一种利用透明土观测管涌现象的实验装置[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 206504973 U(45)授权公告日 2017.09.19

(21)申请号 201720214709.0(22)申请日 2017.03.07

(73)专利权人 河海大学

地址 211100 江苏省南京市江宁开发区佛

城西路8号(72)发明人 姬良龙　倪小东　

(74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限

公司 32200

代理人 祁文彦(51)Int.Cl.

G01N 15/00(2006.01)G01N 13/04(2006.01)

权利要求书1页 说明书2页 附图1页

CN 206504973 U()实用新型名称

一种利用透明土观测管涌现象的实验装置(57)摘要

本实用新型公开了一种利用透明土观测管涌现象的实验装置，包括一个不透水的容器，该容器为透明有机玻璃材质，容器内部被透水板（2）分隔成进液室（1）和砂槽（4），砂槽（4）的表层和底层均设置15厘米厚的透明土，表层与底层之间设置5厘米厚的透明土与彩色砂混合物；砂槽（4）的容器外50cm处设置有激光光源发射器（5）；容器外还设置有用于观察和拍摄的CCD相机（8）及计算机（9）。本实用新型对管涌现象的模拟比较接近实际情况，并且能实现将管道内颗粒即彩色砂的流动动态变化图像直接输入计算机，比较直观地通过显示屏展示，能让观测者直接了解到细粒土在管涌现象中的运动状况。

CN 206504973 U

权　利　要　求　书

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1.一种利用透明土观测管涌现象的实验装置，其特征是：包括一个不透水的容器，该容器为透明有机玻璃材质，容器内部被透水板（2）分隔成进液室（1）和砂槽（4），砂槽（4）的表层和底层均设置15厘米厚的透明土，表层与底层之间设置5厘米厚的透明土与彩色砂混合物；砂槽（4）的容器外50cm处设置有激光光源发射器（5）；容器外还设置有用于观察和拍摄的CCD相机（8）及计算机（9）。

2.根据权利要求1所述的一种利用透明土观测管涌现象的实验装置，其特征是：进液室（1）内的溶液为15#白矿物油和正构烷烃类溶液按1:1重量混合成的混合溶液，15#白矿物油的折射率为1.4620，正构烷烃类溶液的折射率为1.4216；透明土为颗粒状熔融石英砂，透明土的折射率为1.4585。

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说　明　书

一种利用透明土观测管涌现象的实验装置

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技术领域

[0001]本实用新型是涉及一种利用透明土的特性对管涌现象观测的实验装置，具体地说是利用透明土与细土颗粒折射率不一致的规律来观察装置中细颗粒管涌运动。

背景技术

[0002]管涌是指在渗流作用下，土体中的细颗粒被地下水从粗颗粒的空隙中带走，从而导致土体形成贯通的渗流通道，造成土体塌陷的现象。对于管涌的监测现有方法有：瞬变电磁场法，通过对比堤防内部物理参数在汛期和枯水期的变化检测管涌；高密度电阻率法，通过定点重复观测研究不同水位下堤坝隐患电阻率图像的动态变化进行模拟实验；流场法：利用拉普拉斯方程下水流场与电流场的相似性，检测管涌入水口出的水流场实现管涌检测。

[0003]上面列举的管涌检测方法虽各不相同，但都采用间接检测的方式，目前还没有较好的可以直接观测管涌的方法。

发明内容

[0004]本实用新型的目的是克服了现有技术中的不足，提出了一种能够比较直观地模拟和观察管涌中细颗粒运动的装置。[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案实现：[0006]一种利用透明土观测管涌现象的实验装置，包括一个不透水的容器，该容器为透明有机玻璃材质，容器内部被透水板分隔成进液室和砂槽，砂槽的表层和底层均设置15厘米厚的透明土，表层与底层之间设置5厘米厚的透明土与彩色砂混合物；靠近砂槽的容器外50cm处设置有激光光源发射器,该发射器装有特定镜头，以控制照射效果使其成一窄面；容器外还设置有用于观察和拍摄的CCD相机及计算机。

[0007]进液室内的溶液为15#白矿物油和正构烷烃类溶液按1:1重量混合成的混合溶液，15#白矿物油的折射率为1.4620，正构烷烃类溶液的折射率为1.4216；透明土为颗粒状熔融石英砂，透明土的折射率为1.4585。

[0008]本实验中所述透明土与渗透用溶液的折射率极其接近，成像时近似看做为同一种物质，排除渗透用溶液对成像的干扰；透明土与标准土的物理力学性质较为相似（如重度、内摩擦角），在模拟管涌时与实际情况比较接近，渗透用溶液比水的粘滞系数大，可以通过根据粘滞系数同比例增加颗粒半径来补偿粘滞系数。[0009]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

[0010]本实用新型对管涌现象的模拟比较接近实际情况，并且能实现将管道内颗粒即彩色砂的流动动态变化图像直接输入计算机，比较直观地通过显示屏展示，能让观测者直接了解到细粒土在管涌现象中的运动状况。附图说明

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图1是管涌现象模拟示意图；图2是透水板结构示意图。

具体实施方式

[0013]下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：[0014]实施例1

[0015]如图1所示，一种利用透明土观测管涌现象的实验装置，包括一个不透水的容器，该容器为透明有机玻璃材质，容器内部被透水板2分隔成进液室1和砂槽4，砂槽4的容器外50cm处设置有激光光源发射器5；容器外还设置有用于观察和拍摄的CCD相机8及计算机9。[0016]如图2所示，透水板2的结构为有机玻璃板上开设有若干个透水孔。[0017]由于透明土目前有效观测厚度为20cm，因此，砂槽4的表层和底层均设置15厘米厚的透明土，表层与底层之间设置5厘米厚的透明土与彩色砂混合物。[0018]本实施例中，透明土选用颗粒状熔融石英砂（折射率为1.4585），比较接近实际情况中标准土的物理力学性质（如重度、内摩擦角），渗透溶液选用15#白矿物油（折射率为1.4620）和正构烷烃类溶液（折射率为1.4216）按重量1:1混合的混合溶液，并通过根据粘滞系数同比例增加颗粒半径来补偿粘滞系数，使其与水的粘滞系数相近。[0019]实验开始后，将混合溶液注入进液室，进液室中的混合溶液透过透水板进入砂槽，此时砂槽中的土的性质（如重度、内摩擦角、粘滞系数等）比较接近实际中的土的情况。随着进液室1中液面增高，水压不断增大，砂槽4中的透明土中孔隙水应力增加，有效应力减小。当水压增到一定程度时，透明土中有效应力降为零，土体发生管涌现象。[0020]打开激光光源发射器5，通过CCD相机和计算机，在计算机显示屏上显示出管涌现象发生在中间5厘米厚的透明土与彩色砂混合物层，透明土作为骨架颗粒，彩色砂流动形成管涌通道3，仅有彩色砂可见。由于透明土与混合溶液折射率十分相似，成像时色彩差远小于混合溶液与正常彩色砂的色彩差，可近似看做同一种物质，因此计算机成像为混合溶液带动正常彩色砂在管涌通道3内流动，并在管涌口涌出。[0021]整个实验过程用CCD相机8进行观测，CCD上的电容能感应光线，然后将光信号转化为电信号发送给电脑，计算机9处理电信号，在显示屏形成图像，这项技术为现有技术，具体操作过程可以参考现有技术。

[0022]本实用新型中涉及的未说明部份与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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