技术领域
[0001] 本发明涉及渗透变形研究领域，特别是一种渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置。
相关背景技术
[0002] 由于降雨、工程开挖等自然因素、人为因素的影响，会使地质体中形成水位差。土体本身具有连续的孔隙，若存在水位差的作用时，水就会透过土体孔隙而产生孔隙内的流动，从而产生潜蚀，潜蚀包括化学侵蚀与物理侵蚀。
[0003] 由于水的渗透作用会引起土体内部应力状态的变化或土体、地基本身结构、强度等状态的变化，从而影响建筑物或地基的稳定性或产生有害的变形问题。土渗透性的强弱，对土体的固结、强度以及工程施工都有非常重要的影响。目前，渗透参数求解的实验装置研究较多，但存在参数代表性差和可视度较差问题。
[0004] 所以研究一个可视度高、多参数求解的实验装置极为重要。
[0005] 为此，对土的渗透性质、水在土中的渗透规律及其与工程的关系需进一步研究，从而为地质灾害的防治、地基工程、边坡工程、地下工程、水利设施工程等的设计施工提供必要的资料。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
[0024] 实施例。一种渗透变形监测和渗透参数求解的物理模拟实验装置，构成如图1-3所示，包括供水系统A，供水系统A连接地质模型箱B，地质模型箱B连接排水系统C；所述地质模型箱包括透明的箱体，箱体内设有机玻璃透水格栅6，有机玻璃透水格栅6的右侧设有一组测压管固定杆10，测压管固定杆10上连接测压管7，测压管7 中部设有孔压传感器17。地质模型箱四周为透明材质，可全程监测渗透变形、可多参数求解。有机玻璃透水格栅包括有机玻璃18和格栅19。
[0025] 所述供水系统包括供水箱1，供水箱1连接水泵2，水泵2通过水管4连接箱体。供水箱1内水体主要由自来水供给，并保证实验过程中供水箱1内水位高度为箱高的三分之二；水泵2左边通过水管4 与供水箱1连接，水泵2右边通过水管4与地质模型箱连接，连接处为水管接头；通过调节水泵2可实现向地质模型箱内供水量的大小。
[0026] 所述水管4连接有设置为多级高度的支管，支管分别与箱体连接，支管上设有开关5。多级高度的支管的是水管4上在垂直地点方向上设有一组不同高度的支管，开关5控制支管的通、断水。本实施例支管分为KG1-KG4。
[0027] 所述箱体靠近供水系统一端的底部连接千斤顶3。千斤顶3可实现地质模型箱从0度为起始的倾角变化。
[0028] 所述箱体包括由不锈钢钢架11焊接成的框架，框架底部连接不锈钢底板13，不锈钢底板13的两长边连接钢化玻璃12，不锈钢底板 13的左短边连接有机玻璃面板14。不锈钢底板左短边从左至右布置水位控制有机玻璃面板、有机玻璃透水格栅，相互接触部位采用玻璃胶封边，保证地质模型箱不向四周临空面渗水。
[0029] 所述排水系统包括一端与箱体连接的排水水管，排水水管的另一端连接集水箱9，排水水管上设有流量计8。集水箱9位于流量计右端且向上开口低于流量计右端出水口，确保排出水体的收集。通过流量计8确定渗透流量Q值。
[0030] 装置使用时可进行渗透变形监测：将试验料分层装入地质模型箱内，每装一层，振捣密实，再装填下一层，分层压实到要求的压实度，压实后平整土面；孔压传感器按需求距离安放在每层填土底部；测压管上端通过测压管固定杆固定，下端与不锈钢底板接触，填土过程中保证测压管垂直；于地质模型箱前、右边各安置一台高清摄像机，用于拍摄整个渗透变形过程；通过控制KG1-4的闭合可实现5级水利梯度的变化；将孔压传感器、测压管信息输出端接入数据监测系统，实时获取孔隙压力、水位、流速等参数的时间序列曲线；若实验需要，可根据需求增加布置相应参数获取装置，增加土壤含水率传感器置于土层中下部，可获取土壤含水率变化时间序列曲线，增加倾斜仪于土层中上部，可获取土层倾斜变化时间序列曲线。
[0031] 控制KG1-4确定上游水位高度h1、下游水位高度h2，△h＝h1-h2；当△h保持恒定时，通过流量计记录t1-tn时间段的渗透流量Q,潜蚀时间T＝tn-t1；根据渗透变形监测资料，进水口与出水口的水头差△h，m；渗流距离L，m；过水断面F，m2；出水口渗透流量Q，m3/d；潜蚀时间T，d；水位下试验料体积VL，m3；潜蚀流出砂土烘干后质量 M，g；水力坡度J。根据达西(Darcy)定律，
[0032] 渗透系数K，m/d为：K＝Q/JF＝(Q/F)·(L/△h)(1)；
[0033] 渗流速度V，m/d为：V＝KL/△h＝KJ(2)；
[0034] 侵蚀速率δ，g/(d·m3)为：δ＝M/(T*VL)(3)。
[0035] 除此之外，结合测压管7的分布可将渗流距离L分成n段，观测相邻测压管水位差△hi、流量Qi、渗流距离Li,运用公式(1)、(2) 求解每一段的渗透系数、渗流速度，求和再平均，比较整体计算与分段计算的误差，选取最优值作有效数据。结合摄像机拍摄的视频可进行渗透变形的全过程观测分析。
