[發(fā)明專利]凍土路堤模型制作及凍土路堤模型熱融滑坡試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410180405.8
• 申請(qǐng)日: 2014-04-30
• 公開（公告）號(hào): CN103926128B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔綱強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南城市學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N1/28
• 分類號(hào): G01N1/28;G01N25/00
• 代理公司: 益陽市銀城專利事務(wù)所 43107
• 代理人: 舒斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種巖土工程中的模型試驗(yàn)，具體地說是一種凍土路堤模型制作及凍土路堤模型熱融滑坡試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法，特別是涉及一種可視化凍土路堤模型制作及凍土路堤模型熱融滑坡試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

在巖土工程方面的模型試驗(yàn)中，研究土體內(nèi)部變形規(guī)律和機(jī)理，對(duì)探索巖土工程問題本質(zhì)具有重要意義。特別是地球上多年凍土、季節(jié)凍土和短時(shí)凍土區(qū)的面積約占陸地面積的50﹪，其中，多年凍土分布面積3500萬㎞²，約占陸地面積的25﹪。凍土是一種對(duì)溫度極為敏感的土體，隨著溫度的升高，其強(qiáng)度顯著降低，土體融化后的強(qiáng)度相對(duì)于凍結(jié)時(shí)的強(qiáng)度以幾何數(shù)量級(jí)的降低。相關(guān)研究結(jié)果表明，青藏高原等多年凍土區(qū)腹部地帶的低山丘陵區(qū)，在大于3°的坡地上，其熱融過程中都有可能形成熱融滑塌。當(dāng)表層凍土由于氣溫升高而融化，在高含冰量條件下，滑動(dòng)土體表現(xiàn)為堅(jiān)硬的巖土塊體和液狀泥漿組成的混合物，容易產(chǎn)生大致平行于坡面的滑動(dòng)面。如青藏公路K3035里程段里程碑附近五道梁和沱沱河之間區(qū)域，整體坡度為7°左右，就發(fā)生了縱向長約95m、最寬約72m的典型熱融滑塌現(xiàn)象。因此，開展對(duì)低角度邊坡的熱融滑塌特性及機(jī)理研究顯得尤為重要。

專利號(hào)為201110074794.2，發(fā)明名稱為一種用于高含冰凍土試樣的制備方法的專利公開了一種利用常規(guī)設(shè)備制備高含冰凍土試樣的技術(shù)方法，該法可以根據(jù)實(shí)際需要的尺寸制作高含冰人工凍土試樣，基于制配完成的凍土試樣，利用土工測(cè)試儀器對(duì)凍土的工程特性進(jìn)行測(cè)試。

文獻(xiàn)《青藏高原多年凍土區(qū)熱融滑塌模型試驗(yàn)研究》（靳德武等.??工程勘察，2006，9：1-6.）設(shè)計(jì)了一套與青藏公路K3035里程段熱融滑塌體幾何、坡體結(jié)構(gòu)相似的物理模型（1：10比例尺縮小），試驗(yàn)過程分為冰盒加工及冰層制作、土樣碾壓及配置、監(jiān)測(cè)儀器的校正與標(biāo)定、模型箱內(nèi)斜坡比例模型的制作和儀器埋設(shè)幾個(gè)環(huán)節(jié)；試驗(yàn)過程中使用一臺(tái)專伺冰層控溫，溫度設(shè)定為-1^oC、另一臺(tái)控制土體溫度，共完成4個(gè)凍融周期循環(huán)，基于預(yù)埋的常規(guī)溫度探頭、位移傳感器和伸張儀可以測(cè)得邊坡的位移場(chǎng)和溫度場(chǎng)。但是，傳統(tǒng)的土體變形測(cè)量方法是在土體內(nèi)部埋設(shè)一系列傳感器，得到某些離散點(diǎn)的位移，其傳感器容易受外界環(huán)境擾動(dòng)的影響，測(cè)量結(jié)果往往不夠準(zhǔn)確，同時(shí)不能給出土體內(nèi)部連續(xù)變形的整個(gè)位移場(chǎng)。現(xiàn)代數(shù)字圖像技術(shù)也只局限于測(cè)量土體的宏觀或邊界變形，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)土體內(nèi)部變形的可視化；X-射線、γ-射線、計(jì)算機(jī)層析掃描（CAT掃描）及磁共振成像技術(shù)（MRI）雖然可以用來測(cè)量土體內(nèi)部的連續(xù)變形，但昂貴的費(fèi)用限制了這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

利用人工合成透明土結(jié)合光學(xué)觀測(cè)和圖像處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)土體內(nèi)部變形的可視化，其費(fèi)用低廉，操作簡(jiǎn)便，可以廣泛應(yīng)用在巖土工程方面的模型試驗(yàn)中，研究土體內(nèi)部規(guī)律和機(jī)理，對(duì)探索巖土工程問題本質(zhì)具有重要意義。其前提是獲得透明度較高，且性質(zhì)與天然土體相似的人工合成透明土。目前，已有采用不同材料來制配透明土，并得到了一些成果。但是，現(xiàn)有技術(shù)資料表明，配制透明土的固體顆粒主要選用石英類材料，其固體顆粒本身的折射率在1.44～1.46之間，選用硼硅玻璃材料，其固體顆粒本身的折射率在1.46～1.48之間，遠(yuǎn)大于水的1.33折射率和冰的1.31折射率。因此，利用現(xiàn)有的配制透明土的固體顆粒無法配制出飽和透明凍土試樣。

含氟聚合物為美國杜邦公司生產(chǎn)的Teflon?AF?1600，折射率1.31，密度2.1g/㎝³～2.3g/㎝³；具有耐高溫、耐低溫、耐化學(xué)腐蝕、無粘性、無毒、無污染、高透明度、低折射率的特性，還具有氣體滲透性結(jié)構(gòu)、疏水性、化學(xué)惰性等特性，與天然土體性質(zhì)的相似性好。Teflon?AF?1600可溶解于氟系溶劑中，可以形成薄膜或熔融壓縮成型；目前，其主要用在涂層、浸漬或制成纖維，制成的液芯波導(dǎo)在吸收、熒光、拉曼光譜分析、氣體傳感器等諸多領(lǐng)域也有運(yùn)用。由于含氟聚合物具有高透明度，折射率與冰相同，因此，可以在配制透明凍土中用作透明固體材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種凍土路堤模型制作及凍土路堤模型熱融滑坡試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法，特別是一種可視化凍土路堤模型制作及凍土路堤模型熱融滑坡試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的的，一種凍土路堤模型制作方法，它包括以下步驟：