一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置及方法与流程

本申请涉及岩土工程试验设备，尤其涉及的是一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置及方法。

背景技术：

1、土体内部的渗流作用与土拱效应之间的相互耦合关系在地下工程和岩土工程建设中是一项至关重要的科学问题。海底隧道代表着未来地下工程发展的一大趋势，展现出巨大的发展前景。然而，其施工过程存在着极大的挑战。在建设过程中，必须综合考虑隧道周围土体对结构的影响，同时需要应对海底环境中海水渗流的影响。因此，水-土之间的相互耦合关系成为构建海底隧道时不容忽视的重要因素。

2、深层隧道的建设过程不仅不可避免地需要考虑地下水与土体之间的相互耦合关系，而且由于渗流方向的不确定性和渗流条件的复杂多变，在隧道投入使用后，建立维护计划时必须充分考虑多维渗流条件下土拱效应的变化对隧道结构可能产生的影响。这种变化对于隧道结构的长期稳定性和安全性具有重要影响，因此对多维渗流条件下土拱效应的准确评估和有效管理显得尤为关键。

3、而目前尚未出现特别有效的设备来模拟土样的渗流作用与土拱效应，从而导致研究在渗流条件下土拱效应的演变过程以水-土之间的相互耦合关系比较困难。不能模拟土样在渗流作用和土拱效应下的关系将会导致实际施工带来影响。

4、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置及方法，解决了现有技术中没有设备来模拟土样的渗流作用与土拱效应，导致不便于研究渗流条件下土拱效应的演变过程以水-土之间的相互耦合关系的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置，包括：模型箱体，模型箱体内具有试验腔，试验腔内用于承载土样；

4、至少一个渗流施压组件，至少一个渗流施压组件设置在模型箱体的多个侧面的至少一个上，并用于朝向试验腔内进行渗流充水；

5、活动门，活动门活动设置在试验腔内，并用于使土样的局部产生移动；

6、传感器组件，传感器组件安装于试验腔内，并用于监测土样在渗流作用下的内部应力与位移。

7、可选地，活动门上连接有驱动部，驱动部设置在模型箱体上，活动门通过驱动部的驱动而沿预定方向移动；

8、驱动部包括：伺服驱动器。

9、可选地，模型箱体上设置有门箱体，门箱体内具有活动腔，活动腔与试验腔通过活动门而分隔开；

10、活动门上设置有第一渗流孔，第一渗流孔用于使试验腔内的液体渗入活动腔；

11、门箱体上设置与活动腔相连通的排水孔以及透气孔。

12、可选地，模型箱体上设置有多个渗流施压组件；

13、多个渗流施压组件可拆卸连接在模型箱体上的多个侧面上。

14、可选地，渗流施压组件包括：水箱，水箱设置在模型箱体上；

15、渗流板，渗流板设置在水箱朝向模型箱体的一侧上，渗流板上设置有第二渗流孔；

16、加压部，加压部设置在水箱内，并用于将水箱内的水朝向第二渗流孔外推出。

17、可选地，加压部包括：气囊，气囊设置在水箱内，气囊通过充气管道贯穿水箱而连接到外部的空气压缩机。

18、可选地，模型箱体的多个侧面上均设置有使试验腔敞开的开口，开口用于与渗流施压组件相连接；

19、模型箱体上的开口处设置有挡水板，挡水板用于封闭或开启渗流施压组件与试验腔的通道。

20、可选地，模型箱体的不同侧面上的渗流板上的第二渗流孔的孔径不同。

21、可选地，水箱内设置有水压力传感器，水压传感器用于检测通过加压部所施压的水压。

22、一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验方法，采用上述一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置，包括以下步骤：

23、s1、确定研究目的，根据研究目的设计渗流方向以及水压值；

24、s2、根据需要准备土样；

25、s3、将渗流施压组件安装到模型箱体上预定位置上，准备通水和通气；

26、s4、开始渗流，并控制活动门位移，开始试验；

27、s5、收集传感器组件所检测的渗流数据，以供试验分析；

28、s6、试验结束后清理模型箱体，排除各个渗流施压组件中的液体，以供下次试验。

29、本发明的有益效果为：

30、本发明提供一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置，先通过在模型箱体内的试验腔中设置土样，并通过渗流施压组件朝向试验腔内进行渗流充水，从而模拟出土样渗流状态，随后根据渗流施压组件设置在模型箱体的不同侧面上而形成不同的渗流方向与渗透压力，通过渗流施压组件开始渗流之后控制活动门开始活动而使土样的局部产生移动，最后收集传感器组件所感应的渗流数据，以方便进行后续试验分析。

31、本发明通过渗流施压组件与活动门的配合可在三维层面实现多角度不定向、不定压的土拱试验，从而更加方便研究在上述条件下土拱效应的演变过程。

技术特征：

1.一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置，其特征在于，包括：模型箱体，所述模型箱体内具有试验腔，所述试验腔内用于承载土样；

2.根据权利要求1所述的一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置，其特征在于，所述活动门上连接有驱动部，所述驱动部设置在所述模型箱体上，所述活动门通过所述驱动部的驱动而沿预定方向移动；

3.根据权利要求2所述的一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置，其特征在于，所述模型箱体上设置有门箱体，所述门箱体内具有活动腔，所述活动腔与所述试验腔通过所述活动门而分隔开；

4.根据权利要求1所述的一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置，其特征在于，所述模型箱体上设置有多个所述渗流施压组件；

5.根据权利要求4所述的一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置，其特征在于，所述渗流施压组件包括：水箱，所述水箱设置在所述模型箱体上；

6.根据权利要求5所述的一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置，其特征在于，所述加压部包括：气囊，所述气囊设置在所述水箱内，所述气囊通过充气管道贯穿所述水箱而连接到外部的空气压缩机。

7.根据权利要求4所述的一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置，其特征在于，所述模型箱体的多个侧面上均设置有使所述试验腔敞开的开口，所述开口用于与所述渗流施压组件相连接；

8.根据权利要求6所述的一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置，其特征在于，所述模型箱体的不同侧面上的所述渗流板上的所述第二渗流孔的孔径不同。

9.根据权利要求6所述的一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置，其特征在于，所述水箱内设置有水压力传感器，所述水压传感器用于检测通过所述加压部所施压的水压。

10.一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验方法，其特征在于，采用权利要求1至9任意一项所述的一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置，包括以下步骤：

技术总结本发明公开一种模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置及方法，属于岩土工程试验设备技术领域。该模拟三维渗流的不定向、不定压状态的试验装置包括：模型箱体，模型箱体内具有试验腔，试验腔内用于承载土样；至少一个渗流施压组件，至少一个渗流施压组件设置在模型箱体的多个侧面的至少一个上，并用于朝向试验腔内进行渗流充水；活动门，活动门活动设置在试验腔内，并用于使土样的局部产生移动；传感器组件，传感器组件安装于试验腔内，并用于监测土样在渗流作用下的内部应力与位移。本发明解决了现有技术中没有设备来模拟土样的渗流作用与土拱效应，导致不便于研究渗流条件下土拱效应的演变过程以水‑土之间的相互耦合关系的问题。技术研发人员：冯鹏程,刘继国,程勇,舒恒,宋明,杨林松,史世波,李金,彭文波,崔庆龙,孟鹏受保护的技术使用者：中交第二公路勘察设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10