智能分级加载与可变渗径的超大型水平渗透试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种智能分级加载与可变渗径的超大型水平渗透试验系统，包括储水系统、水压系统、水平渗透试验系统和智能加载与控制系统；储水系统、水压系统和水平渗透试验系统依次连接，将水压力和垂直压力施加于水平渗透试验系统中待测试的试件上，水平渗透试验系统的出水阀与储水系统连通，智能加载与控制系统控制水压系统和水平渗透试验系统中的电器元件动作。该试验系统具有水头压力加载的智能化、水流入渗角度可调节、试件渗径可变化、提供上覆应力、试验破坏过程的可视化、试件的超大型模拟等良好效果，试验系统操作简便，所有部件可灵活拆卸，方便运输，便于安装。

Super large horizontal permeability test system with Intelligent Grading loading and variable permeability diameter

【技术实现步骤摘要】
智能分级加载与可变渗径的超大型水平渗透试验系统
本专利技术涉及一种水利工程试验发展领域，尤其是一种智能分级加载与可变渗径的超大型水平渗透试验系统。
技术介绍
筑坝材料的渗透性能是土石坝建设最为关心的问题，渗透试验是目前常用的测定粗粒料渗透系数和变形破坏水力梯度的方法之一，目前常用的渗透设备存在以下不足：1.渗透试验的水流方向为垂直方向，与现实水平或近似水平的渗透情况不符；2.常用渗透设备直径仅30cm，试件的最大粒径仅为6cm，与筑坝材料粒径最大可达1m的情况不符，存在较大的缩尺效应；3.可以施加的水头压力很小，并且都是人为设定、不易改变，不能满足当前工程实际的需求；4.进行反滤材料试验时无法观测到破坏现象，容易造成误判；5.常用渗透设备无法施加上覆应力，仅是在试件的自重应力下开展渗透试验，与试件可能承受高达2MPa上覆应力的实际情况不符。中国专利申请CN110749497A公开了一种持续水环境作用的岩石蠕变三轴试验系统和方法，其技术方案为：加压缸与横梁连接，横梁通过支柱支撑在试验机底座上，底座和横梁之间设置水环境围压系统，动态应力应变采集系统与水环境围压系统连接，动态应力应变采集系统依次连接计算机、数字控制器、伺服控制器、液压源、输油管连接。但是该专利申请不能智能加载，水流入渗角度不可调节、试件渗径不可变化、无法提供上覆应力、试验破坏过程的无法视化、也无法应用于超大型模拟机构。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种智能分级加载与可变渗径的超大型水平渗透试验系统，该试验系统具有水头压力加载的智能化、水流入渗角度可调节、试件渗径可变化、提供上覆应力、试验破坏过程的可视化、试件的超大型模拟等良好效果，试验系统操作简便，所有部件可灵活拆卸，方便运输，便于安装。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种智能分级加载与可变渗径的超大型水平渗透试验系统，包括储水系统、水压系统、水平渗透试验系统和智能加载与控制系统；储水系统、水压系统和水平渗透试验系统依次连接，将水压力和垂直压力施加于水平渗透试验系统中待测试的试件上，水平渗透试验系统的出水阀与储水系统连通，智能加载与控制系统控制水压系统和水平渗透试验系统中的电器元件动作。所述储水系统包括储水罐和回水利用池，储水罐通过自动潜水泵及水管与回水利用池连通。储水罐水量低于500升时潜水泵自动启动注水，水量达到500升时自动停止，保证试验过程中加压泵的水流不断。所述水压系统包括三组并联在储水罐上的进水管，每一组进水管上均设置有一个进水阀，每一个进水阀后面的进水管上均设置一个加压泵，加压泵后面的三组进水管合并为一组进水管并连通至水平渗透试验系统，合并为一组的进水管上依次设置有第一压力表和第二压力表，两压力表之间的进水管上设置有电动调节阀，电动调节阀的一个出水口通过管道连通至回水利用池。压力表安装在加压泵和水平渗透试验箱之间，测量数值反馈到智能加载控制系统。通过电动调节阀自动启停调节第一压力表与第二压力表的压力均衡，保持通过压力表后的水头压力恒定；智能加载与控制系统自动控制加压泵的启停，满足试验所需要的水头压力；每个加压泵均设有自动开启装置，可单独或联合开启，设计流量范围为4m³/h~28m³/h，试验水压力范围为1m~200m可调节。所述电动调节阀的一个出水口通过管道与储水罐连接，用于将多余水量释放回流储水罐。所述水平渗透试验系统包括水平渗透试验箱、四柱横梁架、导轨小车、动力源和作动器，所述水平渗透试验箱放置于导轨小车上，在使用中方便移动；安装和拆解试件时可以从四柱横梁架下推出，试件安装完成后推到四柱横梁架的测力传感器下，测力传感器与水平渗透试验箱上压板对中，有效保证垂直应力施加时的平衡。作动器位于导轨小车正下方，动力源与作动器连接，并为作动器提供垂直力；作动器可为水平渗透试验箱的加压板提供最大达4MPa垂直应力，垂直应力加载方式可以选择位移或应力控制模式，加载速度可输入确定。水平渗透试验箱下面的导轨小车由作动器提供向上的作用力时，与地基固定的四柱横梁架提供有效的反力支撑。四柱横梁架顶部的中间下方设置测力传感器，测力传感器下方与水平渗透试验箱的顶板接触。测力传感器可测量最大达4MPa的垂直应力，测量精度为±0.5%。所述水平渗透试验箱包括由底板、顶板、前侧板、后侧板、左透水板和右透水板组成方形体，左透水板外部为密封的进水池，进水池上安装有进水阀，右透水板外部为密封的出水池，出水池上安装出水阀。进水池处透水板可以根据入渗角度的不同方便地更换。出水池起到承接渗透水流和短暂沉淀作用，沉淀后通过出水阀将水放入回水利用池中。左透水板上布满直径为0.5mm、间距为0.5mm的圆孔，与水平渗透试验箱的前后侧板、顶板和底板连接紧密，可以保障水流自由入渗到试件。所述左透水板的坡度分别为1:1、1:1.3、1:1.4、1:1.5或1:1.6，通过更换不同坡度透水板，有效开展不同角度水流入渗试验。所述前、后侧板上均设置有观察窗，观察窗由透明材质密封安装前、后侧板上。水平渗透试验箱前后两侧板均由两块50cm宽和一块100cm宽长形板组成，可以任意组合成1m、1.5m和2m三种尺寸的试件，试件的渗径也一样可以变成1m、1.5m和2m三种尺寸，可满足一种、两种或三种试验用料组成的试件开展水平渗透试验。每块长形板都开设了直径为30cm的圆形观察窗，可以方便地观察试件的破坏过程。水平渗透试验箱前后两侧板均由螺栓与顶板和底部板连接，组成的长形板之间、长形板与顶板及底板之间均由螺栓连接。所述进水阀与水压系统的第二压力表后面的水管连通，由加压泵将水压入进水池并保持池内水体饱和，可以全断面通过透水板向试验箱内渗透。所述出水阀通过水管与储水系统的回水利用池连接。所述四柱横梁架包括四根立柱和套在其上并能上下移动的承压板，立柱下面固定于地基上，立柱上方与承压板连接并提供反力。四柱横梁架下端与地基连接牢固，为试件加压提供有效反力支撑。承压板与水平渗透试验箱前后左右各侧板柔性紧密接触，试件内的入渗水流不会通过承压板与水平渗透试验箱接触的各部位渗透。所述智能加载与控制系统由安装信号接收和信号发送的目标值设定计算机组成。智能加载控制系统自动采集压力表、加压泵、测力传感器、电动调节阀的数据，智能判断设定值与传感器测量到的力之差，并发送命令到动力源，通过测力传感器施加或停止垂直力；智能判断设定值与压力表的数值差，发送水压调节命令给加压泵和电动调节阀，通过启动或停止加压泵调节供水量，通过启动和停止电动调节阀将多余的水量释放回储水罐，有效保证供应到水平渗透试验箱处的水压满足预定值。本专利技术的有益效果是：该试验系统最大的优点是水头压力可智能分级加载，由于左透水板可以采用不同坡度，入渗水流角度可调节，试验用料可分层，渗透路径为水平方向，试件尺寸最大可达1m宽，渗透路径可在1.0m、1.5m和2.0m间切换的超大型渗透试验系统。采用该试验系统对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能分级加载与可变渗径的超大型水平渗透试验系统，其特征是，包括储水系统、水压系统、水平渗透试验系统和智能加载与控制系统；储水系统、水压系统和水平渗透试验系统依次连接，将水压力和垂直压力施加于水平渗透试验系统中待测试的试件上，水平渗透试验系统的出水阀与储水系统连通，智能加载与控制系统控制水压系统和水平渗透试验系统中的电器元件动作。/n

【技术特征摘要】
1.一种智能分级加载与可变渗径的超大型水平渗透试验系统，其特征是，包括储水系统、水压系统、水平渗透试验系统和智能加载与控制系统；储水系统、水压系统和水平渗透试验系统依次连接，将水压力和垂直压力施加于水平渗透试验系统中待测试的试件上，水平渗透试验系统的出水阀与储水系统连通，智能加载与控制系统控制水压系统和水平渗透试验系统中的电器元件动作。


2.如权利要求1所述的智能分级加载与可变渗径的超大型水平渗透试验系统，其特征是，所述储水系统包括储水罐和回水利用池，储水罐通过自动潜水泵及水管与回水利用池连通。


3.如权利要求2所述的智能分级加载与可变渗径的超大型水平渗透试验系统，其特征是，所述水压系统包括三组并联在储水罐上的进水管，每一组进水管上均设置有一个进水阀，每一个进水阀后面的进水管上均设置一个加压泵，加压泵后面的三组进水管合并为一组进水管并连通至水平渗透试验系统，合并为一组的进水管上依次设置有第一压力表和第二压力表，两压力表之间的进水管上设置有电动调节阀，所述电动调节阀的一个出水口通过管道与储水罐连接，将多余水量释放回流储水罐。


4.如权利要求1所述的智能分级加载与可变渗径的超大型水平渗透试验系统，其特征是，所述水平渗透试验系统包括水平渗透试验箱、四柱横梁架、导轨小车、动力源和作动器，所述水平渗透试验箱放置于导轨小车上，作动器位于导轨小车正下方，动力源与作动器连接，并为作动器提供垂直力；四柱横梁架顶部的中间下方设置测力传感器，测力传感器下方与水平渗透试验箱的顶板接触。


5.如权利要求3所述的智能分级加载与可变渗径的超大型水平渗透试验系统，其特征是，所述水平渗透试验箱包括由底板、顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：石北啸，陈生水，凌华，张建卫，沈光泽，傅华，韩化强，徐卫卫，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32