(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210439862.9 (22)申请日 2022.04.25 (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 申请人 山东省海河淮河小清河流 域水利管 理服务中心 (72)发明人 解全一　崔立桩　刘健　郭广军　 赵红兵　曹方晶　周立志　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 武博 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/12(2006.01)G01N 15/08(2006.01) (54)发明名称 模拟土堤-穿堤涵管差异 沉降渗流特性的试 验装置及方法 (57)摘要 本发明公开了模拟 土堤‑穿堤涵管差异 沉降 渗流特性的试验装置及方法， 涉及模 型试验技术 领域， 包括模型槽， 模型槽内设有差异沉降模拟 模型， 差异沉降模拟模型顶部设有竖向加载装 置； 所述差异沉降模拟模型包括土堤模型、 贯穿 土堤模型的穿坝涵管模型， 土堤模 型一侧设有堤 基防水装置， 土堤模型和穿坝涵管模 型分别设置 检测元件。 本发 明能够准确的模拟 土堤与涵管的 差异沉降试验， 提高检测精度。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 114755094 A 2022.07.15 CN 114755094 A 1.模拟土堤 ‑穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验装置， 其特征在于， 包括模型槽， 模型 槽内设有差异沉降模拟模型， 差异沉降模拟模型顶部设有竖向加载装置； 所述差异沉降模 拟模型包括土堤模型、 贯穿土堤模型的穿坝涵管模 型， 土堤模 型一侧设有堤基防水装置， 土 堤模型和穿坝涵管模型分别设置检测元件。 2.根据权利要求1所述的模拟土堤 ‑穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验装置， 其特征在 于， 所述堤基防水装置包括螺杆， 螺杆一端 具有第一螺旋段， 另一端 具有与第一螺旋段旋向 相反的第二螺 旋段； 第一螺旋段和第二螺 旋段分别安装有卡爪， 卡爪 端部设有防水垫 。 3.根据权利要求2所述的模拟土堤 ‑穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验装置， 其特征在 于， 所述卡爪通过移动部与第一螺旋段或第二螺旋段螺纹连接； 卡爪对称设于穿坝涵管模 型两侧。 4.根据权利要求2所述的模拟土堤 ‑穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验装置， 其特征在 于， 所述螺杆通过轴承座连接安装板， 安装板与模型槽内壁固定 。 5.根据权利要求1所述的模拟土堤 ‑穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验装置， 其特征在 于， 所述竖向加载装置包括千斤顶、 与千斤顶相连的压梁， 所述压梁底部中间位置连接用于 对土堤模型施加压力的第一压头， 第一压头两侧对称设有用于对穿坝涵管模型施加压力的 第二压头。 6.根据权利要求5所述的模拟土堤 ‑穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验装置， 其特征在 于， 所述千斤顶的输出端安装压力传感器。 7.根据权利要求1所述的模拟土堤 ‑穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验装置， 其特征在 于， 所述土堤模型为梯形 结构， 穿坝涵管模型的中线方向垂直于加载 方向。 8.根据权利要求1所述的模拟土堤 ‑穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验装置， 其特征在 于， 所述模型槽内设置弹性垫层， 穿坝涵管模型的一侧设于弹性垫层上侧。 9.模拟土堤 ‑穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验方法， 其特征在于， 采用如权利要求1 ‑ 8任一所述的试验 装置， 包括： 调整竖向加载装置， 使其对土堤模型和穿坝涵管模型施加设定预压力； 调节设于模型槽有水端的堤基防水装置， 使防水垫与穿堤涵管模型紧密接触； 竖向加载装置加载至设定 压力值， 通过检测元件获取加载 过程的参数信息 。 10.根据权利要求9所述的模拟土堤 ‑穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验方法， 其特征 在于， 所述参数信息包括土堤模型的土压力、 孔隙水压力、 坝体位移， 还包括通过摄像机获 取的差异沉降图像、 土堤模型的开裂图像。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114755094 A 2模拟土堤‑穿堤涵管差异沉降渗流特性的试验装 置及方法 技术领域 [0001]本发明涉及模型试验技术领域， 尤其涉及模拟土堤 ‑穿堤涵管差异沉降渗流特性 的试验装置及方法。 背景技术 [0002]在土质堤坝中修建有大量的穿堤涵管， 贯通整个土堤的穿堤涵管与堤体之间因上 覆土层的材料刚度性质不同容易产生不均匀 性差异沉降， 穿堤涵管与堤体之间产生滑移， 则极易成为堤体发生渗流破坏的薄弱环节。 因此， 需要进行穿堤涵管与 堤体的渗流试验， 以 研究渗流破坏现象。 [0003]现有技术公开了一种均质土坝与穿坝涵管接触冲刷模型试验装置， 该方案包括模 型槽、 接触冲刷模拟装置、 竖向加载装置和监测装置， 通过竖向加载装置施加竖向载荷， 通 过接触冲刷模拟装置模拟穿坝涵管与坝体的接触冲刷破坏； 并通过监测装置监测坝体内的 流速及变形量。 现有技术仅是通过与涵管连接的千斤顶控制涵管位移中涵管与土石坝差异 沉降的模拟， 该种 方法存在两方面的问题： 第一， 该技术仅考虑的涵管的沉降， 未能考虑土 石堤坝的沉降， 模拟出的差异 沉降效果与实际不符； 第二， 该种通过千斤顶控制涵管沉降的 方法无法保证涵管与模型箱体之间的密水性能， 试验过程中将导致土石堤坝堤坝底部出现 渗流溢出口， 导 致土石堤坝内部的渗 流场发生巨变。 [0004]上述方案由于需要模拟不同原因导致的均质土坝与穿坝涵管接触冲刷破坏， 配套 的运动机构较多， 例如竖向加载装置、 横向移动装置、 竖向移动装置等， 而底部布置导轨、 竖 向移动装置， 容 易导致坝体内部填充不均匀， 影响坝体底部的稳定性， 从而影响测量精度。 发明内容 [0005]针对现有技术存在的不足， 本发明的目的是提供一种模拟土堤 ‑穿堤涵管差异沉 降渗流特性的试验装置及方法， 能够准确的模拟土堤与涵管 的差异沉降试验， 提高检测精 度。 [0006]为了实现上述目的， 本发明是通过如下的技 术方案来实现： [0007]第一方面， 本发明的实施例提供了一种模拟土堤 ‑穿堤涵管差异沉降渗流特性的 试验装置， 包括模型槽， 模 型槽内设有差异沉降模拟模型， 差异 沉降模拟模型顶部 设有竖向 加载装置； 所述差异 沉降模拟模 型包括土堤模型、 贯穿土堤模 型的穿坝涵管模型， 土堤模型 一侧设有堤基防水装置， 土堤模型和穿坝涵管模型分别设置检测元件。 [0008]作为进一步的实现方式， 所述堤基防水装置包括螺杆， 螺杆一端具有第一螺旋段， 另一端具有与第一螺 旋段旋向相反的第二螺 旋段； [0009]第一螺旋段和第二螺 旋段分别安装有卡爪， 卡爪 端部设有防水垫 。 [0010]作为进一步的实现方式， 所述卡爪通过移动部与第一螺旋段或第二螺旋段螺 纹连 接； 卡爪对称设于穿坝涵管模型两侧。 [0011]作为进一步的实现方式， 所述螺杆通过轴承座连接安装板， 安装板与模型槽内壁说　明　书 1/5 页 3 CN 114755094 A 3