[發明專利]一種“鍋蓋效應”現場模型試驗的方法及裝置

在審

• 申請號: 201710271386.3
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107102115A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 羅汀;曲嘯;王乃東;陳含;姚仰平
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明提供一種“鍋蓋效應”現象的現場模型試驗方法及裝置，屬于非飽和土體水分遷移現場試驗方法及裝置領域。

背景技術

作為干旱半干旱寒冷地區機場跑道易發的工程災害之一，“鍋蓋效應”引起了工程領域的廣泛關注。“鍋蓋效應”是指由于道面密閉導致道基上部水分不能排出而引起的道基淺層土體含水量增加強度降低的現象。干旱地區地下水位低，地下水毛細作用向上輸水范圍有限，幾乎不能直接補充道基上部土體水分，淺層土體中水分一般來源于溫差效應引起的水分遷移在上部形成的冷凝水。道面溫度降低使淺層土體溫度隨之降低，近道面土中水蒸氣在道基底部附近區域凝結，同時淺層道基土與溫度較為恒定的深層道基土之間也有溫差，導致深層土孔隙氣中的水蒸氣隨空氣流動向上遷移，深層土體中的水氣平衡維持孔隙氣體濕度恒定，故深層土體中的液態水會變成水蒸氣被空氣流動運送到淺層，淺層土中水蒸氣繼續在道面處凝結而導致上層土含水量持續增加。嚴重地可引發道基土強度降低、道基翻漿等嚴重工程災害。

目前國內還沒有專門針對“鍋蓋效應”這一工程災害現象有效的現場模型試驗方法，這對分析不同地區的“鍋蓋效應”災害的成因及防治十分不利。因此，針對“鍋蓋效應”災害，提出一種邊界條件明確，試驗方法簡單并能夠真實反映土體中“鍋蓋效應”現象的現場模型試驗方法成為亟須解決的問題。

發明內容

本發明旨在提供一種大尺寸、邊界條件明確、試驗方法簡單的“鍋蓋效應”現場模型試驗方法及裝置，該模型試驗方法及裝置通過設置大尺寸隔水隔氣試驗試筒、設置碎石層能夠保證試驗土體中測得的數據真實反映“鍋蓋效應”現象，為研究“鍋蓋效應”這一工程災害現象提供了一種有力的手段。

本發明所采用的技術方案是：

本發明為解決其技術問題所采用的一種“鍋蓋效應”現場模型試驗裝置，試驗試筒放置在試驗坑底部，在試驗試筒的側壁設置傳感器引線管，傳感器引線管一側外壁緊貼試驗試筒的內壁，另一側外壁根據需要開設若干個傳感器引線孔，在試驗試筒頂部設置混凝土蓋板，用來模擬混凝土道面，在試驗試筒中回填試驗土體，試驗試筒底部設置碎石層。

所述試驗試筒的材料為隔水隔氣的水泥管，內徑為1.5米，高度為2.5米，試驗土體的土質與試驗坑底部土體的土質一致，依據試驗的需要設定試驗土體的含水率和干密度。

所述傳感器引線管分為水平段和垂直段，兩段緊密連接為一個整體，傳感器引線管的材料為PVC材料，傳感器引線管垂直段緊貼試驗試筒內壁，傳感器引線管水平段緊貼試驗試筒頂部邊緣。

所述傳感器引線孔開設在傳感器引線管垂直段遠離試驗試筒一側的管壁上，傳感器引線孔開設位置與溫濕度集成傳感器探頭在試驗土體中的埋深位置一致，傳感器引線孔為圓形孔。

所述傳感器引線管一部分水平段設置在混凝土蓋板底部，混凝土蓋板底面與試驗試筒頂面、試驗土體頂面緊密接觸。

所述碎石層的材料為粗粒碎石，厚度為0.3米。

本發明解決其技術問題所采用的一種“鍋蓋效應”現場模型試驗方法，包括如下步驟：

a.試驗坑土方開挖并鑒別試驗坑底部土體的土質，測定試驗坑底部土體的含水率及干密度；

b.將試驗試筒固定在試驗坑底部，試驗坑與試驗試筒的空隙用回填土填充并夯實；

c.在固定好的試驗試筒內底部填充0.3米厚的碎石層，保證碎石層平整；

d.將傳感器引線管垂直段緊貼試驗試筒內壁，傳感器引線管水平段緊貼試驗試筒頂部邊緣安裝，將連接不同深度位置溫濕度集成傳感器探頭的傳感器數據線由傳感器引線孔穿入傳感器引線管內，再由傳感器引線管出口穿出，最終與數據采集儀相連接；

e.根據試驗土體的含水率和干密度以及試驗試筒除去碎石層所占體積后的容積，計算出制備試驗土體所需土的質量和需加入水的質量，然后將試驗土體制出；

f.將制備好的試驗土體分層回填至試驗試筒內部的碎石層上方，每0.05米厚度作為一個分層，分層回填過程中，當回填至溫濕度集成傳感器探頭設計埋深位置時，埋設溫濕度集成傳感器探頭，試驗土體全部回填完成后，將埋設的所有傳感器數據線與數據采集儀連接，進行讀數確保每個位置的溫濕度集成傳感器探頭工作正常；

g.在試驗試筒頂部設置混凝土蓋板，確保混凝土蓋板底面與試驗試筒頂面、試驗土體頂面及傳感器引線管水平段外壁緊密接觸；

h.引線管出口附近安裝數據采集儀；

i.完成a至h操作后，開始進行試驗數據的采集、記錄，資料整理及計算。

本發明的優點和產生的有益效果是：