[發明專利]一種滲流應力降雨耦合邊坡失穩土體位移可視化的試驗裝置和試驗方法

在審

• 申請號: 201711128190.5
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107907656A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 南京科興新材料科技有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N21/84
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于工程試驗技術領域，尤其涉及一種滲流應力降雨耦合邊坡失穩土體位移可視化的試驗裝置和試驗方法。

背景技術

隨著全球進入極端自然災害的高頻發時期，人們對于自然災害的關注也愈來愈高。據統計，邊坡失穩及其所引發的自然災害已成為僅次于地震的地質災害。相關研究表明，強降雨、邊坡上下滲透水頭以及邊坡旁的堆載是影響邊坡穩定的三大重要因素。隨著雨水滲入邊坡土中、邊坡上下游滲透水頭抬升，根據土的有效應力原理知，此時土體的抗剪強度下降，當坡外堆載使得土中的應力超過其抗剪強度時，邊坡即發生失穩。

包括邊坡工程在內的土木工程由于其自身的特殊性，不可能通過等比例模型來模擬其在真實條件下的受力機理，因此，采用模型試驗進行研究是常采用的一種方法。傳統的研究邊坡的穩定的模型試驗中，只考慮降雨、滲透水頭以及堆載中的一種因素的影響，而實際工程邊坡穩定是一個非常復雜的問題，往往是這三種主要影響因素耦合作用下的結果；此外，由于土體的不透明性，傳統的模型試驗很難對其在試驗過程中的應力、應變、位移場等進行測量，盡管當前包括CT、核磁共振等技術手段已應用到邊坡工程試驗領域，但高昂的設備費以及觀測效果的不精確性大大限制這些技術的廣泛的應用。

透明土材料是由物理力學性質與天然土顆粒相似的透明顆粒材料混合具有相同折射率的液體制備而成，因固、液兩相折射率相同而呈現透明狀，并且其物理力學性質與天然土相似；透明土材料因其具備透明可視性好、制備容易、與土的性質相似等優點在巖土工程試驗領域得到了廣泛的應用。因此，利用透明土材料，提出一種能夠考慮滲流應力降雨耦合并可精確測量土體位移的試驗裝置和試驗方法就顯得尤為必要了。

發明內容

本發明技術在于克服已有技術存在的不足，利用透明土技術和計算機圖像軟件，提出了一種能夠考慮滲流應力降雨耦合作用下邊坡土體位移可視化的試驗裝置和試驗方法，解決了傳統試驗中很難觀測到土體內部位移變化的難題，試驗裝置簡單易懂、可重復使用，試驗方法可行性高。

一種滲流應力降雨耦合邊坡失穩土體位移可視化的試驗裝置，其特征在于：該試驗裝置包括人工降雨系統、滲流系統以及模擬邊坡；所述人工降雨系統由供水箱1、智能升降裝置3和降雨板7組成；所述的滲流系統與透明模型箱16緊密相連，底部通過止水夾13與透明模型箱16相通；所述透明模型箱16底部預留一定空間，預留空間上方鋪設礫石層14，礫石層14上方放置具有一定傾斜面的飽和透明土體17模擬邊坡，透明土17邊坡的破面上插入抗滑樁8；透明模型箱的正前方安放高速工業相機12，透明模型箱的左側或者右側安放激光器15；利用激光器15打入透明土17邊坡中形成散斑，通過高速工業相機12對散斑場進行連續拍攝，后借助計算機圖像處理軟件對所得的散斑場進行分析，從而實現對邊坡滲流應力降雨耦合作用下土體內部連續變形的非嵌入式可視化測量；

進一步地，所述的降雨板7可通過智能升降裝置3調節與透明模型箱16的垂直高度差；

進一步地，所述的水位調節閥5可以調節降雨板7施加的降雨量；

進一步地，所述的抗滑樁8采用直徑5mm-10mm的鋼棒；

進一步地，所述透明土17邊坡的坡頂放置加載板9；

進一步地，所述的流量計6可以實時監測降雨板7所施加的降雨量；

進一步地，所述的礫石層14鋪設在透明模型箱16內部的下層，并且在礫石層14與透明模型箱四周接觸處涂有用于減少接觸面滲透的防水硅膠，從而防止滲透水流從側邊滲漏影響試驗效果；

進一步地，所述的透明模型箱16由有機透明玻璃制成，其尺寸為500mm(長)*500mm(寬)*400mm(高)；

進一步地，所述的滲流系統中包括滲流管11，滲流管11的側面設由刻度表，可模擬滲透流體在不同滲透水頭下對透明土17邊坡的沖擊；

進一步地，所述的透明土17由熔融石英砂顆粒與正十二烷和十五號白油的混合溶液制備而成；

進一步地，一種滲流應力降雨耦合邊坡失穩土體位移可視化的試驗方法，其特征在于：具體包括如下技術步驟：

①按試驗的參數要求配置好相應的透明土17，并以一定的傾斜坡角放置于透明模型箱16中，將抗滑樁8依次緩慢打入坡面中；

②在供水箱1中注入與透明土17具有相同折射率的孔隙流體，通過智能升降裝置3調整降雨板7至一定高度，打開水泵4和某一水位調節閥5，使供水箱1中的孔隙流體通過降雨板7散落到透明模型箱16中；