CN109765107A - 一种土体沉降变形的模型试验装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种土体沉降变形的模型试验装置及测量方法，所述模型试验装置包括：加载箱体；加载装置；以及沉降分区装置，包括沉降调整装置和沉降测量装置；所述测量方法包括利用本发明所述的一种土体沉降变形的模型试验装置的测量方法，包括以下步骤：调整沉降调整装置位置，并向加载箱体内铺装配置好的土样试件，并保持沉降调整装置的顶部支撑面支撑在土样试件的测试部底部；调整加载装置，为下部土层施加均布荷载；调整沉降调整装置顶部支撑面的纵向高度，使得土样试件发生沉降，沉降过程中记录沉降参数。本发明的有益效果是：可以测量土体试样的沉降参数，模拟研究防渗层的开裂情况及裂缝的发展情况与沉降变形之间的规律，结构简单，操作方便，结果准确。

Description

一种土体沉降变形的模型试验装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种土体沉降变形的模型试验装置及测量方法。

背景技术

随着城市化的发展，城市生活垃圾产生量逐年增加城市生活垃圾的处理，大多数在垃圾填埋场直接填埋。城市生活垃圾的成分十分复杂，且非常不均匀，都为大孔结构、孔隙比较大的高压缩性废弃固体物，垃圾被填埋过程中，由于垃圾的高压缩性导致很大的沉降。另外，由于生活垃圾的极度不均匀性，以及降解时间的不一致，各点的压缩变形量不一致，造成生活垃圾沉降过程中填埋场顶部防渗层发生弯曲，使防渗材料产生裂隙。保证最终覆盖系统中防渗层的完整性，不产生较大的变形，对填埋场的安全使用具有重要意义。此外，为了避免渗滤液污染土地和地下水，在填埋场设计中需要设置衬垫系统，但是，如果基础没有处理好，或地下水收集管道处填压不密实，在垃圾重量和压实机械碾压作用下，极有可能使衬垫系统下卧土体产生局部沉降。

因此，设计一种模拟垃圾填埋场防渗层由于不均匀沉降而开裂，研究防渗层的开裂情况及裂缝的发展情况与沉降变形之间的规律，具有重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种便于观测防渗层土样产生裂缝情况的土体沉降变形的模型试验装置及测量方法。

本发明所述的一种土体沉降变形的模型试验装置，其特征在于，包括：

加载箱体，具有一加载腔；加载箱体上部设有可与加载腔连通的输气通道；加载箱体的上端拆卸式安装一用于封在加载腔上端敞口处的封口板，加载腔的底部敞口；

加载装置，设置在加载腔的上部，并且加载装置的充气口与输气通道管路连通，用于向加载装置内充放气体以调整加载腔空间的大小；

以及沉降分区装置，包括沉降调整装置和沉降测量装置，所述沉降调整装置置于固定框架底部，并封堵在加载箱体下端敞口处，并且沉降调整装置与加载装置之间留有用于容纳土样试件的间隙；所述沉降调整装置顶部支撑面支撑在土样试件的测试部，用于调整沉降调整装置的顶部支撑面高度以测量土样试件测试部的沉降量。

所述加载箱体包括固定框架、侧挡板以及封口板，所述固定框架的侧面固装侧挡板，而固定框架的顶部拆卸式安装封口板，所述侧挡板围挡在固定框架的侧面，其中侧挡板、封口板围成一底部开放的加载腔；其中一侧挡板的上部设有输气通道。

所述加载装置为一带有充气口的橡胶袋，其中加载装置的充气口与输气通道管路连通，用于向加载装置内注入空气以对土体试件表面加压。

所述的沉降调整装置包括底部支撑板、钢筋混凝土试块、水平支撑板、水平调节钢管和竖直支撑钢管，两块所述钢筋混凝土试块对称放置在底部支撑板上，且两块钢筋混凝土试块之间的沉降区通过多组竖直支撑钢管沿格挡长度方向分隔成多个区域；竖直支撑钢管底部与底部支撑板固接，竖直支撑钢管沿轴向从上到下拆卸式铺装若干层水平支撑板，且水平支撑板之间留有用于容纳用于均匀铺设水平调节钢管的调节格挡，使得两相邻水平支撑板之间的每层调节格挡能且仅能容纳一层水平调节钢管，保持水平调节钢管沿格挡宽度方向布置，且水平调节钢管的最高点和最低点均与相应水平支撑板接触；最上层的水平支撑板作为沉降调整装置的顶部支撑面支撑在土样试件的测试部正下方；定义格挡宽度方向为两钢筋混凝土试块之间的水平调节钢管轴线方向，定义格挡长度方向为与水平调节钢管轴线方向垂直的水平方向。

调节格挡分为从上到下分为两档，其中第一档调节格挡位于第二挡的调节格挡上部，其高度小于第二档格挡的高度，即第一档调节格挡内的水平调节钢管直径小于第二档调节格挡内的水平调节钢管直径。

所述沉降调整装置包括底部支撑板、钢筋混凝土试块、顶部支撑板和千斤顶，两块所述钢筋混凝土试块对称放置在底部支撑板上；所述千斤顶置于两块钢筋混凝土试块之间的沉降区，并且千斤顶的顶部升降端配装一水平设置的顶部支撑板；所述的顶部支撑板作为沉降调整装置的顶部支撑面支撑在土样试件的测试部正下方。

所述沉降测量装置为可测量土样试件的测试部沉降位移的测量尺或者位移计，若为位移计，所述位移计设置在所述底部支撑板与顶部支撑板之间。

所述模型试验装置还包括渗透装置，其中所述的渗透装置设置在加载装置与土样试件之间，包括输水管道、流量计、防水卷材和塑料盒，加载箱体上部设有输水口设置在塑料盒上端敞口处，用于向塑料盒内注水；所述的输水管第一端与输水口管路连通，输水管的第二端配有用于控制管内流量的流量计；所述塑料盒铺设在土体试样表面，并且所述的塑料盒上端敞口铺设防水卷材，而塑料盒底部设有布水孔。

利用本发明所述的一种土体沉降变形的模型试验装置的测量方法，包括以下步骤：

1)将沉降调整装置放置于加载箱体正下方；

2)从加载箱体顶部向加载腔内铺装配置好的土样试件，并保持沉降调整装置的顶部支撑面支撑在土样试件的测试部底部；

3)在土样试件表面放置加载装置，并保持加载装置的充气口与输气通道管路连通；

4)将封口板盖在固定框架的顶部，并用螺栓紧固好；

5)向加载装置内充气，为下部土层施加均布荷载；

6)调整沉降调整装置顶部支撑面的纵向高度，使得土样试件发生沉降，沉降过程中记录荷载、沉降量、裂缝等沉降参数。

利用本发明所述的一种土体沉降变形的模型试验装置的测量方法，包括以下步骤：

1)将沉降调整装置放置于加载箱体正下方；

2)从加载箱体顶部向加载腔内铺装配置好的土样试件，并保持沉降调整装置的顶部支撑面支撑在土样试件的测试部底部；

3)在土样试件表面放置加载装置，并保持加载装置的充气口与输气通道管路连通；

4)将封口板盖在固定框架的顶部，并用螺栓紧固好；

5)向加载装置内充气，为下部土层施加均布荷载；

6)抽出沉降调整装置中的水平调节钢管，由中间向两边抽取钢管，再由上到下进行抽取，抽取的过程中，土样发生沉降，沉降过程中记录荷载、沉降量、裂缝等沉降参数。

利用本发明所述的一种土体沉降变形的模型试验装置的测量方法，包括以下步骤：

1)将沉降调整装置放置于加载箱体正下方；

2)从加载箱体顶部向加载腔内铺装配置好的土样试件，并保持沉降调整装置的顶部支撑面支撑在土样试件的测试部底部；

3)在土样试件表面放置塑料盒，再在上面铺设防水卷材，最后放置加载装置，并保持加载装置的充气口与输气通道管路连通；

4)将封口板盖在固定框架的顶部，并用螺栓紧固好；

5)下部土层施加均布荷载：

(1)试验时先开启水管阀门通水，待输水管内液体流量稳定后向加载装置里面注入空气，为下部土层施加均布荷载；

(2)直接向加载装置里面注入空气，为下部土层施加均布荷载；

其中步骤(1)、(2)择一即可；

6)千斤顶以设定的的速度下降，直至设定的沉降量，千斤顶下降的过程中，土样发生沉降，沉降过程中记录荷载、沉降量，观察裂缝与渗漏情况。

本发明的有益效果是：可以测量土体试样的沉降参数，模拟研究防渗层的开裂情况及裂缝的发展情况与沉降变形之间的规律，结构简单，操作方便，结果准确。

附图说明

图1是本发明的结构图之一。

图2是本发明的沉降装置结构图之一。

图3是本发明的侧视图。

图4是本发明的结构图之二(不带渗水装置)。

图5是本发明的结构图之三(带渗水装置)。

图6是本发明的侧视图。

图7是本发明的塑料盒的示意图。

图8是本发明的顶部支撑板结构图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

参照附图：

实施例1本发明所述的一种土体沉降变形的模型试验装置，包括：

加载箱体1，具有一加载腔；加载箱体上部设有可与加载腔连通的输气通道；加载箱体的上端拆卸式安装一用于封在加载腔上端敞口处的封口板，加载腔的底部敞口；

加载装置2，设置在加载腔的上部，并且加载装置的充气口与输气通道管路连通，用于向加载装置内充放气体以调整加载腔空间的大小；

以及沉降装置3，包括沉降调整装置31和沉降测量装置32，所述沉降调整装置置于固定框架底部，并封堵在加载箱体下端敞口处，并且沉降调整装置与加载装置之间留有用于容纳土样试件的间隙；所述沉降调整装置顶部支撑面支撑在土样试件的测试部，用于调整沉降调整装置的顶部支撑面高度以测量土样试件测试部的沉降量。

所述加载箱体1包括固定框架11、侧挡板12以及封口板13，所述固定框架11的侧面固装侧挡板，而固定框架的顶部拆卸式安装封口板，所述侧挡板围挡在固定框架的侧面，其中侧挡板、封口板围成一底部开放的加载腔；其中一侧挡板的上部设有输气通道121。

所述加载装置2为一带有充气口的橡胶袋，其中加载装置的充气口与输气通道管路连通，用于向加载装置内注入空气以对土体试件4表面加压。

所述的沉降调整装置31包括底部支撑板311、钢筋混凝土试块312、水平支撑板313、水平调节钢管314和竖直支撑钢管315，两块所述钢筋混凝土试块312对称放置在底部支撑板上，且两块钢筋混凝土试块之间的沉降区通过多组竖直支撑钢管沿格挡长度方向分隔成多个区域；竖直支撑钢管315底部与底部支撑板311固接，竖直支撑钢管沿轴向从上到下拆卸式铺装若干层水平支撑板，且水平支撑板之间留有用于容纳用于均匀铺设水平调节钢管的调节格挡，使得两相邻水平支撑板之间的每层调节格挡能且仅能容纳一层水平调节钢管，保持水平调节钢管沿格挡宽度方向布置，且水平调节钢管的最高点和最低点均与相应水平支撑板接触；最上层的水平支撑板作为沉降调整装置的顶部支撑面支撑在土样试件的测试部正下方；定义格挡宽度方向为两钢筋混凝土试块之间的水平调节钢管轴线方向，定义格挡长度方向为与水平调节钢管轴线方向垂直的水平方向。

调节格挡分为从上到下分为两档，其中第一档调节格挡位于第二挡的调节格挡上部，其高度小于第二档格挡的高度，即第一档调节格挡内的水平调节钢管直径小于第二档调节格挡内的水平调节钢管直径。

所述沉降测量装置为可测量土样试件的测试部沉降位移的测量尺，用于测量土样试件的沉降量。

实施例2本实施例中：所述的固定框架尺寸为长800mm、宽200mm、高400mm。固定框架作为外框架起到固定于支撑内框架的作用，均为钢框架；而侧挡板作为内框架围在固定框架内部，形成具有加载腔；侧挡板为4块，其中三块为钢板，一块为有机玻璃，起到围护的作用，一面设置有机玻璃，用以观测土样的变形状况，其他三面均为钢板。四周钢板与固定框架之间进行焊装拼接，有机玻璃用强力胶水对进行拼装。

在所述固定框架的顶部，设置封口板，也为钢板，并与四周固定外框架的上边周边设置的圆孔用螺栓进行连接。固定框架的底部完全敞开。在有机玻璃面的右侧且距离顶部100mm处的钢板上，留有一个直径20mm孔洞，作为输气通道。

所述的加载装置为在土样的上边设置带有塑料管接口的橡胶袋，向里面注入空气，为下部土层施加均布荷载。

所述的沉降装置设置在固定框架的底部,沉降调整装置中：水平调节钢管直径为20mm和10mm的钢管，长度为500mm与300mm不等。沉降区域主要为土样的中间400mm，分为四个分区，每个分区为100mm，且用直径20mm的竖直支撑钢管作为分隔。

所述的水平调节钢管在各个分区内进行叠放，叠放高度为80mm，沿水平调节钢管的宽度方向放置，从上到下分别三根10mm与两根20mm钢管组成，其中上方的10mm钢管为第一档，而下方的20mm钢管为第二档，且上下层钢管摆放之间，各放置10mm厚的水平支撑板，也为钢板，尺寸为200mm×100mm，同分区大小相同。

所述固定框架的底部放置两个截面为200mm×80mm,长度为400mm的钢筋混凝土试块，其放置在固定框架长度方向的两端，钢筋混凝土试块长度方向与水平调节钢管轴向一致，定义截面200mm的方向为钢筋混凝土试块的长度方向，定义80mm的方向为钢筋混凝土试块的高度方向。钢筋混凝土试块沿宽度方向放置时，两端各留出100mm。宽度方向试块放置时，外侧与固定框架齐边。

沉降调节装置的下边垫置一块长度为1200mm、宽为600mm、厚20mm的底部支撑板，用于分隔用的竖直支撑钢管通过螺纹连接在下面的底部支撑板上，距离长度方向的端部50mm，进行关于横向对称布置。

实施例3本发明所述的一种土体沉降变形的模型试验装置，包括：

加载箱体1，具有一加载腔；加载箱体上部设有可与加载腔连通的输气通道；加载箱体的上端拆卸式安装一用于封在加载腔上端敞口处的封口板，加载腔的底部敞口；

加载装置2，设置在加载腔的上部，并且加载装置的充气口与输气通道管路连通，用于向加载装置内充放气体以调整加载腔空间的大小；

以及沉降装置3，包括沉降调整装置31和沉降测量装置32，所述沉降调整装置置于固定框架底部，并封堵在加载箱体下端敞口处，并且沉降调整装置与加载装置之间留有用于容纳土样试件的间隙；所述沉降调整装置顶部支撑面支撑在土样试件的测试部，用于调整沉降调整装置的顶部支撑面高度以测量土样试件测试部的沉降量。

所述加载箱体包括固定框架、侧挡板以及封口板，所述固定框架的侧面固装侧挡板，而固定框架的顶部拆卸式安装封口板，所述侧挡板围挡在固定框架的侧面，其中侧挡板、封口板围成一底部开放的加载腔；其中一侧挡板的上部设有输气通道。

所述加载装置为一带有充气口的橡胶袋，其中加载装置的充气口与输气通道管路连通，用于向加载装置内注入空气以对土体试件表面加压。

所述沉降调整装置31包括钢筋混凝土试块312、顶部支撑板316和千斤顶317，两块所述钢筋混凝土试块对称放置在固定框架底部；所述千斤顶置于两块钢筋混凝土试块之间的沉降区，并且千斤顶的顶部升降端配装一水平设置的顶部支撑板；所述的顶部支撑板作为沉降调整装置的顶部支撑面支撑在土样试件的测试部正下方。

所述沉降测量装置为可测量土样试件的测试部沉降位移的位移计，所述位移计设置在所述底部支撑板与顶部支撑板之间。

实施例4本实施例与实施例3的区别之处在于：在顶部支撑板上对应千斤顶的位置，设置一个与千斤顶接触的卡接装置，使千斤顶与顶部支撑板凹凸相连接。

实施例5本实施例中：所述的固定框架尺寸为长800mm、宽200mm、高400mm。固定框架作为外框架起到固定于支撑内框架的作用，均为钢框架；而侧挡板作为内框架围在固定框架内部，形成具有加载腔；侧挡板为4块，其中三块为钢板，一块为有机玻璃，起到围护的作用，一面设置有机玻璃，用以观测土样的变形状况，其他三面均为钢板。四周钢板与固定框架之间进行焊装拼接，有机玻璃用强力胶水对进行拼装。

在所述固定框架的顶部，设置封口板，也为钢板，并与四周固定外框架的上边周边设置的圆孔用螺栓进行连接。固定框架的底部完全敞开。在有机玻璃面的右侧且距离顶部100mm处的钢板上，留有一个直径20mm孔洞，作为输气通道。

所述的加载装置为在土样的上边设置带有塑料管接口的橡胶袋，向里面注入空气，为下部土层施加均布荷载。

所述固定框架的底部放置两个200mm×200mm×200mm的钢筋混凝土试块，其放置位置在固定框架长度方向的两端，外侧与固定框架齐边。

所述的沉降装置设置在模型箱框架的底部，土样试件中间400mm为测试部，作为沉降区域。在土体试件与千斤顶之间放置一块尺寸为200mm×200mm，厚度为10mm的顶部支撑板，并在顶部支撑板上对应千斤顶的位置，设置一个与千斤顶接触的卡接装置，其中卡接装置为一上凸的凹陷，使千斤顶的顶部卡入与顶部支撑板的凹陷内。

所述的位移计为两个，分别放置在千斤顶的两侧，与顶部支撑板相接触，监测土体的沉降量。

实施例6本实施例与实施例4的区别在于：所述模型试验装置还包括渗透装置5，其中所述的渗透装置设置在加载装置与土样试件之间，包括输水管道51、流量计52、防水卷材53和塑料盒54，加载箱体上部设有输水口设置在塑料盒上端敞口处，用于向塑料盒内注水；所述的输水管第一端与输水口管路连通，输水管的第二端配有用于控制管内流量的流量计；所述塑料盒铺设在土体试样表面，并且所述的塑料盒上端敞口铺设防水卷材，而塑料盒54底面和/或侧壁设有布水孔541。

实施例7本实施例中：所述的固定框架尺寸为长800mm、宽200mm、高400mm。固定框架作为外框架起到固定于支撑内框架的作用，均为钢框架；而侧挡板作为内框架围在固定框架内部，形成具有加载腔；侧挡板为4块，其中三块为钢板，一块为有机玻璃，起到围护的作用，一面设置有机玻璃，用以观测土样的变形状况，其他三面均为钢板。四周钢板与固定框架之间进行焊装拼接，有机玻璃用强力胶水对进行拼装。

在所述固定框架的顶部，设置封口板，也为钢板，并与四周固定外框架的上边周边设置的圆孔用螺栓进行连接。固定框架的底部完全敞开。在有机玻璃面的右侧且距离顶部100mm处的钢板上，留有一个直径20mm孔洞，作为输气通道；在有机玻璃面的左侧且距离顶部200mm处侧板上，留有一个直径20mm孔洞，作为输水通道。

所述的加载装置为在土样的上边设置带有塑料管接口的橡胶袋，向里面注入空气，为下部土层施加均布荷载。

所述固定框架的底部放置两个200mm×200mm×200mm的钢筋混凝土试块，其放置位置在固定框架长度方向的两端，外侧与固定框架齐边。

所述的沉降装置设置在模型箱框架的底部，土样试件中间400mm为测试部，作为沉降区域。在土体试件与千斤顶之间放置一块尺寸为200mm×200mm，厚度为10mm的顶部支撑板，并在顶部支撑板316上对应千斤顶的位置，设置一个与千斤顶接触的卡接装置，其中卡接装置为一上凸的凹陷3161，使千斤顶的顶部卡入与顶部支撑板的凹陷内。

所述的位移计为两个，分别放置在千斤顶的两侧，与顶部支撑板相接触，监测土体的沉降量。

在有机玻璃面的左侧且距离顶部200mm中间处，直径为10mm孔洞，作为输水口，在输水管道上设置一个流量计，控制水的流量，并在土层的上方放置一块800mm×200mm，厚度为20mm的塑料盒，在盒子的底部分布5mm的孔洞。

实施例8利用实施例1所述的一种土体沉降变形的模型试验装置的测量方法，包括以下步骤：

1)将沉降调整装置放置于加载箱体正下方；

2)从加载箱体顶部向加载腔内铺装配置好的土样试件，并保持沉降调整装置的顶部支撑面支撑在土样试件的测试部底部；

3)在土样试件表面放置加载装置，并保持加载装置的充气口与输气通道管路连通；

4)将封口板盖在固定框架的顶部，并用螺栓紧固好；

5)向加载装置内充气，为下部土层施加均布荷载；

6)抽出沉降调整装置中的水平调节钢管，由中间向两边抽取钢管，再由上到下进行抽取，抽取的过程中，土样发生沉降，沉降过程中记录荷载、沉降量、裂缝等沉降参数。

实施例9利用实施例2所述的一种土体沉降变形的模型试验装置的测量方法中：按照固定框架尺寸长800mm、宽200mm、高400mm，制作成长方体框，四周采用钢框架，进行焊接拼接。三面侧板均为钢板，焊接在钢框架上，一块侧板为有机玻璃，用强力胶水粘在固定框架上。四周固定外框架的上边周边设置的圆孔，固定框架的底部完全敞开。

在地面上垫置一块长度为1200mm、宽为600mm、厚20mm的底部支撑板，在底部支撑板与固定框架之间放置两个截面为200mm×80mm,长度为400mm的钢筋混凝土试块，其放置在模型箱沿的两端，沿着横向放置，截面200mm为水平方向，80mm垂直放置。横向方向试块放置时，两端各留出100mm。纵向方向试块放置时，外侧与模型箱框架齐边。

再用若干根直径为20mm和10mm的水平支撑钢管，长度为500mm与300mm不等。沉降区域主要为土样的中间400mm，分为四个分区，每个分区为100mm，钢管在各个分区内进行叠放，叠放高度为80mm，垂直方向放置，从上到下分别三根10mm的水平支撑钢管与两根20mm的水平支撑钢管组成，且上下层钢管摆放之间，各放置2mm厚的水平支撑钢板，尺寸为200mm×100mm，同分区大小相同。用直径20mm的竖直支撑钢管作为分隔。竖直支撑钢管通过螺纹连接在下面的底部支撑钢板上，距离横向端部50mm，进行关于横向对称布置。

将模型装置放置在钢管组成的沉降分区装置上。按一定的比例配制成混合土，向模型箱内装土，分三层压实，压实度达到95％以上，制作成长800mm，宽200mm，高200mm的土样试件，最后放加压橡胶袋，通过有机玻璃面的右侧且距离顶部100mm处封口板上，留有一个直径20mm孔洞的输气通道，用塑料管子连通土样的上边设置带有塑料管接口的橡胶袋。最后盖上封口钢板，并用预先设置好的圆孔与钢板进行螺栓连接。

试验开始时，向橡胶带里面注入空气，为下部土层施加均布荷载，再抽出分区装置中的钢管，由中间向两边抽取钢管，再由上到下进行抽取。抽取的过程中，土样发生沉降，沉降过程中记录荷载、沉降量、裂缝等。

实施例10根据实施例3所述的一种土体沉降变形的模型试验装置的测量方法，包括以下步骤：

1)将沉降调整装置放置于加载箱体正下方；

2)从加载箱体顶部向加载腔内铺装配置好的土样试件，并保持沉降调整装置的顶部支撑面支撑在土样试件的测试部底部；

3)在土样试件表面放置塑料盒，再在上面铺设防水卷材，最后放置加载装置，并保持加载装置的充气口与输气通道管路连通；

4)将封口板盖在固定框架的顶部，并用螺栓紧固好；

5)直接向加载装置里面注入空气，为下部土层施加均布荷载；

6)千斤顶以设定的的速度下降，直至设定的沉降量，千斤顶下降的过程中，土样发生沉降，沉降过程中记录荷载、沉降量，观察裂缝与渗漏情况。

实施例11利用实施例2所述的一种土体沉降变形的模型试验装置的测量方法中：按照固定框架尺寸长800mm、宽200mm、高400mm，制作模型框架。四周采用钢框架，进行焊接拼接。三面钢板焊接在钢框架上，有机玻璃用强力胶水粘在固定框架上。固定框架的底部完全敞开。

在钢板与模型框架之间放置两个截面为200mm×200mm×200mm的钢筋混凝土试块，其放置位置在模型箱纵向的两端，外侧与模型箱框架齐边。

土体试样的沉降由千斤顶控制，在土体与千斤顶之间放置一块尺寸为200mm×200mm，厚度为10mm的顶部支撑板，并在顶部支撑板上对应千斤顶的位置，设置一个与千斤顶接触装置，使千斤顶与钢板凹凸相连接。位移计放置在千斤顶的两侧，与上方钢板相接触，监测土体的沉降量。

将钢板的上部。按一定的比例配制成混合土，向加载箱体内装土，分三层压实，制作成长800mm，宽200mm，高200mm的土样试件2，后放加载装置。通过有机玻璃面的右侧且距离顶部100mm处侧板上，留有一个直径20mm孔洞的输气通道，用塑料管子连通土样试件的上边设置带有塑料管接口的橡胶袋。最后盖上封口钢板，并用预先设置好的圆孔与钢板进行螺栓连接。

试验时向橡胶袋里面注入空气，为下部土层施加均布荷载，千斤顶以设定的的速度下降，直至设定的沉降量。千斤顶下降的过程中，土样发生沉降，沉降过程中记录荷载、沉降量，观察裂缝等。

实施例12利用实施例7所述的一种土体沉降变形的模型试验装置的测量方法，包括以下步骤：

1)将沉降调整装置放置于加载箱体正下方；

2)从加载箱体顶部向加载腔内铺装配置好的土样试件，并保持沉降调整装置的顶部支撑面支撑在土样试件的测试部底部；

3)在土样试件表面放置塑料盒，再在上面铺设防水卷材，最后放置加载装置，并保持加载装置的充气口与输气通道管路连通；

4)将封口板盖在固定框架的顶部，并用螺栓紧固好；

5)试验时先开启水管阀门通水，待输水管内液体流量稳定后向加载装置里面注入空气，为下部土层施加均布荷载；

6)千斤顶以设定的的速度下降，直至设定的沉降量，千斤顶下降的过程中，土样发生沉降，沉降过程中记录荷载、沉降量，观察裂缝与渗漏情况。

实施例13本实施例中：将钢板的上部。按一定的比例配制成混合土，向模型箱内装土，分三层压实，制作成长800mm，宽200mm，高200mm的土样试件，土层上面放置塑料盒，再在上面铺设防水卷材，最后放加压橡胶袋。在土体与壁接触面上撒一层膨润土，膨润土遇水膨胀后以密封土体与模型箱壁之间的缝隙，防止渗漏。通过有机玻璃面的右侧且距离顶部100mm处钢板上，留有一个直径20mm孔洞的输气通道，用塑料管子连通土样的上边设置带有塑料管接口的橡胶袋。最后盖上封口板，并用预先设置好的圆孔与钢板进行螺栓连接。

试验时先开启水管阀门通水，水压保持在9.8kPa，每10分钟观察流量变化，待流量稳定后向橡胶带里面注入空气，为下部土层施加均布荷载，千斤顶以设定的的速度下降，直至设定的沉降量。千斤顶下降的过程中，土样发生沉降，沉降过程中记录荷载、沉降量，观察裂缝与渗漏情况。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.一种土体沉降变形的模型试验装置，其特征在于，包括：

加载箱体，具有一加载腔；加载箱体上部设有可与加载腔连通的输气通道；加载箱体的上端拆卸式安装一用于封在加载腔上端敞口处的封口板，加载腔的底部敞口；

加载装置，设置在加载腔的上部，并且加载装置的充气口与输气通道管路连通，用于向加载装置内充放气体以调整加载腔空间的大小；

以及沉降装置，包括沉降调整装置和沉降测量装置，所述沉降调整装置置于固定框架底部，并封堵在加载箱体下端敞口处，并且沉降调整装置与加载装置之间留有用于容纳土样试件的间隙；所述沉降调整装置顶部支撑面支撑在土样试件的测试部，用于调整沉降调整装置的顶部支撑面高度以测量土样试件测试部的沉降量。

2.如权利要求1所述的一种土体沉降变形的模型试验装置，其特征在于：所述加载箱体包括固定框架、侧挡板以及封口板，所述固定框架的侧面固装侧挡板，而固定框架的顶部拆卸式安装封口板，所述侧挡板围挡在固定框架的侧面，其中侧挡板、封口板围成一底部开放的加载腔；其中一侧挡板的上部设有输气通道。

3.如权利要求1所述的一种土体沉降变形的模型试验装置，其特征在于：所述加载装置为一带有充气口的橡胶袋，其中加载装置的充气口与输气通道管路连通，用于向加载装置内注入空气以对土体试件表面加压。

4.如权利要求1所述的一种土体沉降变形的模型试验装置，其特征在于：所述的沉降调整装置包括底部支撑板、钢筋混凝土试块、水平支撑板、水平调节钢管和竖直支撑钢管，两块所述钢筋混凝土试块对称放置在底部支撑板上，且两块钢筋混凝土试块之间的沉降区通过多组竖直支撑钢管沿格挡长度方向分隔成多个区域；竖直支撑钢管底部与底部支撑板固接，竖直支撑钢管沿轴向从上到下拆卸式铺装若干层水平支撑板，且水平支撑板之间留有用于容纳用于均匀铺设水平调节钢管的调节格挡，使得两相邻水平支撑板之间的每层调节格挡能且仅能容纳一层水平调节钢管，保持水平调节钢管沿格挡宽度方向布置，且水平调节钢管的最高点和最低点均与相应水平支撑板接触；最上层的水平支撑板作为沉降调整装置的顶部支撑面支撑在土样试件的测试部正下方；定义格挡宽度方向为两钢筋混凝土试块之间的水平调节钢管轴线方向，定义格挡长度方向为与水平调节钢管轴线方向垂直的水平方向。

5.如权利要求4所述的一种土体沉降变形的模型试验装置，其特征在于：调节格挡分为从上到下分为两档，其中第一档调节格挡位于第二挡的调节格挡上部，其高度小于第二档格挡的高度，即第一档调节格挡内的水平调节钢管直径小于第二档调节格挡内的水平调节钢管直径。

6.如权利要求1所述的一种土体沉降变形的模型试验装置，其特征在于：所述沉降调整装置包括钢筋混凝土试块、顶部支撑板和千斤顶，两块所述钢筋混凝土试块对称放置在固定框架底部；所述千斤顶置于两块钢筋混凝土试块之间的沉降区，并且千斤顶的顶部升降端配装一水平设置的顶部支撑板；所述的顶部支撑板作为沉降调整装置的顶部支撑面支撑在土样试件的测试部正下方。

7.如权利要求6所述的一种土体沉降变形的模型试验装置，其特征在于：所述沉降测量装置为可测量土样试件的测试部沉降位移的测量尺或者位移计，若为位移计，所述位移计设置在所述底部支撑板与顶部支撑板之间。

8.如权利要求7所述的一种土体沉降变形的模型试验装置，其特征在于：所述模型试验装置还包括渗透装置，其中所述的渗透装置设置在加载装置与土样试件之间，包括输水管道、流量计、防水卷材和塑料盒，加载箱体上部设有输水口设置在塑料盒上端敞口处，用于向塑料盒内注水；所述的输水管第一端与输水口管路连通，输水管的第二端配有用于控制管内流量的流量计；所述塑料盒铺设在土体试样表面，并且所述的塑料盒上端敞口铺设防水卷材，而塑料盒底面和/或侧壁设有布水孔。

9.如权利要求1～5任意一项所述的一种土体沉降变形的模型试验装置的测量方法，包括以下步骤：

1)将沉降调整装置放置于加载箱体正下方；

2)从加载箱体顶部向加载腔内铺装配置好的土样试件，并保持沉降调整装置的顶部支撑面支撑在土样试件的测试部底部；

3)在土样试件表面放置加载装置，并保持加载装置的充气口与输气通道管路连通；

4)将封口板盖在固定框架的顶部，并用螺栓紧固好；

5)向加载装置内充气，为下部土层施加均布荷载；

6)抽出沉降调整装置中的水平调节钢管，由中间向两边抽取钢管，再由上到下进行抽取，抽取的过程中，土样发生沉降，沉降过程中记录荷载、沉降量、裂缝等沉降参数。

10.如权利要求6～8任意一项所述的一种土体沉降变形的模型试验装置的测量方法，包括以下步骤：

1)将沉降调整装置放置于加载箱体正下方；

2)从加载箱体顶部向加载腔内铺装配置好的土样试件，并保持沉降调整装置的顶部支撑面支撑在土样试件的测试部底部；

3)在土样试件表面放置塑料盒，再在上面铺设防水卷材，最后放置加载装置，并保持加载装置的充气口与输气通道管路连通；

4)将封口板盖在固定框架的顶部，并用螺栓紧固好；

5)下部土层施加均布荷载：

(1)试验时先开启水管阀门通水，待输水管内液体流量稳定后向加载装置里面注入空气，为下部土层施加均布荷载；

(2)直接向加载装置里面注入空气，为下部土层施加均布荷载；

其中步骤(1)、(2)择一即可；

6)千斤顶以设定的的速度下降，直至设定的沉降量，千斤顶下降的过程中，土样发生沉降，沉降过程中记录荷载、沉降量，观察裂缝与渗漏情况。