[發明專利]適用于土石邊坡的磁場力-滲透力模型試驗裝置

有效

• 申請號: 201410014916.2
• 申請日: 2014-01-13
• 公開（公告）號: CN103884827A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 周成;陳生水;何寧;張桂榮;陳群;何建村;吳艷;石北嘯;劉恩龍;周富強;周彥章;戴燦偉;曾子;王琛;趙波
• 申請（專利權）人: 四川大學;水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院;新疆水利水電科學研究院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 呂建平

技術領域

本發明涉及土石邊坡生態防護技術領域，具體來說是涉及一種適用于土石邊坡生態防護模型試驗裝置。?

背景技術

在土工模型試驗方面，目前流行的試驗主要有常規模型、磁力地質模型和離心模型試驗。與巖石和混凝土不同，對于土體，正確模擬有效自重應力和水壓力是其土工模型試驗成功的關鍵。大量的土石料室內試驗結果表明，土石料具有以下特點：?

①應力應變關系呈彈塑性和非線性；?

②應力應變關系在不同的應力水平條件下表現不同，土體的變形模量、強度等都與應力水平密切相關，而且這種相關性是非線性的；?

③土是三相體，加上降雨和地下水的作用，就要求土工模型試驗中的自重應力和孔隙水壓力必須與原型一致，才能用模型較為真實地模擬原型。?

常規土工模型試驗在1g的重力場內，按幾何相似可將原型尺寸縮小n倍，但因其不能滿足土體自重應力水平和水壓力的物理相似，即常規土工模型試驗難以滿足物理相似，因此目前土力學界已很少使用。由于上述原因，即使震動臺可以模擬動應力相似，也限制了其應用于土工建筑物模型試驗。?

目前的磁力地質模型只考慮固相的自重應力相似，不能滿足液相及水壓力相似。?

土工離心模型試驗基于用離心力場模擬重力場的原理，通過施加在模型上的ng離心力使模型中土體的有效應力和孔隙水壓力與原型趨于一致。但實際上所獲得的離心力應力場在同一平面并不勻稱。離心模型雖然可以滿足土工模型和原型的幾何與物理相似，但是由于設備造價昂貴、技術操作復雜、動態模擬操作困難，普遍使用率低，且存在不適宜用于原生植被生態護坡試驗研究的缺點。?

鑒于現有技術的土工模型試驗沒有考慮降雨和地下水的作用，而降雨和地下水的滲透力又改變土體的有效應力和水壓力，不能真實地模擬土石邊坡原型，因?此構建能夠真實模擬土石邊坡的實驗模型進行模擬實驗是所屬領域科技工作者共同面臨的課題。?

發明內容

針對現有技術的土石邊坡實驗模型進行模擬實驗的技術現狀，本發明的目的旨在提供一種適用于土石邊坡的磁場力-滲透力模型試驗裝置，以解決現有技術的土石邊坡實驗模型不能真實地模擬原型的問題。?

本發明提供的適用于土石邊坡的磁場力-滲透力模型試驗裝置，其構成主要包括與地面呈20—45°角的坡積體、位于坡積體下方與坡積體平行設置的磁力層、位于坡積體上端與水源連通用于對坡積體施加順坡向滲透力的滲水槽池、位于坡積體下端方向用于收集滲水的集水槽池、位于坡積體下端與集水槽池之間用于維護坡積體坡腳的護腳體、位于坡積體上方與水源連通的模擬降雨的降雨管、設置在坡積體上方的位移傳感器和設置在坡積體內的孔壓計，所述坡積體由混含有鐵質骨料的模擬坡體土構成，坡積體上種植有植物，所述滲水槽池與坡積體相接的一面設計若干滲水孔，所述護腳體由壓縮可變形材質構成的可透水的護腳體，以便滲透水經護腳體進入集水槽池，且保證允許坡積體在滲透力作用下發生滲透變形，所述集水槽池與護腳體相接的一面設計有集水孔。?

在本發明的上述技術方案中，所述磁力層可為整塊的磁力板，也可為由永磁材料組成磁力網，磁力層可直接置于坡積體下方，也可懸于坡積體下方，最好是直接置于坡積體下方；所述磁力層可為電磁磁力層，也可或永磁體磁力層。?

在本發明的上述技術方案中，所述坡積體中的鐵質骨料的重量含量為10%—40%；所述鐵質骨料可以是鐵屑，也可以是鐵質砂珠，粒徑分布范圍為0.25—2.0mm。?

在本發明的上述技術方案中，所述坡積體可通過支架使之與地面呈設定的坡角，也可通過支撐體使之與地面呈設定的坡角，所述支撐體可以是堆積體，也可以是砌壘體等。?

在本發明的上述技術方案中，所述滲水槽池優先考慮設計為密閉結構；與滲水槽池相連接的水源優先選用可調整水頭或壓力的水源。進一步優先選用可上下調整水頭的水箱。?

在本發明的上述技術方案中，坡積體上的植物，可以是直接種植的，也可以?是移植的，但不論是那種情況，在進行試驗時，坡積體上的植物，其根系和枝莖分布最好與模擬原型坡積體上的植物接近。?

本發明進一步的技術方案，試驗裝置的主體，即所述坡積體、位于坡積體上端的滲水槽池、位于坡積體下端的護腳體和集水槽池等設置在箱室內，箱室箱體壁中與坡積體平行的兩側箱體壁最好采用透明材質材料制作，例如有機玻璃板制作，以便試驗過程中研究人員通過觀察了解坡積體在順坡向滲透力和垂直坡面磁場力協同作用下位置變化。進一步地，為了便于研究人員觀察，由有機玻璃板制作的兩側箱體壁面上最好設計有觀測標記網格。?