CN103575198B - 一种地面变形气囊模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地面变形气囊模拟方法，通过人工开槽或者建立室内模型槽，根据设计要求分层回填土样，并将一个或几个饱和气囊埋置于槽内设定的位置，在回填的过程同时埋设相关的地面变形监测仪器；回填后，通过控制开关按一定的速度减少气囊内气压，使气囊所在位置周围土体失压下沉，形成不均匀沉降，产生地面沉降、地裂缝和地面塌陷等地面变形，从而模拟整个地面变形的发生和发展过程，并验证在地面变形过程中，所采用的监测方法对地面变形发生和发展监测的定位精度和长度。为地面沉降、地裂缝、地面塌陷等地面变形的模拟提供一种简单可行的方法。

Description

一种地面变形气囊模拟方法

技术领域

本发明涉及一种地面变形模拟的方法，具体是一种地面变形气囊模拟方法。

背景技术

近年来由地面变形引起的地质灾害如地面沉降、地裂缝、地面塌陷等日益严重。据不完全统计，20世纪90年代初，天津、上海、江苏、北京、浙江、河北等16省(区、市)地面沉降面积约为4.87万Km2，到2003年约为9.4万Km2，截至2011年12月，中国已有50余个城市出现地面沉降。地面沉降区往往伴生地裂缝，所以在地面沉降严重的地区其地裂缝也会相对比较严重。全国有12个省、市、区的200多个县市存在较大的地裂缝。据统计，全国岩溶塌陷总数达2841处，塌陷坑33192个，塌陷面积约332平方公里，造成年经济损失达1.2亿元以上；采空塌陷182处以上，塌坑超过1592个，塌陷面积大于1150平方公里，年经济损失达3．17亿元。地面变形灾害已严重影响人们的生产和生活，威胁了当地人民生命财产安全，制约城市的可持续发展。对地面变形的发生和发展过程进行有效监测是防治地面变形危害必不可少的工作之一，在整个防治工作中有着极其重要的地位。

在选择有效的地面变形监测方法时，模拟验证各方法的可行性是其真正推广应用的必经阶段。针对地面变形的模拟试验目前存在的可控性和可重复性差等问题，提出一种有效的模拟方式，成为解决现今技术问题的当务之急。

发明内容

发明目的：为了克服现有地面变形的模拟试验目前存在的可控性和可重复性差等问题中存在的不足，本发明提供一种地面变形模拟的方法，

技术方案：为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种地面变形气囊模拟方法：步骤1）铺设垫层：在人工开挖槽底部，铺设回填土料垫层，并整平垫层表面；所述回填土料的成分为砂、高岭土和水；

步骤2）安置气囊：在铺设好的垫层上放置若干饱和气囊，在气囊周围填铺沙土料，直到气囊仅露出顶部；每个气囊分别安装气压控制装置；其中气囊为可人工充放气的橡胶气囊；气压控制装置为充气导管和空气开关。

步骤3）安装变形观测装置：分别在每个气囊顶端放置沉降标，并用环氧树脂将沉降标底部与气囊表面黏贴；其中沉降标底部为有机玻璃，底部中央有一空心铝管，管中嵌套一根钢条。

步骤4）土层填埋与监测装置铺设：在气囊的周围空隙与上部采用土料进行分层回填；填埋过程中在各土层铺设土体变形监测装置；土体变形监测装置为感测光缆和沉降标；铺设所述感测光缆过程中，先施预应力，并将两端固定保持预应力。

步骤5）土体变形测试：分层回填结固后，进行土体变形测试。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1）采用气囊法进行地面变形模拟，可以有效控制地面变形特点，充分验证地面变形监测技术的可行性；

2）人工控制气囊的内部气压，为地面变形的模拟提供一种简单可行的方法；

3）气囊模拟方法重复操作性强，可通过多次测量验证得到更为精确、有效的监测数据。

附图说明

附图1为地面变形气囊模拟试验剖面示意图；

附图2为地面变形气囊模拟试验俯视图；

附图3为沉降标示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1所示，该方法包括如下步骤：

1）铺设垫层：在人工开挖槽1底部，铺设回填土料垫层，并整平垫层表面；其中，回填土料的成分为砂、高岭土和水；

2）安置气囊：在铺设好的垫层上放置若干饱和气囊，在气囊周围填铺沙土料，直到气囊仅露出顶部；每个气囊分别安装气压控制装置并对气囊进行编录，方便测试中的数据分析；气囊3为可人工充放气的橡胶气囊；所述气压控制装置为充气导管和空气开关；如附图2所示，气囊数量应以填满人工槽为标准；

3）安装变形观测装置：分别在每个气囊顶端放置沉降标4，并用环氧树脂将沉降标4底部与气囊3表面黏贴；如附图3所示，沉降标底部为有机玻璃，底部中央有一空心铝管，管中嵌套一根钢条；

4）土层填埋与监测装置铺设：在气囊的周围空隙与上部（土料在气囊的上部一般不超过气囊的半径）采用土料进行分层回填；填埋过程中在各土层铺设土体变形监测装置；土体变形监测装置为感测光缆2和沉降标4；铺设所述感测光缆2过程中，先施预应力，并将两端固定保持预应力；所述监测装置除上诉沉降标、感测光缆外，还可使用基岩标、水准仪等常用监测仪器，也可以多种检测仪器结合使用；铺设中，如附图2所示，所述感测光缆2为聚氨酯硬变感测光缆和温度自补偿光缆，温度自补偿光缆埋设在在西侧的温度补偿盒里；感测光缆2的输出端使用BOTDA（布里渊时域分析技术）进行采样分析；

5）土体变形测试：分层回填结固后，进行土体变形测试；测试开始时，采集初始数据，作为初始基准值。采用游标卡尺量取沉降标的读数，之后控制气囊3分别放气，自然排气至常压，一定时间后分别对每个气囊连接的沉降标4进行数据采集，同时监测感测光缆2的应变曲线分布。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种地面变形气囊模拟方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)铺设垫层：在人工开挖槽(1)底部，铺设回填土料垫层10-15cm，并整平垫层表面；

2)安置气囊：在铺设好的垫层上放置若干饱和气囊，气囊间隔0-30cm，在气囊周围填铺砂土料，直到气囊仅露出顶部；每个气囊分别安装气压控制装置；

3)安装变形观测装置：分别在每个气囊顶端放置沉降标(4)，并用环氧树脂将沉降标(4)底部与气囊(3)表面黏贴；

4)土层填埋与监测装置铺设：在气囊的周围空隙与上部采用拌入高岭土的砂土料进行分层回填；填埋过程中在各土层铺设土体变形监测装置；

5)土体变形测试：分层回填结固后，进行土体变形测试；

所述步骤4)中土体变形监测装置为感测光缆(2)和沉降标(4)；铺设所述感测光缆(2)过程中，先施预应力，并将两端固定保持预应力；

在气囊的周围空隙与上部采用土料进行分层回填；土料在气囊的上部不超过气囊的半径，填埋过程中在各土层铺设土体变形监测装置；所述感测光缆(2)为聚氨酯硬变感测光缆和温度自补偿光缆，温度自补偿光缆埋设在在西侧的温度补偿盒里；感测光缆(2)的输出端使用BOTDA(布里渊时域分析技术)进行采样分析；土体变形测试：分层回填结固后，进行土体变形测试；测试开始时，采集初始数据，作为初始基准值；采用游标卡尺量取沉降标的读数，之后控制气囊分别放气，自然排气至常压，一定时间后分别对每个气囊连接的沉降标进行数据采集，同时监测感测光缆的应变曲线分布。

2.如权利要求1所述一种地面变形气囊模拟方法，其特征在于：所述步骤1)中回填土料的成分为砂、高岭土和水。

3.如权利要求1所述一种地面变形气囊模拟方法，其特征在于：所述步骤2)中气囊(3)为可人工充放气的橡胶气囊；所述气压控制装置为充气导管和空气开关。

4.如权利要求1所述一种地面变形气囊模拟方法，其特征在于：所述步骤3)中沉降标底部为有机玻璃，底部中央有一空心铝管，管中嵌套一根钢条，直径为2-5mm。

5.如权利要求1所述一种地面变形气囊模拟方法，其特征在于：所述监测装置除上诉沉降标、感测光缆外，还包括基岩标、水准仪。