基坑管涌模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于基礎(chǔ)坑技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種基坑管涌模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]管涌等滲透破壞在工程中非常普遍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由滲透破壞造成的險(xiǎn)情約占總險(xiǎn)情的70%，除漫頂險(xiǎn)情外，海堤潰口險(xiǎn)情幾乎全部是管涌等滲透破壞所致。故管涌等滲透破壞問題已經(jīng)受到了學(xué)術(shù)及工程界的普遍關(guān)注。
[0003]在水流滲透作用下，土中的細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動(dòng)，以至流失；隨著土的孔隙不斷擴(kuò)大，滲流速度不斷增加，較粗的顆粒也相繼被水流逐漸帶走，最終導(dǎo)致土體內(nèi)形成貫通的滲流管道，造成土體塌陷，這種現(xiàn)象稱為管涌。可見，管涌破壞一般有個(gè)時(shí)間發(fā)展過程，是一種漸進(jìn)性質(zhì)的破壞。土是否發(fā)生管涌，首先取決于土的性質(zhì)，管涌多發(fā)生在砂性土中，其特征是顆粒大小差別較大，往往缺少某種粒徑，孔隙直徑大且相互連通。
[0004]無黏性土產(chǎn)生管涌必具備的兩個(gè)條件:1、幾何條件:土中粗顆粒所構(gòu)成的孔隙直徑必須大于細(xì)顆粒的直徑，這是必要條件，一般不均勻系數(shù)>10的土才會(huì)發(fā)生管涌；2、水力條件:滲流能力能夠帶動(dòng)細(xì)顆粒在孔隙間滾動(dòng)或移動(dòng)是發(fā)生管涌的水力條件，可用管涌的水力梯度來表示，但管涌臨界水力梯度的計(jì)算至今尚未成熟。對(duì)于重大工程，應(yīng)盡量由試驗(yàn)確定。
[0005]公開號(hào)為CN203706520U的中國專利公開了一種演示管涌現(xiàn)象的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，包括進(jìn)水區(qū)、進(jìn)水口、土體區(qū)、紗布層、出水區(qū)和出水口，所述進(jìn)水區(qū)為豎直設(shè)置；所述土體區(qū)和出水區(qū)為水平設(shè)置，土體區(qū)外壁為透明層，土體區(qū)一端與進(jìn)水區(qū)底端連通，另一端與出水區(qū)連通，土體區(qū)與進(jìn)水區(qū)、出水區(qū)的連通處均設(shè)有紗布層；所述進(jìn)水口設(shè)在進(jìn)水區(qū)頂端，出水口設(shè)在出水區(qū)與土體區(qū)連接端的相背端。該演示管涌現(xiàn)象的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器雖然在一定程度上能夠滿足模擬演示管涌現(xiàn)象的要求，但是，并不能滿足基坑等實(shí)際工程中的管涌現(xiàn)象。且現(xiàn)有技術(shù)中并沒有專門針對(duì)基坑的管涌現(xiàn)象模擬裝置和模擬方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基坑管涌模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，能夠滿足基坑的管涌現(xiàn)象模擬要求。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
本發(fā)明首先提出了一種基坑管涌模擬試驗(yàn)裝置，包括水箱和用于放置砂土的土體箱，所述土體箱一端與所述水箱相連通，且所述土體箱的另一端頂面上設(shè)有模擬基坑，且所述模擬基坑與所述土體箱之間設(shè)有多孔板。
[0008]進(jìn)一步，所述水箱上還設(shè)有液位控制系統(tǒng)，所述液位控制系統(tǒng)包括控制器、設(shè)置在所述水箱頂部的進(jìn)水管、設(shè)置在所述水箱底部的出水管和設(shè)置在所述水箱內(nèi)用于檢測(cè)所述水箱內(nèi)液位高度的液位傳感器，所述進(jìn)水管上設(shè)有電控閥門I，所述出水管上設(shè)有電控閥門II，所述控制器接收來自所述液位傳感器的液位信號(hào)并向所述電控閥門I和電控閥門II發(fā)出控制指令。
[0009]進(jìn)一步，所述水箱采用透明材質(zhì)制成，所述水箱側(cè)壁上設(shè)有用于測(cè)量液位高度的刻度尺。
[0010]進(jìn)一步，所述土體箱采用透明材質(zhì)制成。
[0011 ] 進(jìn)一步，所述土體箱呈長條狀并水平放置。
[0012]本發(fā)明還提出了一種基坑管涌模擬試驗(yàn)方法，包括如下步驟:
1)以基坑施工現(xiàn)場(chǎng)的土樣制作所述模擬基坑，并在所述土體箱內(nèi)填裝基坑施工現(xiàn)場(chǎng)取回的砂土 ；
2)排氣注水，排氣注水時(shí)的水位高度保持與土體箱的高度平齊，直至水流滲進(jìn)所述土體箱內(nèi)的砂土并排除土體箱內(nèi)的砂土中含有的空氣；
3)管涌模擬注水，根據(jù)基坑工程施工現(xiàn)場(chǎng)中的基坑底部水頭變化規(guī)律，來控制所述水箱內(nèi)的液位高度及其變化規(guī)律，觀察土體箱和模擬基坑的管涌現(xiàn)象:
當(dāng)水箱內(nèi)的水位高度小于砂土管涌臨界高度h時(shí)，砂土不會(huì)被沖走，不會(huì)形成管涌現(xiàn)象；
當(dāng)水箱內(nèi)的水位高度等于砂土管涌臨界高度1?時(shí)，砂土中的細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動(dòng)，以至流失；
當(dāng)水箱內(nèi)的水位高度大于砂土管涌臨界高度h且小于基坑管涌臨界高度h #寸，砂土中孔隙不斷增大，滲流速度不斷增加，逐漸在所述土體箱與水箱的連接端至所述多孔板之間形成砂土滲流通道；
當(dāng)水箱內(nèi)的水位高度等于基坑管涌臨界高度4時(shí)，基坑底部的細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動(dòng)，以至流失；
當(dāng)水箱內(nèi)的水位高度大于基坑管涌臨界高度4時(shí)，基坑底部的孔隙不斷增大，滲流速度不斷增加，逐漸在基坑底部形成與所述砂土滲流通道相通的基坑滲流通道，并穿透模擬基坑底部，水流進(jìn)入模擬基坑內(nèi)。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明的基坑管涌模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，通過設(shè)置模擬基坑，能夠有效的模擬基坑工程中的管涌過程，使模型試驗(yàn)更加符合實(shí)際工程中的變化，從而使模型試驗(yàn)更加符合科學(xué)性和具有可操作性。
【附圖說明】
[0014]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明:
圖1為本發(fā)明基坑管涌模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0016]如圖1所示，為本發(fā)明基坑管涌模擬試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的基坑管涌模擬試驗(yàn)裝置，包括水箱I和用于放置砂土 2的土體箱3，土體箱3 —端與水箱I相連通，且土體箱3的另一端頂面上設(shè)有模擬基坑4，且模擬基坑4與土體箱3之間設(shè)有多孔板5。多孔板5上陣列的設(shè)有用于水流通過的小孔。
[0017]進(jìn)一步，本實(shí)施例的水箱I采用透明材質(zhì)制成，水箱I側(cè)壁上設(shè)有用于測(cè)量液位高度的刻度尺。當(dāng)然，為了更好地控制液位高度，還可以在水箱I上還設(shè)置液位控制系統(tǒng)，液位控制系統(tǒng)包括控制器、設(shè)置在水箱I頂部的進(jìn)水管、設(shè)置在水箱I底部的出水管和設(shè)置在水箱I內(nèi)用