一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗裝置，包括模型箱，監(jiān)測元器件（水分傳感器，靜土壓力盒，位移傳感器，沉降板）和模擬降雨器。模型箱為為底面呈斜面的楔形箱體。監(jiān)測元器件布設(shè)于模型箱內(nèi)填筑土體內(nèi)部與表面，水分傳感器監(jiān)測深度40～60cm，靜土壓力盒埋深約為0.2～0.6m，沉降板埋深約為0.2～0.4m，位移傳感器布設(shè)于填筑土體表層與沉降板頂端。模擬降雨器放置于模型箱上部坡肩斷面處，具有低通量、可持續(xù)、范圍可控的供水特點。本系統(tǒng)適用于各類膨脹土邊坡吸濕條件下，表面與內(nèi)部不同部位的變形特征與演化規(guī)律的模型試驗，對膨脹土邊坡工程穩(wěn)定性與災(zāi)變機理的研究具有一定的意義。
【專利說明】一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及巖土工程測試領(lǐng)域，具體涉及一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗裝置，用來測試不同類型膨脹土邊坡在吸濕條件下，邊坡表面與內(nèi)部不同部位的變形特征與演化規(guī)律。
【背景技術(shù)】
[0002]在實際工程中，膨脹土邊坡失穩(wěn)滑坡多表現(xiàn)為季節(jié)性，大氣環(huán)境因素是其主要控制條件之一，由于氣候變化而引發(fā)的邊坡失穩(wěn)、路堤滑塌、渠道滑坡廣泛存在。
[0003]一般來說，持續(xù)降雨或反復(fù)降雨均是誘發(fā)滑坡的主要原因。在降雨條件下，膨脹土邊坡隨著水分的入滲，富含親水性礦物蒙脫石、伊利石的膨脹土大量吸水，一方面發(fā)生較大的膨脹變形，另一方面，膨脹土的抗剪強度隨著飽和度的增長持續(xù)降低，最終累積過大的變形而發(fā)生滑坡。因此，開展膨脹土邊坡吸濕變形的特征與發(fā)展規(guī)律方面的研究，對于滑坡的預(yù)報、防范與處治，都有著一定的指導(dǎo)意義。
[0004]為了更好的將膨脹土膨脹變形機理與試驗結(jié)果應(yīng)用于實際工程，往往需要依托實際工程，以渠道或邊坡典型斷面作為參考，按比例建立膨脹土邊坡模型，開展膨脹土邊坡吸濕膨脹變形室內(nèi)物理模型試驗。通過現(xiàn)場描述、監(jiān)測數(shù)據(jù)與試驗結(jié)果，研究模擬降雨條件或其它供水條件下，膨脹土吸水膨脹變形的變化特征與發(fā)展規(guī)律，探討邊坡破壞模式與失穩(wěn)機理，為工程設(shè)計、建設(shè)提供一定的理論依據(jù)。
[0005]現(xiàn)有的膨脹土邊坡變形試驗?zāi)Ｐ?，往往是在黏性土邊坡試驗?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)上加以改造，在邊坡達到極限狀態(tài)時，滑動面常按照圓弧形進行考慮，難以反映出膨脹土滲透性低，邊坡變形淺層性，變形量大，以及變形破壞受裂隙控制作用明顯等諸多特點。
[0006]因此，為解決以上缺陷問題，急需對現(xiàn)有的試驗裝置進行改造，提出一種適用于膨脹土邊坡吸濕變形的模型試驗裝置，確保試驗成果真實可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型目的在提供一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗裝置，本試驗裝置可進行不同類型的膨脹土，不同供水條件下，不同邊坡特征下的膨脹土邊坡吸濕變形試驗，目的在于研究不同類型膨脹土邊坡在吸濕條件下，邊坡表面與內(nèi)部不同部位的變形特征與演化規(guī)律，其測試精度高，操作簡便，用料節(jié)約，適用范圍廣。
[0008]本實用新型實現(xiàn)其目的，所采用的技術(shù)方案是:
[0009]一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗裝置，其組成包括:模型箱，監(jiān)測元器件，模擬降雨器。監(jiān)測元器件裝在模型箱中的土體內(nèi)部與表面，模擬降雨器放置在模型箱上部坡肩斷面處。
[0010]所述的模型箱由豎支梁、橫支梁、斜支梁、肋式橫梁、次橫梁構(gòu)成整體框架，加上斜面底板、底面板、側(cè)面板、正面板構(gòu)成箱體。模型箱為底面呈斜面的楔形箱體，外部尺寸約為5.5mX2.0mX 1.5m,內(nèi)部坡面處為斜面設(shè)計,斜面底板坡比與實際邊坡坡比一致,約為1:1.5~1:3。其連接關(guān)系是:模型箱兩側(cè)面各有四根橫支梁焊接于豎支梁上，次橫梁焊接于橫支梁末端的兩根豎支梁底部之間，正面板焊接于八根橫支梁頂端，斜支梁對稱焊接于橫支梁內(nèi)側(cè)，斜支梁一端位于底部橫支梁距頂端約125(Tl350mm處，另一端位于頂部橫支梁末端，二根斜支梁之間等距離焊接約十根肋式橫梁，斜面底板焊接于斜支梁與肋式橫梁上，斜支梁對斜面底板起到定位作用，肋式橫梁對斜面底板起到支撐作用。底面板焊接于底部橫支梁上，并與斜面底板、正面板焊接，側(cè)面板焊接于斜支梁與橫支梁上，并與斜面底板、底面板、正面板焊接。
[0011]所述的監(jiān)測元器件包括:水分傳感器，靜土壓力盒，位移傳感器，沉降板。其中，水分傳感器用于監(jiān)測邊坡不同部位含水率的變化規(guī)律，可選擇PR2/4型或PR2/6型土壤剖面水分檢測儀等，內(nèi)置4飛組測試傳感器。靜土壓力盒用于監(jiān)測邊坡內(nèi)部不同部位水平方向與豎直方向的應(yīng)力特征，采用量程5(T200kPa、直徑約15~30mm的小型土壓力盒。位移傳感器用于監(jiān)測邊坡表面與內(nèi)部不同深度處水平方向、豎直方向的脹縮變形，采用彈簧回彈式位移計，儀器量程約5(T60mm，精度大于5/1000。沉降板用于測定邊坡深部土體位移，采用直徑約為7~9cm，高度約為6(T70cm的小型沉降板。
[0012]所述的監(jiān)測元器件裝在模型箱中的土體內(nèi)部與表面。選取坡底中心、坡腳、1/6坡高、1/3坡高、1/2坡高、2/3坡高、坡肩作為邊坡七處典型斷面。其中，坡腳、1/2坡高、坡肩為重點觀測斷面，1/3坡高、2/3坡高為對比監(jiān)測斷面，坡底中心、1/6坡高為輔助觀測斷面。其連接關(guān)系是:水分傳感器直接埋入填筑土體中(坡腳、1/3坡高、1/2坡高、2/3坡高、坡肩)，監(jiān)測深度0.4^0.6m ;靜土壓力盒于填筑土體中(坡腳、1/2坡高)約0.2^0.6m深度處進行3~4層埋設(shè)，各部位水平方向與豎直方向分別埋設(shè)；位移傳感器于填筑土體(坡底中心、坡腳、1/6坡高、1/3坡高、1/2坡高、2/3坡高、坡肩)表層布設(shè)，各處水平與豎直方向分別布設(shè)，并豎直架設(shè)在沉降板頂端，與沉降板結(jié)合觀測。各種監(jiān)測元器件布設(shè)數(shù)量按各試驗特點與要求進行設(shè)計。
[0013]所述的模擬降雨器具有低通量供水、可持續(xù)供水、供水范圍可控的特點，以滴淋方式沿模擬降雨器軸向進行一維供水，水滴直徑小于1_，水滴軸向分布密度小于6滴/10cm，出水速率小于6滴/ (秒.處)。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果:
[0015]I)邊坡填筑膨脹土厚度低(0.6^0.Sm)，很好的結(jié)合了膨脹土滲透性低，入滲深度有限的特點，一方面可以模擬膨脹土實際入滲特點，達到試驗效果，另一方面可以大大節(jié)省填筑用料，節(jié)約填筑時間，提高工效。
[0016]2)利用模擬降雨器進行低通量、低流量降雨控制，避免了坡體上產(chǎn)生較大徑流，保證水分最大程度上的入滲，減小試驗誤差。
[0017]3)全面合理的根據(jù)關(guān)鍵物理量選取監(jiān)測元器件，充分考慮了監(jiān)測元器件的尺寸效應(yīng)，選取小尺寸元器件多層埋設(shè)，避免相互之間的干擾，全面、真實的體現(xiàn)試驗結(jié)果。
[0018]4)合理選取監(jiān)測斷面，考慮監(jiān)測的時空變化特征，以突出重點、有效對比并輔助分析的方式對物理量進行監(jiān)測，有效的反映出膨脹土邊坡吸濕條件下的滲流、應(yīng)力、變形特征。
[0019]申請者利用本膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗裝置開展了試驗，發(fā)現(xiàn)邊坡土體滲流場特征與應(yīng)力、變形特征均與工程實際保持了較高的吻合度，較好的反映出膨脹土邊坡淺層變形狀態(tài)的特點與演化規(guī)律，滿足了膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗的需求，對于推動膨脹土邊坡工程特性與穩(wěn)定性研究具有積極意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為一種模型箱結(jié)構(gòu)主視圖；
[0021]圖2為一種模型箱結(jié)構(gòu)左視圖；
[0022]圖3為一種模型箱立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為一種模型箱內(nèi)監(jiān)測元器件與模擬降雨器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為一種模型箱內(nèi)監(jiān)測元器件與模擬降雨器結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0025]圖中:
[0026]I 一模型箱，
[0027]11—豎支梁，12—橫支梁，13—斜支梁，14 一肋式橫梁，15—斜面底板，
[0028]16—底面板，17—偵愐板，18—正面板，19一次橫梁；
[0029]2—監(jiān)測元器件，
[0030]21—水分傳感器(如PR2/4型、PR2/6型等)，22—靜土壓力盒(符合量程5(T200kPa、直徑15?30mm的各種靜土壓力盒)，23—位移傳感器(符合量程5(T60mm，精度大于5/1000的各種彈簧回彈式位移計)，24—沉降板；
[0031]3—模擬降雨器(如專利 ZL 2013 2 0447780.5)。
【具體實施方式】
[0032]實施例1:
[0033]一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗裝置，其組成包括:模型箱1，監(jiān)測元器件2，模擬降雨器3。監(jiān)測元器件2裝在模型箱I中的土體內(nèi)部與表面，模擬降雨器3放置在模型箱I上部坡肩斷面處。
[0034]所述的模型箱I由豎支梁11、橫支梁12、斜支梁13、肋式橫梁14、次橫梁19構(gòu)成整體框架，加上斜面底板15、底面板16、側(cè)面板17、正面板18構(gòu)成箱體。模型箱I為底面呈斜面的楔形箱體，外部尺寸約為5.5mX 2.0mXl.5m,內(nèi)部坡面處為斜面設(shè)計，斜面底板15坡比與實際邊坡坡比一致，約為1:1.5?1:3。其連接關(guān)系是:模型箱I兩側(cè)面各有四根橫支梁12焊接于豎支梁11上，次橫梁19焊接于橫支梁12末端的兩根豎支梁11底部之間，正面板18焊接于八根橫支梁12頂端，斜支梁13對稱焊接于橫支梁12內(nèi)側(cè)，斜支梁13 —端位于底部橫支梁12距頂端約125(Tl350mm處,另一端位于頂部橫支梁12末端,兩根斜支梁13之間等距離焊接約十根肋式橫梁14，斜面底板15焊接于斜支梁13與肋式橫梁14上，斜支梁13對斜面底板15起到定位作用，肋式橫梁14對斜面底板15起到支撐作用。底面板16焊接于底部橫支梁12上，并與斜面底板15、正面板18焊接，側(cè)面板17焊接于斜支梁13與橫支梁12上，并與斜面底板15、底面板16、正面板18焊接。
[0035]所述的監(jiān)測元器件2包括:水分傳感器21，靜土壓力盒22，位移傳感器23，沉降板24。其中，水分傳感器21用于監(jiān)測邊坡不同部位含水率的變化規(guī)律，可選擇PR2/4型或PR2/6型土壤剖面水分檢測儀等，內(nèi)置4飛組測試傳感器。靜土壓力盒22用于監(jiān)測邊坡內(nèi)部不同部位水平方向與豎直方向的應(yīng)力特征，采用量程5(T200kPa、直徑約15?30mm的小型土壓力盒。位移傳感器23用于監(jiān)測邊坡表面與內(nèi)部不同深度處水平方向、豎直方向的脹縮變形，采用彈簧回彈式位移計，儀器量程50mm左右，精度大于5/1000。沉降板24用于測定邊坡深部土體位移，采用直徑約為7~9cm，高度約為6(T70cm的小型沉降板。
[0036]所述的監(jiān)測元器件2裝在模型箱I中土體內(nèi)部與表面。選取坡底中心、坡腳、1/6坡高、1/3坡高、1/2坡高、2/3坡高、坡肩作為邊坡七處典型斷面，分別以4’^』’、8、(:、04表示。其中，A、C、E為邊坡重點監(jiān)測斷面，監(jiān)測內(nèi)容包括表面及深部土體位移，土體應(yīng)力、含水率變化情況。B、D為對比監(jiān)測斷面，主要監(jiān)測土體含水率變化情況與土體表面位移。A’、B’為輔助監(jiān)測斷面，主要監(jiān)測邊坡位移發(fā)生較大部位的表面位移。
[0037]監(jiān)測元器件2的連接關(guān)系是:水分傳感器21直接埋入填筑土體中(坡腳、1/3坡高、1/2坡高、2/3坡高、坡肩)，監(jiān)測深度4(T60cm ;靜土壓力盒22于填筑土體中(坡腳、1/2坡高)約0.2^0.6m深度處進行3~4層埋設(shè)，各部位水平方向與豎直方向分別埋設(shè)；沉降板24在填筑土體中(坡腳、1/2坡高、坡肩)約0.2^0.4m深度處進行2~3層埋設(shè)；位移傳感器23于填筑土體(坡底中心、坡腳、1/6坡高、1/3坡高、1/2坡高、2/3坡高、坡肩)表層布設(shè)，各處水平與豎直方向分別布設(shè)，并豎直架設(shè)在沉降板24頂端，與沉降板24結(jié)合觀測。各種監(jiān)測元器件2布設(shè)數(shù)量根據(jù)表1中建議值，結(jié)合各試驗特點與要求進行設(shè)計。
[0038]表1各斷面監(jiān)測元器件建議數(shù)量
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗裝置，它包括:模型箱(1)，監(jiān)測元器件(2)，模擬降雨器(3)，其特征在于:監(jiān)測元器件(2)裝在模型箱(1)中的土體內(nèi)部與表面，模擬降雨器(3 )放置在模型箱(1)上部坡肩斷面處，所述的模型箱(1)由豎支梁(11 )、橫支梁(12 )、斜支梁(13)、肋式橫梁(14)、次橫梁(19)構(gòu)成整體框架，加上斜面底板(15)、底面板(16)、側(cè)面板(17)、正面板(18)構(gòu)成箱體，模型箱(1)兩側(cè)面各有四根橫支梁(12)焊接于豎支梁(11)上，次橫梁(19)焊接于橫支梁(12)末端的兩根豎支梁(11)底部之間，正面板(18)焊接于八根橫支梁(12)頂端，斜支梁(13)對稱焊接于橫支梁(12)內(nèi)側(cè)，斜支梁(13)—端位于底部橫支梁(12)距頂端125(Tl35()mm處，另一端位于頂部橫支梁(12)末端，兩根斜支梁(13)之間等距離焊接十根肋式橫梁(14)，斜面底板(15)焊接于斜支梁(13)與肋式橫梁(14)上，底面板(16)焊接于底部橫支梁(12)上，并與斜面底板(15)、正面板(18)焊接，側(cè)面板(17)焊接于斜支梁(13)與橫支梁(12)上，并與斜面底板(15)、底面板(16)、正面板(18)焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗裝置，其特征在于:所述的監(jiān)測元器件(2)包括:水分傳感器(21)，靜土壓力盒(22)，位移傳感器(23)，沉降板(24)，水分傳感器(21)埋入填筑土體中坡腳、1/3坡高、1/2坡高、2/3坡高、坡肩處，監(jiān)測深度4(T60cm ;靜土壓力盒(22)在填筑土體中坡腳、1/2坡高0.2~0.6m深度處，進行3~4層埋設(shè)，各部位水平與豎直方向分別埋設(shè)；沉降板(24)在填筑土體中坡腳、1/2坡高、坡肩0.2^0.4m深度處，進行2~3層埋設(shè)；位移傳感器(23)在填筑土體坡底中心、坡腳、1/6坡高、1/3坡高、1/2坡高、2/3坡高、坡肩表層布設(shè)，各處水平與豎直方向分別布設(shè)，并豎直架設(shè)在沉降板(24)頂端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗裝置，其特征在于:所述的模型箱(1)為底面呈斜面的楔形箱體，外部尺寸為5.5mX2.0mXl.5m,內(nèi)部坡面處為斜面設(shè)計，斜面底板(15 )坡比按實際邊坡坡比為1: 1.5~1: 3。
【文檔編號】G01N33/24GK203798805SQ201420175300
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】戴張俊, 陳善雄, 姜領(lǐng)發(fā), 褚曉杰, 雷通兵 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所