本實(shí)用新型是涉及一種利用透明土的特性對(duì)管涌現(xiàn)象觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)裝置，具體地說(shuō)是利用透明土與細(xì)土顆粒折射率不一致的規(guī)律來(lái)觀察裝置中細(xì)顆粒管涌運(yùn)動(dòng)。

背景技術(shù)：

管涌是指在滲流作用下，土體中的細(xì)顆粒被地下水從粗顆粒的空隙中帶走，從而導(dǎo)致土體形成貫通的滲流通道，造成土體塌陷的現(xiàn)象。對(duì)于管涌的監(jiān)測(cè)現(xiàn)有方法有：瞬變電磁場(chǎng)法，通過(guò)對(duì)比堤防內(nèi)部物理參數(shù)在汛期和枯水期的變化檢測(cè)管涌；高密度電阻率法，通過(guò)定點(diǎn)重復(fù)觀測(cè)研究不同水位下堤壩隱患電阻率圖像的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)；流場(chǎng)法：利用拉普拉斯方程下水流場(chǎng)與電流場(chǎng)的相似性，檢測(cè)管涌入水口出的水流場(chǎng)實(shí)現(xiàn)管涌檢測(cè)。

上面列舉的管涌檢測(cè)方法雖各不相同，但都采用間接檢測(cè)的方式，目前還沒(méi)有較好的可以直接觀測(cè)管涌的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種能夠比較直觀地模擬和觀察管涌中細(xì)顆粒運(yùn)動(dòng)的裝置。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種利用透明土觀測(cè)管涌現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，包括一個(gè)不透水的容器，該容器為透明有機(jī)玻璃材質(zhì)，容器內(nèi)部被透水板分隔成進(jìn)液室和砂槽，砂槽的表層和底層均設(shè)置15厘米厚的透明土，表層與底層之間設(shè)置5厘米厚的透明土與彩色砂混合物；靠近砂槽的容器外50cm處設(shè)置有激光光源發(fā)射器,該發(fā)射器裝有特定鏡頭，以控制照射效果使其成一窄面；容器外還設(shè)置有用于觀察和拍攝的CCD相機(jī)及計(jì)算機(jī)。

進(jìn)液室內(nèi)的溶液為15#白礦物油和正構(gòu)烷烴類(lèi)溶液按1:1重量混合成的混合溶液，15#白礦物油的折射率為1.4620，正構(gòu)烷烴類(lèi)溶液的折射率為1.4216；透明土為顆粒狀熔融石英砂，透明土的折射率為1.4585。

本實(shí)驗(yàn)中所述透明土與滲透用溶液的折射率極其接近，成像時(shí)近似看做為同一種物質(zhì)，排除滲透用溶液對(duì)成像的干擾；透明土與標(biāo)準(zhǔn)土的物理力學(xué)性質(zhì)較為相似（如重度、內(nèi)摩擦角），在模擬管涌時(shí)與實(shí)際情況比較接近，滲透用溶液比水的粘滯系數(shù)大，可以通過(guò)根據(jù)粘滯系數(shù)同比例增加顆粒半徑來(lái)補(bǔ)償粘滯系數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

本實(shí)用新型對(duì)管涌現(xiàn)象的模擬比較接近實(shí)際情況，并且能實(shí)現(xiàn)將管道內(nèi)顆粒即彩色砂的流動(dòng)動(dòng)態(tài)變化圖像直接輸入計(jì)算機(jī)，比較直觀地通過(guò)顯示屏展示，能讓觀測(cè)者直接了解到細(xì)粒土在管涌現(xiàn)象中的運(yùn)動(dòng)狀況。

附圖說(shuō)明

圖1是管涌現(xiàn)象模擬示意圖；

圖2是透水板結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

實(shí)施例1

如圖1所示，一種利用透明土觀測(cè)管涌現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，包括一個(gè)不透水的容器，該容器為透明有機(jī)玻璃材質(zhì)，容器內(nèi)部被透水板2分隔成進(jìn)液室1和砂槽4，砂槽4的容器外50cm處設(shè)置有激光光源發(fā)射器5；容器外還設(shè)置有用于觀察和拍攝的CCD相機(jī)8及計(jì)算機(jī)9。

如圖2所示，透水板2的結(jié)構(gòu)為有機(jī)玻璃板上開(kāi)設(shè)有若干個(gè)透水孔。

由于透明土目前有效觀測(cè)厚度為20cm，因此，砂槽4的表層和底層均設(shè)置15厘米厚的透明土，表層與底層之間設(shè)置5厘米厚的透明土與彩色砂混合物。

本實(shí)施例中，透明土選用顆粒狀熔融石英砂（折射率為1.4585），比較接近實(shí)際情況中標(biāo)準(zhǔn)土的物理力學(xué)性質(zhì)（如重度、內(nèi)摩擦角），滲透溶液選用15#白礦物油（折射率為1.4620）和正構(gòu)烷烴類(lèi)溶液（折射率為1.4216）按重量1:1混合的混合溶液，并通過(guò)根據(jù)粘滯系數(shù)同比例增加顆粒半徑來(lái)補(bǔ)償粘滯系數(shù)，使其與水的粘滯系數(shù)相近。

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，將混合溶液注入進(jìn)液室，進(jìn)液室中的混合溶液透過(guò)透水板進(jìn)入砂槽，此時(shí)砂槽中的土的性質(zhì)（如重度、內(nèi)摩擦角、粘滯系數(shù)等）比較接近實(shí)際中的土的情況。隨著進(jìn)液室1中液面增高，水壓不斷增大，砂槽4中的透明土中孔隙水應(yīng)力增加，有效應(yīng)力減小。當(dāng)水壓增到一定程度時(shí)，透明土中有效應(yīng)力降為零，土體發(fā)生管涌現(xiàn)象。

打開(kāi)激光光源發(fā)射器5，通過(guò)CCD相機(jī)和計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)顯示屏上顯示出管涌現(xiàn)象發(fā)生在中間5厘米厚的透明土與彩色砂混合物層，透明土作為骨架顆粒，彩色砂流動(dòng)形成管涌通道3，僅有彩色砂可見(jiàn)。由于透明土與混合溶液折射率十分相似，成像時(shí)色彩差遠(yuǎn)小于混合溶液與正常彩色砂的色彩差，可近似看做同一種物質(zhì)，因此計(jì)算機(jī)成像為混合溶液帶動(dòng)正常彩色砂在管涌通道3內(nèi)流動(dòng)，并在管涌口涌出。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程用CCD相機(jī)8進(jìn)行觀測(cè)，CCD上的電容能感應(yīng)光線(xiàn)，然后將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)發(fā)送給電腦，計(jì)算機(jī)9處理電信號(hào)，在顯示屏形成圖像，這項(xiàng)技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，具體操作過(guò)程可以參考現(xiàn)有技術(shù)。

本實(shí)用新型中涉及的未說(shuō)明部份與現(xiàn)有技術(shù)相同或采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。