[發明專利]一種可模擬矩形水頭邊界作用土體的試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201810097696.2
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108387710A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 應宏偉;沈華偉;章麗莎;王迪;許鼎業;朱成偉;李哲偉;虞展望;張宇宣;陳川
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發明公開了一種可模擬矩形水頭邊界作用土體的試驗裝置及方法，包括主體圓筒、數據采集儀、真空泵和矩形水頭邊界控制系統；主體圓筒包括從上至下依次連接的蓋板、一節頂部圓筒、若干節中間圓筒、一節底部圓筒和小車；主體圓筒不同高度上安裝孔隙水壓力計固定裝置。本發明可模擬地基中承壓水的矩形動態連續變化過程；量測計算矩形動態承壓水作用下地基的水土壓力和變形，整理相關試驗數據并確定地基受力和變形發展規律等問題；探求矩形動態承壓水變化的均值、幅值對地基穩定性的影響，為矩形動態承壓水作用引起的地基問題研究提供有效的試驗數據支持，并對于之后理論分析模型提供依據。

技術領域

本發明涉及一種地基模型試驗裝置，尤其涉及一種承壓水呈矩形波動態變化條件下的地基一維模型試驗裝置，可用于模擬可簡化為一維的弱透水性地基土體，當承壓水位呈矩形動態變化時的水土壓力響應情況，地基的沉降等隨承壓水頭變化的規律，研究動態承壓水作用下地基的破壞條件和破壞模式。

背景技術

在沿江、濱海等地區，弱透水層底部承壓水位受潮汐等因素影響多具有動態變化的特點。特別的，在遇到暴雨、大壩泄洪、上游潰壩等特殊情況時，底部承壓水的大小會在極短時間內升降。這種承壓水壓的突變會引起弱透水層土體的水土壓力分布變化，進而影響土體的變形和穩定。

實際工程包含眾多復雜因素，受動態承壓水影響的弱透水層中的水土壓力實時監測往往難以進行。此外，工程中水文條件千變萬化，想要通過大量實測數據來進行統計分析，進而總結出受動態承壓水影響的弱透水層中水土響應及地基變形的一般規律，也是不現實的；在目前已有的研究手段中，數值軟件模擬和理論解析較為便捷，但這兩種方法在研究時一般需先為地基土假設一種本構模型。因此，在計算承壓水動態變化引起的土體內水土壓力和變形時，結果是否可信很大程度取決于土體的本構模型是否合理以及計算參數的具體取值。

與解析和數值方法相比，模型試驗可以克服上述諸多缺點。1g條件下的土工模型試驗可以方便地施加穩定、規律的邊界條件，無需假設本構關系，可直接觀測試驗現象并獲得數據。此外，1g模型試驗下的常重力環境不會破壞土體結構，土顆粒的大小及相互之間的作用關系與實際地層中相同，弱透水層底部土顆粒與其下部承壓水之間的相互作用也可以得到真實的模擬。因此，1g模型試驗被廣泛應用于土體的微觀研究之中。

目前，在已有的與動態承壓水相關的1g試驗研究中，大部分研究為縮小比尺的三維模型試驗研究，土單元體的試驗研究幾乎為空白。土工單體尺度下的縮尺模型試驗往往對不同實際工程中的局部場地行為進行模擬，如基坑開挖、隧道開挖等。這些縮尺模型試驗往往關注整個試驗區域內的孔壓分布、變形規律、土壓力分布以及結構內力等等，從而對實際工程中的某些關鍵數值進行預測、模擬，但無法揭示這些表觀現象之下的內在規律，對新的本構、計算理論的建立沒有太大的用處。與之相對應的是，以三軸試驗為代表的土單元體試驗則旨在于解決上述的問題，更多關注土體本身的各種本構關系，在與承壓水相關的科學研究中，承壓水壓力在土體中如何進行傳播則為土單元體研究中的關鍵問題。

另一方面，從現有的試驗看來，大量的土工試驗在模擬承壓水的動態變化時，一般使水壓力逐級增加或下降，壓力值變化緩慢且離散，這與之前提及的某些特殊情況下實際工程中的水壓力連續突變不相一致，得出的結論難以應用到實際工程。

發明內容