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专利号: 2022103806175
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种模拟往返渗流和干湿循环联合驱动土体颗粒流失的实验装置,其特征在于:它包括供排水系统、试样室、风干系统以及测量系统;

所述试样室用于盛放实验所需要的试样;

所述试样室与用于供排水的供排水系统相连;

所述试样室的顶部设置有用于风干的风干系统;

所述风干系统上搭载有用于测量的测量系统。

2.根据权利要求1所述一种模拟往返渗流和干湿循环联合驱动土体颗粒流失的实验装置,其特征在于:所述试样室包括透明圆筒(8),透明圆筒(8)的最底层铺设有碎石缓冲层(9),碎石缓冲层(9)的上层铺设有透水石(10),透明圆筒(8)的底端中心部位设置有用于过滤的滤网(7);试样设置在透水石(10)的顶层。

3.根据权利要求1所述一种模拟往返渗流和干湿循环联合驱动土体颗粒流失的实验装置,其特征在于:所述供排水系统包括蓄水箱(1),蓄水箱(1)通过水管和冲水阀(3)与透明圆筒(8)的上部侧壁相连通;所述蓄水箱(1)通过水管和进水阀(2)与试样室底部的滤网(7)相连通;所述滤网(7)通过三通管连接有排水管,排水管上安装有排水阀(6);

在透明圆筒(8)的上部外侧壁上连通有排沙管(5)。

4.根据权利要求1所述一种模拟往返渗流和干湿循环联合驱动土体颗粒流失的实验装置,其特征在于:所述风干系统包括固定支架(14),固定支架(14)设置有用于风干的多个暖风扇(13);固定支架(14)设置在试样室的透明圆筒(8)的顶端;

还包括设置在试样室的透明圆筒(8)内部的加热管(12)。

5.根据权利要求1所述一种模拟往返渗流和干湿循环联合驱动土体颗粒流失的实验装置,其特征在于:所述测量系统包括摄像头(15)和细颗粒收集筒(16);

所述摄像头(15)设置在风干系统的固定支架(14)的底部中心部位;

所述细颗粒收集筒(16)与供排水系统的排沙管(5)相连。

6.根据权利要求3所述一种模拟往返渗流和干湿循环联合驱动土体颗粒流失的实验装置,其特征在于:通过蓄水箱(1)和进水阀(2)控制水从水管(4)向上渗流使试样中细颗粒迁移至上表面,并利用冲水阀(3)使含有细颗粒的浑水进入排沙管(5);在关闭进水阀(2)和冲水阀(3)的情况下,打开排水阀(6)使试样中自由水缓慢向下流动,从而实现往返渗流过程,模拟水位升降时岸坡地下水的运动环境。

7.根据权利要求4所述一种模拟往返渗流和干湿循环联合驱动土体颗粒流失的实验装置,其特征在于:在自由水排出后,通过试样室内均匀分布的加热管(12)和置于固定支架(14)上的暖风扇(13),使试样均匀且快速的干燥,以此充分模拟土体经受风吹日晒的野外环境;并重复进水‑排水‑风干步骤,模拟往返渗流和干湿循环的联合驱动作用。

8.根据权利要求5所述一种模拟往返渗流和干湿循环联合驱动土体颗粒流失的实验装置,其特征在于:置于土样正上方固定支架(14)中的摄像头(15)能够清晰记录对整个试验期间试样表层的裂隙发展情况、土表凹陷程度,与排沙管(5)连接的细颗粒收集筒(16)能够收集试样在往返渗流和干湿循环联合驱动下流失的细颗粒。

9.采用权利要求1‑8任意一项所述一种模拟往返渗流和干湿循环联合驱动土体颗粒流失的实验装置进行实验的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:将蓄水箱(1)架设至预设高度,检查实验装置中水管(4)、加热管(12)、摄像头(15)和电暖风(13)部件是否能正常使用;

步骤2:在透明圆筒(8)内最下层均匀铺设碎石缓冲层(9),再将凡士林涂在透水石(10)上下两侧后,放置于碎石缓冲层(9)上方;

步骤3:将制备的试样放置于垫有滤纸的透水石(10)上层,并保证试样均匀平整;

步骤4:调整好排沙管(5)与细颗粒收集筒(16)之间的位置,接通数据传输并启动摄像头(15)后,打开进水阀(2)模拟向上水流对试样的渗透作用,细颗粒逐渐向上迁移至试样表层;

步骤5:打开冲水阀(2),使得试样表层悬浮颗粒通过排沙管(5)顺势流入细颗粒收集筒(16)之中,待上层水中无明显颗粒后,关闭进水阀(2)和冲水阀(3);

步骤6:打开排水阀(6),使得透明圆筒(8)中的自由水从底部缓慢排出;

步骤7:调整固定支架(14)位置后,打开加热管(12)以及暖风扇(13),开始对试样进行干燥;

步骤8:观察试样表层裂隙发展情况,待裂隙发育稳定后,关闭加热管(12)、暖风扇(13)、摄像头(15),并通过图像处理软件计算表面裂隙面积率c1;

步骤9:取下细颗粒收集筒(16)并将筒内液体烘干,称重细颗粒干质量为m1;

步骤10:重复上述操作步骤4‑步骤9,完成n次渗透‑排水‑干燥过程后,测定流失细颗粒质量mn和表面裂隙率cn,并进行数据分析,确定细颗粒流失质量与表面裂隙率随联合驱动作用次数的演化规律。