[實(shí)用新型]一種可模擬動(dòng)水頭邊界作用土體的一維圓筒試驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201820168865.2
• 申請(qǐng)日: 2018-01-31
• 公開（公告）號(hào): CN207991967U
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 應(yīng)宏偉;許鼎業(yè);沈華偉;章麗莎;王迪;朱成偉;李哲偉;陳川;虞展望;張宇宣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/12
• 分類號(hào): G01N3/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本實(shí)用新型公開了一種可模擬動(dòng)水頭邊界作用土體的一維圓筒試驗(yàn)裝置，該裝置包括主體圓筒、GDS標(biāo)準(zhǔn)控制器、有機(jī)玻璃圓筒裝置和數(shù)據(jù)采集儀四個(gè)部分；主體圓筒包括從上至下依次連接的一節(jié)頂部圓筒、若干節(jié)中間圓筒、一節(jié)底部圓筒和小車；主體圓筒的不同高度上安裝孔隙水壓力計(jì)固定裝置；底部圓筒由有機(jī)玻璃圓筒單元、透水石、有機(jī)玻璃支柱、第一通水閥門、第二通水閥門構(gòu)成，有機(jī)玻璃圓筒單元底部一側(cè)安裝有第一通水閥門用于連通所述有機(jī)玻璃圓筒裝置，飽和主體圓筒內(nèi)的土體，另一側(cè)安裝有第二通水閥門用于連通GDS標(biāo)準(zhǔn)控制器；GDS標(biāo)準(zhǔn)控制器可以控制主體圓筒底部的承壓水頭。本實(shí)用新型可模擬地基中承壓水的動(dòng)態(tài)變化過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種地基模型試驗(yàn)裝置，尤其涉及一種可模擬動(dòng)水頭邊界作用土體的一維圓筒試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

我國(guó)幅員遼闊，水資源豐富，地下水分布廣泛，尤其是在沿海沿江區(qū)域，伴隨著土層的復(fù)雜分布，往往存在著弱透水層下方有承壓水的現(xiàn)象。洪峰過境、潮汐作用、大型降雨、工程中使用降壓井等將導(dǎo)致弱透水層底部的承壓水頭動(dòng)態(tài)變化，從而進(jìn)一步影響弱透水層中的水土壓力、變形和穩(wěn)定。在該類地區(qū)中的工程建設(shè)中，如弱透水層中的邊坡工程、基坑開挖、盾構(gòu)掘進(jìn)等，動(dòng)態(tài)承壓水的作用往往會(huì)影響工程區(qū)域內(nèi)水土壓力的分布，進(jìn)而給工程建設(shè)帶來風(fēng)險(xiǎn)。

實(shí)際工程包含眾多復(fù)雜因素，受動(dòng)態(tài)承壓水影響的弱透水層中的水土壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)往往難以進(jìn)行。此外，工程中水文條件千變?nèi)f化，想要通過大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而總結(jié)出受動(dòng)態(tài)承壓水影響的弱透水層中水土響應(yīng)及地基變形的一般規(guī)律，也是不現(xiàn)實(shí)的；在目前已有的研究手段中，數(shù)值軟件模擬和理論解析較為便捷，但這兩種方法在研究時(shí)一般需先為地基土假設(shè)一種本構(gòu)模型。因此，在計(jì)算承壓水動(dòng)態(tài)變化引起的土體內(nèi)水土壓力和變形時(shí)，結(jié)果是否可信很大程度取決于土體的本構(gòu)模型是否合理以及計(jì)算參數(shù)的具體取值。

與解析和數(shù)值方法相比，模型試驗(yàn)可以克服上述諸多缺點(diǎn)。1g條件下的土工模型試驗(yàn)可以方便地施加穩(wěn)定、規(guī)律的邊界條件，無需假設(shè)本構(gòu)關(guān)系，可直接觀測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并獲得數(shù)據(jù)。此外，1g模型實(shí)驗(yàn)下的常重力環(huán)境不會(huì)破壞土體結(jié)構(gòu)，土顆粒的大小及相互之間的作用關(guān)系與實(shí)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(shí)的模擬。因此，1g模型實(shí)驗(yàn)被廣泛應(yīng)用于土體的微觀研究之中。

目前，在已有的與動(dòng)態(tài)承壓水相關(guān)的1g試驗(yàn)研究中，大部分研究為縮小比尺的三維模型試驗(yàn)研究，土單元體的試驗(yàn)研究幾乎為空白。土工單體尺度下的縮尺模型試驗(yàn)往往對(duì)不同實(shí)際工程中的局部場(chǎng)地行為進(jìn)行模擬，如基坑開挖、隧道開挖等。這些縮尺模型試驗(yàn)往往關(guān)注整個(gè)試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的孔壓分布、變形規(guī)律、土壓力分布以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力等等，從而對(duì)實(shí)際工程中的某些關(guān)鍵數(shù)值進(jìn)行預(yù)測(cè)、模擬，但無法揭示這些表觀現(xiàn)象之下的內(nèi)在規(guī)律，對(duì)新的本構(gòu)、計(jì)算理論的建立沒有太大的用處。與之相對(duì)應(yīng)的是，以三軸試驗(yàn)為代表的土單元體試驗(yàn)則旨在于解決上述的問題，更多關(guān)注土體本身的各種本構(gòu)關(guān)系，在與承壓水相關(guān)的科學(xué)研究中，承壓水壓力在土體中如何進(jìn)行傳播則為土單元體研究中的關(guān)鍵問題。

另一方面，目前大量土工試驗(yàn)在模擬承壓水變化時(shí)，一般使承壓水壓力分級(jí)增加或減小，各級(jí)壓力值是離散的，因此不能實(shí)現(xiàn)承壓水連續(xù)動(dòng)態(tài)地變化，與工程中真實(shí)的承壓水變化方式有明顯差異，承壓水變化速率對(duì)土體中水土壓力等各項(xiàng)參數(shù)的影響也無法得到研究；此外，該領(lǐng)域的大多數(shù)模型試驗(yàn)均采用矩形斷面的模型箱進(jìn)行研究，矩形斷面模型箱四個(gè)角可能引起該處土體受力、變形的突變，從而對(duì)試驗(yàn)造成干擾；另外，含氣水通入土體后使土體成為非飽和土，已有的與承壓水相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究往往未考慮這一問題，將土體由固、液、氣組成三相物質(zhì)簡(jiǎn)化為只有固體與液體的兩相物質(zhì)，土中氣體對(duì)土體性狀的影響被忽略。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種可模擬動(dòng)水頭邊界作用土體的一維圓筒試驗(yàn)裝置，可于模擬承壓水動(dòng)態(tài)變化時(shí)上覆弱透水性地基土體的響應(yīng)情況，研究動(dòng)態(tài)承壓水作用下地基的破壞條件和破壞模式。