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原文传递可变上覆压力下土体接触冲刷试验装置及试验方法

专利名称：	可变上覆压力下土体接触冲刷试验装置及试验方法
摘要：	本申请提供一种可变上覆压力下土体接触冲刷试验装置及试验方法，包括压力室、水力加压设备、试样盒、图像采集设备等。水力加压设备用以向试样盒中的试样施加不同的水力梯度，模拟不同的渗流条件；试样盒两端为进水通道和冲刷出口通道；进水通道和冲刷出口通道安装有流量计；加压和冲刷通道上安装有阀门和压力传感器，压力传感器用于检测试样两端的水压力；图像采集设备用以记录接触冲刷发生演变的全过程。与现有技术相比，本申请可以在实验室内模拟可变上覆压力作用下不同粗细粒径比土层接触冲刷的发生条件和演变规律，可根据试验要求选择颗粒粒径比、上覆压力、水力梯度，可操作性强，能细观地观测颗粒在不同上覆压力及水头差下的渗蚀破坏机理。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	同济大学
发明人：	王琛;张力;梁发云;赵高文
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-24T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-17T00:00:00+0800
申请号：	CN201910439228.3
公开号：	CN110243715A
代理机构：	上海科律专利代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	叶凤;李耀霞
分类号：	G01N5/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N5
申请人地址：	200092 上海市杨浦区四平路1239号
主权项：	1.一种可变上覆压力下土体接触冲刷试验装置，其特征在于：包括压力室、试样盒、试样加压设备(9)、试样加压通道(10)、入口端流量计(7)、试样加压通道阀门(30)、入口端压力传感器(33)、压力室加压设备(12)、压力室加压通道阀门(31)、变频水泵(14)、冲刷出口通道(13)、冲刷出口通道阀门(8)、出口端流量计(32)、出口端压力传感器(28)、图像采集设备；试样盒可拆卸地安装在压力室内；试样盒中可拆卸地设置两个带滤网(16)的多孔隔板(17)，两个多孔隔板(17)将试样盒内部空间依次分隔为试样盒入口端、试样盒装样部和试样盒出口端；试样盒装样部用以盛放试样，且其顶部通过橡胶膜(15)密封；试样包括粗颗粒和细颗粒，细颗粒填装在下，粗颗粒填装在上；粗颗粒的粒径小于试样盒装样部的尺寸并大于多孔隔板(17)的孔径，细颗粒的粒径大于滤网(16)的孔径并小于多孔隔板(17)的孔径；试样盒入口端处的滤网(16)覆盖整个多孔隔板(17)，试样盒出口端处的滤网(16)仅覆盖细颗粒填装部分的多孔隔板(17)；试样盒入口端的顶部安装有入口端压力传感器(33)，试样盒出口端的顶部安装有出口端压力传感器(28)；试样盒入口端通过试样加压通道(10)与压力室外的试样加压设备(9)连通，试样加压通道(10)上安装有入口端流量计(7)和试样加压通道阀门(30)；试样盒出口端通过冲刷出口通道(13)与压力室外的变频水泵(14)连接，冲刷出口通道(13)上安装有冲刷出口通道阀门(8)和出口端流量计(32)；压力室顶部安装有顶盖阀(5)和排气阀(6)，压力室通过压力室加压通道(11)与压力室外的压力室加压设备(12)连通，压力室加压通道(11)上安装有压力室加压通道阀门(31)；压力室侧壁为透明的，图像采集设备设置在压力室侧壁外，其包括粒子图像测速装置(26)、高速摄像机(27)，粒子图像测速装置(26)用以跟踪和测量接触冲刷发生后流场中粒子移动速度，高速摄像机(27)用以记录试验现象。 2.根据权利要求1所述的可变上覆压力下土体接触冲刷试验装置，其特征在于：压力室包括底座(1)、顶盖(2)、压力室螺栓(3)、压力室侧壁(4)；顶盖(2)上安装顶盖阀(5)和排气阀(6)，顶盖(2)下方安装压力室侧壁(4)，顶盖(2)通过压力室螺栓(3)与底座(1)连接；底座(1)为凸台结构，凸台结构的中央为试样盒承台，凸台结构的外缘依次连接压力室侧壁(4)和压力室螺栓(3)；压力室侧壁(4)与凸台结构的连接处设置有橡胶垫片(29)，橡胶垫片(29)内嵌在凸台结构中。 3.根据权利要求1所述的可变上覆压力下土体接触冲刷试验装置，其特征在于：试样盒包括试样盒侧壁(19)、连接板(23)；试样盒侧壁(19)安装在连接板(23)上，且试样盒侧壁(19)与连接板(23)之间设置有止水橡胶(22)；连接板(23)可拆卸地安装在底座(1)上。 4.根据权利要求3所述的可变上覆压力下土体接触冲刷试验装置，其特征在于：试样盒侧壁上设置有插槽，两个多孔隔板(17)通过插槽可拆卸地安装在试样盒中，两个多孔隔板(17)的上部内侧各自设置一块覆膜隔板(18)，覆膜隔板(18)的三面分别粘贴于试样盒侧壁前侧、试样盒侧壁后侧以及试样盒顶部，两块覆膜隔板(18)之间设置橡胶膜(15)，橡胶膜(15)粘贴在两块覆膜隔板(18)及试样盒侧壁(19)的内侧。 5.根据权利要求1所述的可变上覆压力下土体接触冲刷试验装置，其特征在于：试样加压通道(10)、压力室加压通道(11)、冲刷出口通道(13)均穿设在底座(1)中。 6.根据权利要求1所述的可变上覆压力下土体接触冲刷试验装置，其特征在于：粗颗粒采用透明的大直径塑料颗粒(20)，细颗粒采用有色的小直径塑料颗粒(21)。 7.根据权利要求1至6任一所述的可变上覆压力下土体接触冲刷试验装置，其特征在于：还包括处理器；处理器分别与入口端压力传感器(33)、出口端压力传感器(28)，用以监测试验过程中试样盒入口端及试样盒出口端的水压力并计算前述两端的水头差；处理器还与试样加压设备(9)连接，用以调节试样加压设备(9)使前述两端的水头差达到试验设计的要求。 8.根据权利要求7所述的可变上覆压力下土体接触冲刷试验装置，其特征在于：处理器还分别与粒子图像测速装置(26)、高速摄像机(27)连接，用以采集图像以跟踪和测量接触冲刷发生后流场中粒子移动速度及记录接触冲刷发展全过程。 9.一种可变上覆压力下土体接触冲刷试验方法，其特征在于，包括：步骤1：关闭压力室加压通道阀门(31)，打开顶盖阀(5)和排气阀(6)，通过顶盖阀(5)向压力室注水至水从排气阀(6)溢出；步骤2：关闭顶盖阀(5)和排气阀(6)，打开压力室加压通道阀门(31)，调节压力室加压设备(12)对试样施加上覆压力至预定值；加压过程中，如果发现气泡，应停止加压，打开排气阀(6)，排出气泡后继续；步骤3：打开试样加压通道阀门(30)，关闭冲刷出口通道阀门(8)，使水充满整个试样盒；步骤4：在冲刷试验前，启动粒子图像测速装置(26)与高速摄像机(27)；步骤5：打开冲刷出口通道阀门(8)，保持试样加压设备(9)加载水头恒定，打开变频水泵(14)，调节试样加压设备(9)加载水头与变频水泵(14)的功率，保证试验过程中试样加压通道(10)、冲刷出口通道(13)及试样盒内被水充满；步骤6：调节试样加压设备(9)的加载水头，观察小直径塑料颗粒(21)运移特征以及大直径塑料颗粒(20)与小直径塑料颗粒(21)界面状况，实时监测并记录入口端流量计(7)、出口端流量计(32)、入口端压力传感器和出口端压力传感器(28)的数据；继续调节试样加压设备(9)的加载水头，并观察接触冲刷现象的产生与发展；步骤7：试验结束后，拆除试样加压设备(9)、压力室加压设备(12)和变频水泵(14)，排出压力室内液体，打开压力室，拆下试样盒；步骤8：倒置试样盒，拆下连接板，收集试样盒出口端被冲出来的有色的小直径塑料颗粒(21)，并根据颗粒颜色判断流失小直径塑料颗粒(21)原来的位置；步骤9：将流失的小直径塑料颗粒(21)烘干后称重，以便计算颗粒流失率。
所属类别：	发明专利