理后的所述土石料进行第二次ct扫描，得到第二次扫描结果；
[0066]
s103，根据所述第二次扫描结果对土石料变相后渗透率进行计算；对计算得到的所述土石料初始渗透率和所述土石料变相后渗透率进行比较，得到渗透率变化倍数。
[0067]
本发明提供的根据所述第一次扫描结果对土石料初始渗透率进行计算包括：
[0068]
通过三维成像软件对所述第一次扫描结果进行分析计算，得到原始土石料孔隙度；
[0069]
根据得到的含水饱和度和所述原始土石料孔隙度，利用公式(1)对所述初始土石料渗透率进行计算：
[0070][0071]
其中，ki为土石料原始渗透率，s
wt
为含水饱和度，φi为土石料原始孔隙度，c、x、y为常数。
[0072]
本发明提供的对土石料进行预处理包括：
[0073]
清洁土石料表面；
[0074]
对所述土石料进行称重；
[0075]
将称重后的所述土石料浸入蒸馏水中，充分吸收所述蒸馏水的水分；
[0076]
对充分吸收所述蒸馏水水分后的所述土石料再次称重；
[0077]
根据所述土石料称重的结果计算所述土石料的含水饱和度。
[0078]
如图3所示，本发明提供的渗流量计算模块7计算方法如下：
[0079]
s201，在已知均衡子区的前提下，以子区内部某土石料渗流量为参数，参数化子区内部所有土石料渗流量值；
[0080]
s202，利用参数化的土石料渗流量值，选择流速插值算法，参数化子区内所有单元流速场；
[0081]
s203，以单元土石料切向流速差最小为条件，最优化求解子区内所有土石料渗流量；
[0082]
本发明提供的在已知均衡子区的前提下，以子区内部某土石料渗流量为参数，参数化子区内部所有土石料渗流量值包括：
[0083]
获得各结点的预报水位值；
[0084]
建立基础数据的拓扑结构；
[0085]
获得均衡子区数据；
[0086]
假设子区内某一土石料渗流量值为q，并以此参数化所有未知渗流量土石料。
[0087]
本发明提供的获得各结点的预报水位值方法：
[0088]
根据收集到的水文地质资料，建立二维有限单元或控制体积有限单元模型并求解水预报问题，获得各结点的预报水位值。
[0089]
本发明提供的建立基础数据的拓扑结构方法：
[0090]
对以下基础数据的存在和相互调用的结构：有限单元法的网格单元、水预报问题的预报水位值、土石料条件、垂向补排、井参数。
[0091]
本发明提供的获得均衡子区数据方法：
[0092]
利用cordes-wolfgang或durlofsky方法获得均衡子区数据，将由durlofsky获得的子区数据转换为类似cordes-wolfgang子区的形式。
[0093]
本发明提供的利用参数化的土石料渗流量值，选择流速插值算法，参数化子区内所有单元流速场还包括：
[0094]
利用参数化的土石料插值单元内部流速场，参数化所有土石料的切向流速差。
[0095]
本发明工作时，首先，通过冲刷视频监控模块1利用摄像器监控土石料水槽冲刷试验过程视频；通过供水模块2对考虑渗流的土石料水槽冲刷试验装置进行供水；主控模块3通过喷水冲刷模块4利用喷水器对水槽内的土石料进行喷水冲刷；通过喷水量调节模块5调节喷水器喷水流量；通过渗透率计算模块6计算土石料渗透率；然后，通过渗流量计算模块7计算土石料渗流量；最后，通过显示模块8显示冲刷实验视频、土石料渗透率、土石料渗流量数据。
[0096]
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。