[發明專利]一種地震管涌破壞時土體位移精確可視化試驗裝置和試驗方法

有效

• 申請號: 201711324489.8
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108169453B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 倪小東;徐碩;王媛;左翔宇;曾乾坤
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王美章

一種地震管涌破壞時土體位移精確可視化的試驗裝置和試驗方法，裝置包括：一供水裝置，一透明模型箱，所述透明模型箱的高度低于所述供水裝置的高度，透明模型箱的底部設有與供水裝置相連通的接口；透明模型箱內等距布設有多個孔隙壓力測量裝置；一振動平臺，用于安放所述透明模型箱；水頭調節機構，用于調節所述供水裝置的水頭高度；數字觀測系統。本發明將飽和透明土樣和粒子圖像處理技術相結合，解決了地震作用下土體管涌破壞時土體內部變形和位移場測量不連續和不可見的難題，從而實現了地震作用下管涌破壞過程可視化的目的。

技術領域

本發明涉及巖土工程可視化試驗技術領域，特別涉及一種地震管涌破壞時土體位移精確可視化試驗裝置和試驗方法。

背景技術

巖土工程是土木工程學科的分支，是一門涉及土力學、巖石力學、工程地質學等以解決各類實際工程中關于巖石、土等工程技術問題的學科，與人們的生活緊密相連。地震是指地殼快速釋放能量過程中造成的振動，并且振動過程中會產生地震波的一種自然現象，地震既會引起各類建筑物、構筑物的倒塌，設備和設施的損壞，交通、通訊的中斷等直接災害，也會引起滑坡、泥石流、管涌等次生災害，對經濟社會發展帶來了巨大的威脅。相關研究表明，對比于原狀土，受到擾動的土體會在相對較小的滲透坡降下發生破壞，而地震管涌就是土體在地震擾動作用下最常見的一種破壞形式。地震管涌是指地震產生的地震波引起土體中應力的變化，使得在滲流作用下土體中的細土顆粒在粗土粒形成的孔隙通道中發生移動并被帶出的現象。強烈地震作用下時，地震誘發的管涌地質災害，特別是在西南地區結構松散、巖性不連續、物理力學性質不均勻的深層覆蓋層，其造成的經濟損失和人員傷亡甚至比地震直接造成的還要大，因此地震所造成的管涌破壞是最為常見的、破壞力最大的次生災害之一。

地震管涌因為其發生具有突然性和破壞性大等特點，所以對其進行研究比較困難。測量土體在各種應力狀態下的變形，尤其是在地震作用下土體管涌破壞時土體內部的連續變形和位移場，一直是巖土工作者長期面臨的問題。傳統的方法是在原狀土中預埋一些離散的傳感器，但土體中的傳感器不能提供土體內部的連續變形特征，而且易受到周圍環境的影響，因此其結果往往是不準確的，并且由于土體的不透明性，限制了對其應力、應變的深入研究。研究人員曾經采用CT、X射線成像技術、核磁共振等方法來研究土體的連續變形和流動，但高昂的設備費和技術上的難點在很大程度上限制了這些技術的廣泛應用。

目前已有學者提出將透明土技術應用到管涌試驗中，但傳統有關透明土的試驗中，一般直接對所獲得的散斑場照片進行分析，忽略了由于光線入射材料折射率的不同所導致的誤差，由于管涌發生發展初期所涉及的局部顆粒運移是小變形，這種人為觀測引起的誤差會使得實際的土體位移與所觀測到的位移相差甚遠，對深入開展管涌發生發展機理的研究產生不利影響。因此基于透明土材料和數字圖像處理技術，利用與透明土相同材料制成的參照格柵，提出一種既經濟又切實可行的地震管涌破壞時土體位移精確可視化的試驗裝置和試驗方法就顯得尤為必要了。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足和缺陷，提出了一種地震管涌破壞時土體位移精確可視化的試驗裝置和試驗方法，解決了地震作用下土體管涌破壞時土體內部變形、位移場測量的不連續和不可見難題，從而實現了地震作用下管涌破壞過程精確可視化模型試驗的目的。

為了實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種地震管涌破壞時土體位移精確可視化的試驗裝置，包括：

一供水裝置，供水裝置的頂部設有進水口，供水裝置的底部設有進水管，進水管上設有進水管水閥和流量計；

一透明模型箱，所述透明模型箱的高度低于所述供水裝置的高度，透明模型箱的底部設有與供水裝置上的進水管相連通的接口；透明模型箱內等距布設有多個孔隙壓力測量裝置；透明模型箱的底部設有預留空間，預留空間內設置多層卵石，多層卵石的上方設置有飽和透明土樣；透明模型箱的頂部設有出水管，出水管上設有出水管水閥；

一振動平臺，用于安放所述透明模型箱；