一种测试土体破坏流失的临界水动力条件的方法及装置

摘要

本发明公开了一种测试土体破坏流失的临界水动力条件的方法及装置，其方法是在数据采集分析器中，当同时出现T

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试土体破坏流失的临界水动力条件的方法及装置，特别是一种测试地下水渗入土体空隙中引起土体破坏流失的临界水动力条件的自动化试验装置。

背景技术

当前，地下水渗入土体空隙中引起土体破坏流失的试验并没有直接的装置测试，主要为通过常水头试验、变水头试验测试和针孔试验间接的测试。

这三种方法存在一定的局限性。常水头试验、变水头试验方法和步骤在土工试验方法标准（GBT50123-1999）中有详细的介绍，其主要是测试不同土体的渗透系数。利用常水头和变水头试验装置可以测试土体渗透破坏的临界水力坡降。常水头和变水头试验装置自动化程度低，精度低，误差大，未能满足实际需要。而针孔试验主要是用于分析判断土体分散性程度，只是定性分析土体受到渗透破坏的难易程度，不能实际测出土体破坏的临界条件，而且，针孔试验在我国并没有制定相关试验规范，说明该试验并没有推广使用，存在较大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种测试土体破坏流失的临界水动力条件的方法及装置。本发明具有自动化程度高、精度高、误差小的特点，能满足实际使用的需求。

本发明的技术方案：一种测试土体破坏流失的临界水动力条件的方法，通过提升装置调节亚克力桶中水位的高度依次为H₁、H₂…H_i，使亚克力桶内的水产生相对应的水压依次为P₁、P₂…P_i，水通过软管依次流经第一浊度仪、试样罐内土样中的管道、流量仪和第二浊度仪,当亚克力桶中水位为H_i时，第一浊度仪监测流经管道之前的水的浊度T_i1、流量仪监测流经管道的水的流量Q_i，第二浊度仪监测流经管道之后的水的浊度T_i2，并分别将H_i、T_i1、Q_i和T_i2传入数据采集分析器，并在数据采集分析器中得出H_i->i1曲线、H_i->i2曲线和H_i-Q_i曲线，当条件1：T_i1＜T_i2和条件2：H_i-Q_i曲线从平缓上升变为突然急剧增加同时出现时，说明在水头H_i作用下的水流引起试样罐内土样发生了破坏性流失，则得出土样被破坏的临界水头H_cr=H_i-1，所对应的流量Q_i-1为临界流量Q_cr，所对应的临界流速V_cr=>i-1/A，所述A为管道的横截面积。

前述的测试土体破坏流失的临界水动力条件的方法，通过转动升降手轮来释放或收拢牵引绳从而调节水头托板的高度，控制亚克力桶中水位的高度H_i。

前述的测试土体破坏流失的临界水动力条件的方法，通过进水管向亚克力桶内持续加水，多余部分的水经泄水阀排出，使亚克力桶的水始终保持在固定位置，水压更加稳定。

前述的测试土体破坏流失的临界水动力条件的方法，通过亚克力桶上的红外位移感应器直接得出亚克力桶中水位的高度，并直接传送给数据采集分析器；同时，通过水头托板上的刻度尺对亚克力桶中水位的高度进一步监测，确保数据的可靠性。

一种实现前述的测试土体破坏流失的临界水动力条件的方法的装置，包括有水头提升装置，水头提升装置上设有亚克力桶，亚克力桶的底部连接有软管，软管上依次连接有第一浊度仪、试样罐、流量仪和第二浊度仪，所述试样罐内的进水端为积水腔，另一端设有土样，土样中心的轴向上设有管道，第二浊度仪的一端连接有排水管，所述第一浊度仪、流量仪和第二浊度仪分别连接数据采集分析器。

前述的测试土体破坏流失的临界水动力条件的装置，所述水头提升装置包括有水头支架，水头支架上设有水头托板，所述亚克力桶设于水头托板上，水头托板的上方连接有牵引绳，牵引绳的另一端绕过设于水头支架的顶部盖板下方的第一滑轮和第二滑轮，然后固定在设于水头支架一侧的升降手轮上。

前述的测试土体破坏流失的临界水动力条件的装置，所述亚克力桶上设有泄水阀，顶部盖板上设有进水管。

前述的测试土体破坏流失的临界水动力条件的装置，所述水头托板上设有刻度尺；所述亚克力桶上设有红外位移传感器，红外位移传感器连接数据采集分析器。

本发明的有益效果：

1、数据自动测试：通过管道流测试仪测试部分，可以精确自动测试水中浊度的变化和流量的变化。

2、数据自动分析：传感器自动采集的数据自动输入数据采集分析系统，绘制关系曲线，根据曲线的变化，判断试样破坏流失的临界状态，得出临界条件值H_cr、Q_cr、V_cr。

3、水压控制精度高：通过管道流测试仪水压控制部分，可以精确方便地控制水位，采用激光位移传感器测试水头，精度为1mm。

综上所述，本发明创造比现有技术自动化程度高，精度高，人为误差小，使用方便。

附图说明

附图1为本发明装置的结构示意图；

附图2为附图1的左视图。

附图标记说明：1-水头支架，2-顶部盖板，3-水头托板，4-亚克力桶，5-泄水阀，6-红外位移传感器，7-刻度尺，8-进水管，9-牵引绳，10-升降手轮，11-软管，12-第一浊度仪，13-试样罐，14-流量仪，15-第二浊度仪，16-排水管，17-数据采集分析器，18-积水腔，19-土样，20-管道，21-第一滑轮，22-第二滑轮。

具体实施方式

本发明的实施例：一种测试土体破坏流失的临界水动力条件的装置，如附图1-2所示，包括有水头提升装置，水头提升装置上设有亚克力桶4，亚克力桶4的底部连接有软管11，软管11上依次连接有第一浊度仪12、试样罐13、流量仪14和第二浊度仪15，所述试样罐13内的进水端为积水腔18，另一端设有土样19，土样19中心的轴向上设有管道20，第二浊度仪15的一端连接有排水管16，所述第一浊度仪12、流量仪14和第二浊度仪15分别连接数据采集分析器17。

所述水头提升装置包括有水头支架1，水头支架1上设有水头托板3，所述亚克力桶4设于水头托板3上，水头托板3的上方连接有牵引绳9，牵引绳9的另一端绕过设于水头支架1的顶部盖板2下方的第一滑轮21和第二滑轮22，然后固定在设于水头支架1一侧的升降手轮10上。

所述亚克力桶4上设有泄水阀5，顶部盖板2上设有进水管8。

所述水头托板3上设有刻度尺7；所述亚克力桶4上设有红外位移传感器6，红外位移传感器6连接数据采集分析器17。

使用上述装置测试土体破坏流失的临界水动力条件的方法，是通过提升装置调节亚克力桶4中水位的高度依次为H₁、H₂…H_i，使亚克力桶4内的水产生相对应的水压依次为P₁、P₂…P_i，水通过软管11依次流经第一浊度仪12、试样罐13内土样19中的管道20、流量仪14和第二浊度仪15,当亚克力桶中水位为H_i时，第一浊度仪12监测流经管道20之前的水的浊度T_i1、流量仪14监测流经管道20的水的流量Q_i，第二浊度仪15监测流经管道20之后的水的浊度T_i2，并分别将H_i、T_i1、Q_i和T_i2传入数据采集分析器17，并在数据采集分析器17中得出H_i->i1曲线、H_i->i2曲线和H_i-Q_i曲线，当条件1：T_i1＜T_i2和条件2：H_i-Q_i曲线从平缓上升变为突然急剧增加同时出现时，说明在水头H_i作用下的水流引起试样罐13内土样19发生了破坏性流失，则得出土样13被破坏的临界水头H_cr=H_i-1，所对应的流量Q_i-1为临界流量Q_cr，所对应的临界流速V_cr=>i-1/A，所述A为管道20的横截面积。

通过转动升降手轮10来释放或收拢牵引绳9从而调节水头托板3的高度，控制亚克力桶4中水位的高度H_i。

通过进水管8向亚克力桶4内持续加水，多余部分的水经泄水阀5排出，使亚克力桶4的水始终保持在固定位置，水压更加稳定。

通过亚克力桶4上的红外位移感应器6直接得出亚克力桶4中水位的高度，并直接传送给数据采集分析器17；同时，通过水头托板3上的刻度尺7对亚克力桶4中水位的高度进一步监测，确保数据的可靠性。