CN110133215B - 用于模拟路基翻浆灾害的实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于模拟路基翻浆灾害的实验装置，所述实验装置包括混凝土基体、排氮装置、钢筋网垫层、土工布垫层、供氮装置、多个电控阀、供水装置、多个含水量传感器、多个温度传感器、含水量数据采集装置、温度数据采集装置、支架和红外线视频采集装置；本发明的有益技术效果是：提出了一种用于模拟路基翻浆灾害的实验装置，该实验装置能够模拟出道路翻浆灾害的物理演进过程，并获取到相应的实验数据，为灾害治理提供科学决策参考。

Description

用于模拟路基翻浆灾害的实验装置
技术领域
本发明涉及一种路基翻浆灾害模拟技术，尤其涉及一种用于模拟路基翻浆灾害的实验装置。
背景技术
我国是道路翻浆灾害高发区，约210多万公里公路受到道路翻浆灾害影响。我国道路翻浆灾害分布范围广、出现频率高、灾情重，每年造成直接经济损失超过80亿元。如2013年吉林省长伊道路两辆超载货车陷翻浆路面致拥堵12小时，长伊道路10公里处，由于路面翻浆，两辆载有100多吨修路材料的货车深陷泥中，车辆严重受损，路面堵塞12小时后才恢复通行；2011年新疆吐乌大高等级道路阜康附近3处路段，出现严重路面翻浆，导致来往车辆通行受阻，警方立即将这些路段封闭。
目前，对道路翻浆灾害的物理演进全过程机理认识不清楚，尤其是道路翻浆灾害的早期识别难度极大。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种用于模拟路基翻浆灾害的实验装置，其创新在于：所述实验装置包括混凝土基体、排氮装置、钢筋网垫层、土工布垫层、供氮装置、多个电控阀、供水装置、多个含水量传感器、多个温度传感器、含水量数据采集装置、温度数据采集装置、支架和红外线视频采集装置；
所述排氮装置包括连接管和多根支管；多根支管与连接管的侧壁连通，多根支管平行设置，支管的上侧面上设置有多个出氮口；
所述混凝土基体的上端面上设置有试验槽；所述排氮装置铺设在试验槽的底面上，所述供氮装置设置在混凝土基体，排氮装置中的连接管通过管道与供氮装置的输出口连通，混凝土基体侧壁上设置有与管道匹配的通孔；所述试验槽的底面上放置有多个垫块，垫块的上端面高于排氮装置的上侧面；所述钢筋网垫层的横截面与试验槽的横截面匹配，钢筋网垫层铺设在多个垫块上；所述土工布垫层的横截面与试验槽的横截面匹配，土工布垫层铺设在钢筋网垫层上；试验槽内位于土工布垫层上侧的空间形成路基填土布置腔；
所述路基填土布置腔的侧壁上设置有供水孔组、含水量测孔组和温度测孔组；所述供水孔组由多个竖向分布的第一通孔组成，所述含水量测孔组由多个竖向分布的第二通孔组成，所述温度测孔组由多个竖向分布的第三通孔组成；供水孔组和含水量测孔组位置相对，温度测孔组与供水孔组、含水量测孔组错位分布；
所述第一通孔内布置有输水管，输水管的内端与试验槽的侧面齐平，输水管的外端通过电控阀与供水装置的出水口连通，多个电控阀与多根输水管一一对应；所述含水量传感器布置在第二通孔的内端口处，含水量传感器的传感部朝向路基填土布置腔，含水量传感器的输出线通过第二通孔向外引出并与含水量数据采集装置电气连接，多个含水量传感器与多个第二通孔一一对应；所述温度传感器布置在第三通孔的内端口处，温度传感器的传感部朝向路基填土布置腔，温度传感器的输出线通过第三通孔向外引出并与温度数据采集装置电气连接，多个温度传感器与多个第三通孔一一对应；
所述支架下端与混凝土基体的上端面连接；所述红外线视频采集装置连接在支架上，红外线视频采集装置位于试验槽横截面几何中心的正上方，红外线视频采集装置的拍摄方向朝向试验槽。
实验时，在路基填土布置腔内填入路基填土，然后控制电控阀打开，通过输水管向不同深度位置处的路基填土渗水，然后启动含水量传感器、含水量数据采集装置、温度传感器和温度数据采集装置，对不同深度位置处的土体含水量和温度进行连续记录，然后控制供氮装置输出液氮，液氮通过排氮装置进入路基填土，使路基填土产生冻结膨胀、孕育翻浆灾害，翻浆灾害孕育过程中，通过红外线视频采集装置对路基填土表面图像进行连续采集，记录翻浆灾害的物理演进过程；具体试验时，路基填土的土体类型、密实度、含水量、厚度等均是模型试验的控制参数，通过调整各种控制参数，可以进行道路翻浆灾害物理演进敏感性试验，获取不同工况的系列实验数据。对实验数据进行分析，揭示道路翻浆灾害物理演进过程对影响因素的响应规律，为灾害治理提供科学决策参考。
利用该实验装置进行道路翻浆灾害物理演进模型试验时，可以科学获取道路翻浆灾害对填土级配组合、含水量、温度等因素的响应关系，尤其能够获取道路翻浆灾害早期红外识别参数；由于道路翻浆灾害产生过程中，路基土体逐渐会从翻浆透镜体向隆起鼓包演进，透镜体及鼓包边界及顶部会出现细观、微观和宏观不同尺度的裂缝，裂缝所在部位和未发生道路翻浆灾害的路基土体表层的红外温度会出现显著差异，换言之，红外线视频采集装置能从细观到宏观尺度记录道路翻浆灾害的物理演进特征；在该试验装置模拟路基填土区按照不同试验工况填筑土体后，在填土区底部注入液氮后，可使填土路基底部快速降温，并在土体含水量集中的区域出现冻胀作用，引发路翻浆灾害物理演进。土工布垫层能防止路基土体洒落到排氮装置上。
本发明的有益技术效果是：提出了一种用于模拟路基翻浆灾害的实验装置，该实验装置能够模拟出道路翻浆灾害的物理演进过程，并获取到相应的实验数据，为灾害治理提供科学决策参考。
附图说明
图1、本发明的剖面结构示意图；
图中各个标记所对应的名称分别为：混凝土基体1、试验槽1-1、排氮装置2、钢筋网垫层3、土工布垫层4、供氮装置5、电控阀6、供水装置7、含水量传感器8、温度传感器9、含水量数据采集装置10、温度数据采集装置、支架11、红外线视频采集装置12。
具体实施方式
一种用于模拟路基翻浆灾害的实验装置，其创新在于：所述实验装置包括混凝土基体1、排氮装置2、钢筋网垫层3、土工布垫层4、供氮装置5、多个电控阀6、供水装置7、多个含水量传感器8、多个温度传感器9、含水量数据采集装置10、温度数据采集装置、支架11和红外线视频采集装置12；
所述排氮装置2包括连接管和多根支管；多根支管与连接管的侧壁连通，多根支管平行设置，支管的上侧面上设置有多个出氮口；
所述混凝土基体1的上端面上设置有试验槽1-1；所述排氮装置2铺设在试验槽1-1的底面上，所述供氮装置5设置在混凝土基体1，排氮装置2中的连接管通过管道与供氮装置5的输出口连通，混凝土基体1侧壁上设置有与管道匹配的通孔；所述试验槽1-1的底面上放置有多个垫块，垫块的上端面高于排氮装置2的上侧面；所述钢筋网垫层3的横截面与试验槽1-1的横截面匹配，钢筋网垫层3铺设在多个垫块上；所述土工布垫层4的横截面与试验槽1-1的横截面匹配，土工布垫层4铺设在钢筋网垫层3上；试验槽1-1内位于土工布垫层4上侧的空间形成路基填土布置腔；
所述路基填土布置腔的侧壁上设置有供水孔组、含水量测孔组和温度测孔组；所述供水孔组由多个竖向分布的第一通孔组成，所述含水量测孔组由多个竖向分布的第二通孔组成，所述温度测孔组由多个竖向分布的第三通孔组成；供水孔组和含水量测孔组位置相对，温度测孔组与供水孔组、含水量测孔组错位分布；
所述第一通孔内布置有输水管，输水管的内端与试验槽1-1的侧面齐平，输水管的外端通过电控阀6与供水装置7的出水口连通，多个电控阀6与多根输水管一一对应；所述含水量传感器8布置在第二通孔的内端口处，含水量传感器8的传感部朝向路基填土布置腔，含水量传感器8的输出线通过第二通孔向外引出并与含水量数据采集装置10电气连接，多个含水量传感器8与多个第二通孔一一对应；所述温度传感器9布置在第三通孔的内端口处，温度传感器9的传感部朝向路基填土布置腔，温度传感器9的输出线通过第三通孔向外引出并与温度数据采集装置电气连接，多个温度传感器9与多个第三通孔一一对应；
所述支架11下端与混凝土基体1的上端面连接；所述红外线视频采集装置12连接在支架11上，红外线视频采集装置12位于试验槽1-1横截面几何中心的正上方，红外线视频采集装置12的拍摄方向朝向试验槽1-1。

Claims (1)

1.一种用于模拟路基翻浆灾害的实验装置，其特征在于：所述实验装置包括混凝土基体（1）、排氮装置（2）、钢筋网垫层（3）、土工布垫层（4）、供氮装置（5）、多个电控阀（6）、供水装置（7）、多个含水量传感器（8）、多个温度传感器（9）、含水量数据采集装置（10）、温度数据采集装置、支架（11）和红外线视频采集装置（12）；
所述排氮装置（2）包括连接管和多根支管；多根支管与连接管的侧壁连通，多根支管平行设置，支管的上侧面上设置有多个出氮口；
所述混凝土基体（1）的上端面上设置有试验槽（1-1）；所述排氮装置（2）铺设在试验槽（1-1）的底面上，所述供氮装置（5）设置在混凝土基体（1）一侧，排氮装置（2）中的连接管通过管道与供氮装置（5）的输出口连通，混凝土基体（1）侧壁上设置有与管道匹配的通孔；所述试验槽（1-1）的底面上放置有多个垫块，垫块的上端面高于排氮装置（2）的上侧面；所述钢筋网垫层（3）的横截面与试验槽（1-1）的横截面匹配，钢筋网垫层（3）铺设在多个垫块上；所述土工布垫层（4）的横截面与试验槽（1-1）的横截面匹配，土工布垫层（4）铺设在钢筋网垫层（3）上；试验槽（1-1）内位于土工布垫层（4）上侧的空间形成路基填土布置腔；
所述路基填土布置腔的侧壁上设置有供水孔组、含水量测孔组和温度测孔组；所述供水孔组由多个竖向分布的第一通孔组成，所述含水量测孔组由多个竖向分布的第二通孔组成，所述温度测孔组由多个竖向分布的第三通孔组成；供水孔组和含水量测孔组位置相对，温度测孔组与供水孔组、含水量测孔组错位分布；
所述第一通孔内布置有输水管，输水管的内端与试验槽（1-1）的侧面齐平，输水管的外端通过电控阀（6）与供水装置（7）的出水口连通，多个电控阀（6）与多根输水管一一对应；所述含水量传感器（8）布置在第二通孔的内端口处，含水量传感器（8）的传感部朝向路基填土布置腔，含水量传感器（8）的输出线通过第二通孔向外引出并与含水量数据采集装置（10）电气连接，多个含水量传感器（8）与多个第二通孔一一对应；所述温度传感器（9）布置在第三通孔的内端口处，温度传感器（9）的传感部朝向路基填土布置腔，温度传感器（9）的输出线通过第三通孔向外引出并与温度数据采集装置电气连接，多个温度传感器（9）与多个第三通孔一一对应；
所述支架（11）下端与混凝土基体（1）的上端面连接；所述红外线视频采集装置（12）连接在支架（11）上，红外线视频采集装置（12）位于试验槽（1-1）横截面几何中心的正上方，红外线视频采集装置（12）的拍摄方向朝向试验槽（1-1）。
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