專利名稱：一種多工況的渾水滲流測壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖土工程和環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多工況的渾水滲流測壓裝置，主要用于懸浮質(zhì)的淤塞作用對滲流的影響的研究。
背景技術(shù)：
隨著中國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，對礦產(chǎn)資源的需求也在急劇增加，礦業(yè)開發(fā)規(guī)模也隨著急劇增大，其中涉及的安全問題近年來逐漸引起國家和社會的高度關(guān)注和重視。尾礦庫是一個具有高勢能的人造泥石流重大危險源，其運行狀況的好壞，不但關(guān)乎礦山企業(yè)的經(jīng)濟效益問題，而且關(guān)系到尾礦庫區(qū)下游和其周邊地區(qū)人民的生命和財產(chǎn)安全問題。在土體內(nèi)部，當水流速度和孔隙水壓力達到一定值時，在土體骨架孔隙中的細小顆粒會隨水流動，從而形成渾水滲流問題。渾水入滲與清水入滲的本質(zhì)區(qū)別在于前者滲流過程中存在著顆粒的沉積和滯留，使得滲流的路徑和滲透特征發(fā)生改變。在尾礦庫中，隨著滲透特征的改變，會引起尾礦庫壩體排滲體中的孔隙滲流通道發(fā)生淤堵，使得壩體浸潤面的位置即浸潤線升高，進而會導致潰壩或者壩體的坍塌，因此，研究尾礦庫的穩(wěn)定性問題的實質(zhì)是研究渾水入滲作用下壩體排滲體的淤堵變形問題。在水土保持和節(jié)水灌溉等領(lǐng)域，在我國黃土高原地區(qū)通過引洪灌溉，在黃河流域通過引用含有大量泥沙的黃河水灌溉，來充分利用有限的水資源，在緩解旱情和改良土壤質(zhì)地等方面取得了一定效果，其中就涉及到渾水入滲問題。在渾水入滲的過程中，渾水中攜帶的泥沙會沉積入滲到土壤中，影響土壤的入滲能力。通過對渾水入滲機理的研究，可以使渾水入滲理論更好的服務于水土保持、節(jié)水灌溉、土壤侵蝕、暴雨產(chǎn)匯流計算等方面。淤堵在多孔介質(zhì)中時有發(fā)生，它通過堵塞多孔介質(zhì)孔隙，進而影響到多孔介質(zhì)的傳熱、傳力(滲流)、傳質(zhì)(物理遷移)。尾礦庫發(fā)生物理淤堵的機理主要體現(xiàn)在:尾礦漿渾水中的細粒組分在滲流過程中，部分粗顆粒沉積在壩體上表面，堵塞了壩體多孔介質(zhì)的孔隙滲流通道，同時成為壩體一部分，導致滲流路徑的改變或者堵塞，阻礙渾水的繼續(xù)滲透，而后隨水流入滲的細小顆粒進入壩體孔隙中運移、沉積，使得壩體結(jié)構(gòu)逐漸密實，進而導致滲透率下降，浸潤線升高。當孔隙水壓力逐漸增大，而且與致密層相連的下層土中仍然有孔隙，那么細小顆粒會繼續(xù)在孔隙壓力作用下下滲，直到土體足夠密實，不會再出現(xiàn)細小顆粒下滲，就會進一步導致浸潤線升高。土水共同作用決定了尾礦庫的運行狀態(tài)?？梢?，淤堵問題是這整個作用過程的關(guān)鍵因素。本專利申請的發(fā)明人之一金佳旭在碩士論文中進行的渾水滲流試驗中，采用的試驗裝置渾水出口有一水平連接管，該部分會造成渾水中大顆粒碎石的沉積，同時一次只能完成一個土柱的試驗。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種多工況的渾水滲流測壓裝置，該測壓裝置用于在室內(nèi)模擬不同水壓力、不同流速、不同級配粒徑土柱下的渾水滲流過程，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于控制，并且管道不容易被渾水顆粒堵塞。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種多工況的渾水滲流測壓裝置，包括渾水攪拌機構(gòu)、渾水流量控制與測量機構(gòu)、升降機構(gòu)、測壓機構(gòu)及樣本收集機構(gòu)，渾水攪拌機構(gòu)是由攪拌機固定在攪拌箱上組成，攪拌機的扇葉設(shè)置在攪拌箱內(nèi)；在攪拌箱上設(shè)置有渾水導入口，在攪拌箱的側(cè)壁上部設(shè)置有溢水孔；攪拌箱底部為渾水分流底片，在渾水分流底片上設(shè)置有若干渾水分流出口 ；在渾水攪拌機構(gòu)的下方設(shè)置有若干渾水流量控制與測量機構(gòu)，渾水流量控制與測量機構(gòu)與渾水分流出口一一對應；所述渾水流量控制與測量機構(gòu)由導管和流量計組成；導管上端與渾水分流出口相連通，在導管上設(shè)置有閥門和流量計；在渾水流量控制與測量機構(gòu)的下方設(shè)置有升降機構(gòu)，所述升降機構(gòu)由支撐柱、夾具、支撐桿及上、下底盤組成，支撐柱為豎直設(shè)置，所述支撐柱的上端固定在攪拌箱底部，在支撐柱上設(shè)置有上、下底盤，在上、下底盤上分別設(shè)置有若干通孔，且上、下底盤上的通孔一一對應；在上、下底盤之間設(shè)置有支撐桿，在支撐桿上設(shè)置有夾具；在上、下底盤之間設(shè)置有測壓機構(gòu)，測壓機構(gòu)由測壓外殼、測壓計、濾沙網(wǎng)、土柱及上、下伸縮導管組成，測壓外殼的兩端分別與上、下伸縮導管的一端相連通；所述渾水流量控制與測量機構(gòu)的導管的下端與上伸縮導管的另一端通過上底盤的通孔相連通，下伸縮導管的另一端設(shè)置在下底盤的通孔內(nèi)，在所述下伸縮導管上設(shè)置有出水開關(guān)；所述測壓外殼和上、下伸縮導管均為豎直設(shè)置；測壓外殼下端與下伸縮導管連通處為排水口，在測壓外殼底部的排水口上設(shè)置有濾沙網(wǎng)；在測壓外殼內(nèi)、濾沙網(wǎng)的上方設(shè)置有土柱，所述測壓外殼通過夾具固定在支撐桿上；在測壓外殼側(cè)壁上的不同高度設(shè)置有若干測壓計；樣本收集機構(gòu)由收集盤和底盤組成，所述支撐柱下端通過收集盤固定在底盤上，收集盤與動力源相連接，且收集盤在動力源的帶動下能夠以支撐柱為中心旋轉(zhuǎn)。所述渾水分流底片與攪拌箱為分體式。所述攪拌箱、渾水分流底片、支撐柱及上、下底盤的軸心在同一直線上。所述測壓外殼上端通過倒置漏斗與上伸縮導管相連接。所述渾水分流出口、渾水流量控制與測量機構(gòu)及測壓機構(gòu)數(shù)量均為四個。在所述收集盤上設(shè)置有隔板，通過隔板將收集盤面積分為相等的若干區(qū)域，使每個測壓裝置的排水口在旋轉(zhuǎn)過程中對應的區(qū)域面積均相等。本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明解決了用清水試驗代替渾水試驗造成試驗數(shù)據(jù)不真實的問題，既可以做清水滲流試驗也可以做渾水滲流試驗。具有設(shè)計簡單合理、易于控制與操作、數(shù)據(jù)可視化的特點，具體優(yōu)勢如下:1、本發(fā)明可以同時進行若干組試驗，工作效率大幅度提高，適用范圍更加廣泛；2、由于渾水流量控制與測量機構(gòu)和測壓機構(gòu)能夠保持直立狀態(tài)，所以避免了橫向淤堵；3、本發(fā)明采用流量計和測壓計實現(xiàn)了觀測過程的可視化，實驗數(shù)據(jù)精準，貼近實際情況。
圖1是本發(fā)明的多工況的渾水滲流測壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的渾水攪拌機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的渾水流量控制與測量機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的升降機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的測壓機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的樣本收集機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，I —攬祥機，2 — 土柱，3 —渾水導入口，4 —攬祥箱，5 —扇葉,6 —溢水孔，7—渾水分流底片，8—渾水分流出口，9—導管，10—流量計，11—閥門，12—上底盤，13—上伸縮導管，14—測壓外殼，15—測壓計，16—濾沙網(wǎng)，17—排水口，18—下底盤，19—支撐柱，20—夾具，21—支撐桿，22—出水開關(guān)，23—底盤，24—收集盤，25—塞管，26—下伸
縮導管。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。如圖1、圖2所示，一種多工況的渾水滲流測壓裝置，包括渾水攪拌機構(gòu)、渾水流量控制與測量機構(gòu)、升降機構(gòu)、測壓機構(gòu)及樣本收集機構(gòu)，渾水攪拌機構(gòu)是由懸掛式攪拌機I固定在攪拌箱4上組成，攪拌機I的扇葉5設(shè)置在攪拌箱4內(nèi)，用于攪拌攪拌箱4內(nèi)的渾水，防止沙粒沉積，最大限度保證渾水濃度；在攪拌箱4上設(shè)置有渾水導入口 3，在攪拌箱4的側(cè)壁上部設(shè)置有溢水孔6，以便高于溢水孔6的水排到攪拌箱4的外部，所述渾水導入口 3和溢水孔6的高度均高于攪拌箱4內(nèi)扇葉5的高度；攪拌箱4底部為渾水分流底片7，在渾水分流底片7上設(shè)置有若干渾水分流出口 8，用于將渾水通過導管9輸送到測壓機構(gòu)；在渾水攪拌機構(gòu)的下方設(shè)置有若干渾水流量控制與測量機構(gòu)，渾水流量控制與測量機構(gòu)與渾水分流出口 8 —一對應；所述渾水流量控制與測量機構(gòu)由導管9和流量計10組成，流量計10設(shè)置在導管9內(nèi)，用來測量通過導管9的渾水流速；導管9上端與渾水分流出口 8通過塞管25相連通，在流量計10上方的導管9內(nèi)設(shè)置有閥門11，用來控制通過導管9的渾水流速；在渾水流量控制與測量機構(gòu)的下方設(shè)置有升降機構(gòu)，所述升降機構(gòu)由支撐柱19、夾具20、支撐桿21及上、下底盤組成，支撐柱19為豎直設(shè)置，所述支撐柱19的上端固定在攪拌箱4底部，在支撐柱19上設(shè)置有上、下底盤，在上、下底盤上分別設(shè)置有若干通孔，且上、下底盤上的通孔一一對應；在上、下底盤之間設(shè)置有支撐桿21，在支撐桿21上設(shè)置有夾具20 ;在上、下底盤之間設(shè)置有測壓機構(gòu)，測壓機構(gòu)由測壓外殼14、測壓計15、濾沙網(wǎng)16、土柱2及上、下伸縮導管組成，測壓外殼14的兩端分別與上、下伸縮導管的一端相連通；所述渾水流量控制與測量機構(gòu)的導管9的下端與上伸縮導管13的另一端通過塞管25設(shè)置在上底盤12的通孔內(nèi)，并且相連通，下伸縮導管26的另一端設(shè)置在下底盤18的通孔內(nèi)，在所述下伸縮導管26上設(shè)置有出水開關(guān)22 ;所述測壓外殼14和上、下伸縮導管均為豎直設(shè)置，防止沙粒橫向淤堵；測壓外殼14下端與下伸縮導管26連通處為排水口 17，在測壓外殼14底部的排水口 17上設(shè)置有濾沙網(wǎng)16，防止碎石顆粒堵塞排水口 17 ;在測壓外殼14內(nèi)、濾沙網(wǎng)16的上方設(shè)置有土柱2，土柱2是一種試驗樣品，用于分析土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)；所述測壓外殼14通過夾具20固定在支撐桿21上，通過夾具20位置的改變能夠改變測壓外殼14的高度，從而改變水壓強；在測壓外殼14側(cè)壁上的不同高度設(shè)置有三個測壓計15，測壓計15的探頭設(shè)置在測壓外殼14內(nèi)部，用于測量不同高度的水壓；樣本收集機構(gòu)由收集盤24和底盤23組成，所述支撐柱19下端通過收集盤24固定在底盤23上，收集盤24與動力源相連接，且收集盤24在動力源的帶動下能夠以支撐柱19為中心旋轉(zhuǎn)。所述渾水分流底片7與攪拌箱4為分體式，便于清洗。所述攪拌箱4、渾水分流底片7、支撐柱19及上、下底盤的軸心在同一直線上。所述測壓外殼14上端通過倒置漏斗與上伸縮導管13相連接，使水流均勻的淋在土柱2上。所述倒置漏斗與測壓外殼14通過螺栓連接，便于更換測壓外殼14內(nèi)的不同級配粒徑的土柱2。所述渾水分流出口 8設(shè)置有四組，便于在渾水濃度相同的情況下進行四組對照試驗；所述渾水流量控制與測量機構(gòu)設(shè)置有四組；所述測壓機構(gòu)設(shè)置有四組，便于測量不同工況、不同土柱2內(nèi)的級配粒徑下的靜水壓強。在所述收集盤24上設(shè)置有隔板，通過隔板將收集盤24面積分為相等的若干區(qū)域，使每個測壓裝置的排水口 17在旋 轉(zhuǎn)過程中對應的區(qū)域面積均相等。所述收集盤24以支撐柱19為中心旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為360° /h，即6° /min，在所述收集盤24上設(shè)置的每兩個隔板形成的區(qū)域夾角為30°，因此轉(zhuǎn)過一個隔板區(qū)域的時間正好為 5min。為了保證每個測壓機構(gòu)的排水口 17對應的區(qū)域面積相等，將每個測壓機構(gòu)的排水口 17設(shè)置在收集盤24不同半徑的環(huán)形區(qū)域上方，所述環(huán)形區(qū)域的半徑的推導過程如下，如圖6所示,所述收集盤24由五個同心圓組成,其半徑分別為七，T1, r2, r3, r4 ；由圓的面積公式可知，五個同心圓的面積分別為:S0= Ti T02, S1= Ti T12, S2= Ti r22, S3= π r32, S4= π r42 ；A、B、C、D四個測壓機構(gòu)的排水口 17對應的收集盤24上的圓環(huán)的面積分別為:Sa= n T12- n r02, Sb= n r22- η T12 ；Sc= η r32- η r22, Sd= η r42- η T32 ；由于四個環(huán)形區(qū)域的面積相等，則有:Sa=Sb=Sc=Sd ；即Ji T12- n r02= n r22- n T12= n r32- η r22= η r42- η r32 ；提取公因子變形為:(W) = ( ) = (r32-r22) = π (r42- π r32)；約去Ji，令該恒等式等于常數(shù)k:r12-r02=r22-r12=r32-r22=r42-r32=k ;則有:r^-rg^k ；r22~r12=k ；r32~r22=k ；r42-r32=k ；累加上述各式，可以得到:r42-r02=4k ；解得:k = ~ ~Γθ ;
4
所以:
權(quán)利要求
1.一種多工況的渾水滲流測壓裝置，其特征在于包括渾水攪拌機構(gòu)、渾水流量控制與測量機構(gòu)、升降機構(gòu)、測壓機構(gòu)及樣本收集機構(gòu)，渾水攪拌機構(gòu)是由攪拌機固定在攪拌箱上組成，攪拌機的扇葉設(shè)置在攪拌箱內(nèi)；在攪拌箱上設(shè)置有渾水導入口，在攪拌箱的側(cè)壁上部設(shè)置有溢水孔；攪拌箱底部為渾水分流底片，在渾水分流底片上設(shè)置有若干渾水分流出口 ；在渾水攪拌機構(gòu)的下方設(shè)置有若干渾水流量控制與測量機構(gòu)，渾水流量控制與測量機構(gòu)與渾水分流出口一一對應；所述渾水流量控制與測量機構(gòu)由導管和流量計組成；導管上端與渾水分流出口相連通，在導管上設(shè)置有閥門和流量計；在渾水流量控制與測量機構(gòu)的下方設(shè)置有升降機構(gòu)，所述升降機構(gòu)由支撐柱、夾具、支撐桿及上、下底盤組成，支撐柱為豎直設(shè)置，所述支撐柱的上端固定在攪拌箱底部，在支撐柱上設(shè)置有上、下底盤，在上、下底盤上分別設(shè)置有若干通孔，且上、下底盤上的通孔一一對應；在上、下底盤之間設(shè)置有支撐桿，在支撐桿上設(shè)置有夾具；在上、下底盤之間設(shè)置有測壓機構(gòu)，測壓機構(gòu)由測壓外殼、測壓計、濾沙網(wǎng)、土柱及上、下伸縮導管組成，測壓外殼的兩端分別與上、下伸縮導管的一端相連通；所述渾水流量控制與測量機構(gòu)的導管的下端與上伸縮導管的另一端通過上底盤的通孔相連通，下伸縮導管的另一端設(shè)置在下底盤的通孔內(nèi)，在所述下伸縮導管上設(shè)置有出水開關(guān)；所述測壓外殼和上、下伸縮導管均為豎直設(shè)置；測壓外殼下端與下伸縮導管連通處為排水口，在測壓外殼底部的排水口上設(shè)置有濾沙網(wǎng)；在測壓外殼內(nèi)、濾沙網(wǎng)的上方設(shè)置有土柱，所述測壓外殼通過夾具固定在支撐桿上；在測壓外殼側(cè)壁上的不同高度設(shè)置有若干測壓計；樣本收集機構(gòu)由收集盤和底盤組成，所述支撐柱下端通過收集盤固定在底盤上，收集盤與動力源相連接，且收集盤在動力源的帶動下能夠以支撐柱為中心旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多工況的渾水滲流測壓裝置，其特征在于所述渾水分流底片與攪拌箱為分體式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多工況的渾水滲流測壓裝置，其特征在于所述攪拌箱、渾水分流底片、支撐柱及上、下底盤的軸心在同一直線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多工況的渾水滲流測壓裝置，其特征在于所述測壓外殼上端通過倒置漏斗與上伸縮導管相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多工況的渾水滲流測壓裝置，其特征在于所述渾水分流出口、渾水流量控制與測量機構(gòu)及測壓機構(gòu)數(shù)量均為四個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多工況的渾水滲流測壓裝置，其特征在于在所述收集盤上設(shè)置有隔板，通過隔板將收集盤面積分為相等的若干區(qū)域，使每個測壓裝置的排水口在旋轉(zhuǎn)過程中對應的區(qū)域面積均相等。
全文摘要
一種多工況的渾水滲流測壓裝置，屬于巖土工程和環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，主要用于懸浮質(zhì)的淤塞作用對滲流的影響的研究。本發(fā)明用于在室內(nèi)模擬渾水滲流過程，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。本發(fā)明包括渾水攪拌機構(gòu)、渾水流量控制與測量機構(gòu)、升降機構(gòu)、測壓機構(gòu)及樣本收集機構(gòu)，渾水攪拌機構(gòu)是由攪拌機固定在攪拌箱上組成，在渾水攪拌機構(gòu)的下方設(shè)置有渾水流量控制與測量機構(gòu)，渾水流量控制與測量機構(gòu)由導管和流量計組成；在渾水流量控制與測量機構(gòu)的下方設(shè)置有升降機構(gòu)，升降機構(gòu)由支撐柱、支撐桿、夾具及上、下底盤組成；在上、下底盤之間設(shè)置有測壓機構(gòu)，測壓機構(gòu)由測壓外殼、測壓計、濾沙網(wǎng)、土柱及上、下伸縮導管組成；樣本收集機構(gòu)由收集盤和底盤組成。
文檔編號G01N15/08GK103115859SQ20131004200
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者易富, 李軍, 宋志飛, 金家旭, 胡學濤 申請人:遼寧工程技術(shù)大學