[發明專利]一種模擬水位周期升降作用下土體開裂崩塌進程的實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202210018791.5
• 申請日: 2022-01-09
• 公開（公告）號: CN114460268A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 陳勇;閔澤鑫;王世梅;張書石;王力
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N5/02;G01N5/04
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 李登橋

本發明提供了一種模擬水位周期升降作用下土體開裂崩塌進程的實驗裝置它包括用于模擬實驗過程中水位升降變化的水位升降模擬系統；所述水位升降模擬系統的內部支撐安裝有用于對實驗裝置進行安裝的支撐系統；所述支撐系統上配合安裝有用于對實驗過程進行測量和記錄的測量系統。可以彌補當前測算水位周期升降造成土體漸進崩塌過程模擬設備缺失的問題，可以精確掌握土體開裂和崩塌進程中土顆粒及土中水質量變化的實時數據，該裝置結構簡單，使用方法方便快捷。

技術領域

本發明涉及水利和巖土實驗領域，尤其是模擬水位周期升降作用下土體開裂崩塌進程的實驗裝置及方法。

背景技術

我國有各類水庫和湖泊近十萬個、河流近五萬條，湖庫水位的變動已造成的地質災害不計其數。水庫或河流水位周期升降造成岸坡土體經歷反復干濕循環作用，造成土體開裂崩解直至坍塌破壞，是各類地質災害的主要誘發因素，探索岸坡土體的開裂崩塌進程是土木工程、水利工程、交通工程等學科的重要研究課題。目前的模擬實驗裝置和方法主要有三個方面不足：

(一)多采用土樣在溫度作用下水分蒸發與裂縫發展來模擬土樣經歷的干濕循環過程，實驗設備過于簡化，沒有分析土樣開裂后的崩解和坍塌過程；

(二)土樣水分蒸發過程的含水率變化數據不能連續測量，土樣濕化時的水分增加靠人工灑水施加造成控制精度不高；

(三)對反復干濕循環作用下土樣因崩解坍塌造成質量變化的連續測量相對缺失。

發明內容

為解決以上技術問題，本發明提供一種模擬水位周期升降作用下土體開裂崩塌進程的實驗裝置及方法，可以彌補當前測算水位周期升降造成土體漸進崩塌過程模擬設備缺失的問題，可以精確掌握土體開裂和崩塌進程中土顆粒及土中水質量變化的實時數據，該裝置結構簡單，使用方法方便快捷。

為了實現上述的技術特征，本發明的目的是這樣實現的：一種模擬水位周期升降作用下土體開裂崩塌進程的實驗裝置它包括用于模擬實驗過程中水位升降變化的水位升降模擬系統；

所述水位升降模擬系統的內部支撐安裝有用于對實驗裝置進行安裝的支撐系統；

所述支撐系統上配合安裝有用于對實驗過程進行測量和記錄的測量系統。

所述水位升降模擬系統包括底板支座，所述底板支座的頂部四個側面固定安裝有透明擋板并圍成整個水箱結構；在其中一側的透明擋板上部安裝有多個并排布置的進水閥，進水閥相對側的透明擋板下部安裝有多個出水閥。

所述支撐系統包括對稱布置的水位升降模擬系統的水箱結構兩側的升降桿，升降桿的頂部支撐安裝有承重板；在水箱結構的頂部設置有和承重板平行布置的支撐桿，所述支撐桿能夠在水箱結構頂部前后移動。

所述測量系統包括電子天平，電子天平設置在支撐系統的承重板的頂部中間部位，并用于稱量試驗土樣在水上和水下的質量、用于確定土樣的含水率變化和崩塌量；電子平臺的頂部支撐有銜接板，銜接板的底端通過多根輕質連桿吊裝有試樣盒。

所述測量系統還包括攝像頭，攝像頭固定安裝在支撐系統的支撐桿頂部中間部位，并使其對準試樣盒用于拍攝土體表面裂縫的發展過程、用于確定裂縫數量及各裂縫寬度和長度的變化規律。

所述支撐桿的底端中間部位固定有暖風扇。

采用所述實驗裝置模擬水位周期升降作用下土體開裂崩塌進程的實驗方法，包括以下步驟：

步驟一，將水位升降模擬系統整體組裝完畢后，檢查升降桿是否正常使用并固定其位置，將暖風扇和攝像頭與支撐桿組裝完成后置于透明擋板上；

步驟二，將試樣盒、連接桿、電子天平、銜接板與承重板組裝完成后，懸空置于升降桿之上，此時升降桿高度為最低，且試樣盒不與底板支座的底板接觸；