CN110967468B - 水力环境变化诱发挖填组合路基边坡分散性失稳破坏分析的试验装置 - Google Patents

水力环境变化诱发挖填组合路基边坡分散性失稳破坏分析的试验装置 Download PDF

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    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials

Abstract

本发明公开了一种水力环境变化诱发挖填组合路基边坡分散性失稳破坏分析的试验装置，包括边坡模型箱和降雨模拟装置；降雨模拟装置采用有色水作为模拟降雨的雨水，边坡模型箱采用透明土作为填土，形成透明土边坡；所述透明土由一定比例的无定形硅胶和无定形硅粉合成以模拟易发生静态液化的粉砂；透明土边坡的坡顶、坡脚、边坡段将埋设具有明显颜色的标志物，疑似滑动面处将埋设孔隙水压计，挖填组合路基边坡中部埋设与模型箱等宽的不同形状的水泥块；由摄影装置记录标志物的位移变化、有色水的渗流轨迹和模拟滑坡的全过程。本发明的优点是可以研究雨水在挖填组合路基边坡中的渗流过程，以及挖填组合路基边坡的渐进失稳破坏过程，从而更好地揭示降雨对挖填组合路基边坡滑坡的诱发机理。

Description

水力环境变化诱发挖填组合路基边坡分散性失稳破坏分析的 试验装置
技术领域
本发明涉及土木工程试验技术领域，具体涉及一种水力环境变化诱发挖填组合路基边坡分散性失稳破坏分析的试验装置。
背景技术
现存在大量的挖填组合路基，在降雨作用下，相应的路基边坡可能会发生滑坡，进而造成人身和财产损失。因此，研究降雨的雨量、强度和持续性及雨水在路基边坡中的渗流过程，能进一步研究降雨对滑坡的诱发机理，从而为防治降雨型滑坡提供理论依据。目前，降雨作用下路基边坡模拟滑坡试验常用的是现场试验及室内模拟试验，由于现场试验存在成本高、周期长、难度大等问题，室内模拟试验的应用更加广泛。
中国专利CN 106153863 B公开了一种路基边坡冲刷室内模拟试验装置，通过该试验装置对不同降雨角度下边坡冲刷性能进行研究，在短时间内获得大量试验数据。然而，上述试验装置中，未考虑雨水渗入路基边坡导致的土体静态液化分散性失稳演化过程，以及挖填界面存在对边坡破坏模式的影响，因而在揭示降雨因素导致的挖填组合路基边坡分散性失稳诱发的机理上有所不足。这是本申请需要着重改善的地方。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种水力环境变化诱发挖填组合路基边坡分散性失稳破坏分析的试验装置，研究降雨作用下雨水在挖填组合路基边坡中的渗流过程及路基边坡静态液化分散性失稳破坏演进过程。
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种水力环境变化诱发挖填组合路基边坡分散性失稳破坏分析的试验装置，所述试验装置包括边坡模型箱和降雨模拟装置，所述边坡模型箱采用透明土作为填土，形成透明土边坡，所述透明土边坡的坡顶、坡脚、边坡段埋设具有明显颜色的标志物，疑似滑动面处埋设孔隙水压计；所述降雨模拟装置包括供水箱、流量计、降雨器、阀门和支撑架，所述降雨器通过供水管路与供水箱连接，所述供水箱采用有色水作为模拟降雨的雨水，所述支撑架连接边坡模型箱和降雨模拟装置，所述边坡模型箱的透明玻璃板前放置一摄影装置，摄影装置实时监测标志物的位移变化，有色水的渗流轨迹和模拟滑坡的全过程。
所述透明土是由无定形硅胶和无定形硅粉合成以模拟易发生静态液化的粉砂。其中，无定形硅胶合成以模拟砂土，无定形硅粉合成以模拟细粒粘土。
所述阀门控制降雨的大小，由流量计记录降雨量和降雨强度。
所述挖填组合路基边坡中部埋设与边坡模型箱等宽的不同形状的水泥块，用以模拟不同支护形式的挖填组合路基的影响。
所述水泥块为刚性，与边坡连接处为台阶型，下方铺设土工格栅，所述水泥块靠近路堤处设置边沟。
所述水泥块具有多种形状，通过不同相对位置的安装搭配来模拟不同支护形式的挖填组合路基的影响。
所述边坡模型箱的顶部设有凸连接件，所述支撑架底部设有凹连接件，凹凸连接件嵌合连接。
所述边坡模型箱设有收集槽，所述收集槽固定于所述边坡模型箱中模拟滑坡前进方向一侧，所述收集槽靠近所述边坡模型箱一侧设有排水孔。
所述边坡模型箱的三面均为透明玻璃板，所述透明玻璃板内侧涂抹润滑剂。
所述透明玻璃板之间设有横向支撑，以加固连接。
所述降雨器上设置垂直交叉的水管，所述水管交叉点处设有喷头，所述喷头对应的模拟降雨面积相近。
所述供水箱中设有水泵，所述水泵通过所述供水管路与所述降雨器连接；所述流量计和所述阀门设置于所述降雨器与所述水泵之间的供水管路上。
所述标志物及所述孔隙水压计不影响所述透明土边坡的变形性能。
本发明的优越功效在于：通过摄影装置实时监测模拟挖填组合路基边坡特定位置标志物的位移变化和有色水的渗流轨迹，并记录模拟滑坡的全过程，研究雨水在挖填组合路基边坡中的渗流过程，挖填界面存在对边坡破坏模式的影响以及挖填组合路基边坡的静态液化失稳破坏过程，从而更好地揭示降雨对挖填组合路基边坡滑坡的诱发机理。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例整体结构示意图；
图2是本发明实施例边坡模型箱示意图；
图3是本发明凹凸连接件示意图；
图4是本发明模拟渗流预测图；
图中标号说明：
1—边坡模型箱； 2—透明土边坡；
3—标志物； 4—孔隙水压计；
5—水泥块； 6—供水箱；
7—降雨器； 8—流量计；
9—阀门； 10—支撑架；
11—喷头； 12—水泵；
13—有色水； 14—供水管路；
15—摄影装置； 16—水管；
17—收集槽； 18—排水孔；
19—透明玻璃板； 20—凸连接件；
21—凹连接件； 22—预测渗流方向。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图4所示，本发明提供了一种水力环境变化诱发挖填组合路基边坡分散性失稳破坏分析的试验装置，包括边坡模型箱1、供水箱6、降雨器7、流量计8、阀门9和支撑架10；所述供水箱6采用有色水13作为模拟降雨的雨水，通过供水管路14与降雨器8连接，供水箱6中有水泵12，在水泵12的作用下有色水13通过供水管路14上升至降雨器7中，流出喷头11以模拟降雨；所述流量计8和阀门9位于供水管路14上，流量计8实时监测有色水13的出水量和出水速度，阀门9控制有色水13的出水速度，进而控制模拟降雨的雨量和强度。所述降雨器7通过支撑架10连接在边坡模型箱1的上方，使喷头11向边坡模型箱1均匀喷洒有色水13，从而模拟天然降雨的过程。
所述边坡模型箱1采用透明土作为填土，形成透明土边坡2；所述透明土边坡2的坡顶、坡脚、边坡段埋设具有明显颜色的标志物3，标志物3用于标记透明土边坡2特定位置的坐标；疑似滑动面处埋设孔隙水压计4，孔隙水压计4实时监测透明土边坡2疑似滑动面处的水压力。所述挖填组合路基边坡中部埋设与模型箱等宽的不同形状的水泥块5，水泥块5用以模拟不同支护形式的挖填组合路基的影响。通过摄影装置15实时监测标志物3的位移变化，并记录有色水13的渗流轨迹和模拟滑坡的全过程，用以研究雨水在挖填组合路基边坡中的渗流过程，挖填界面存在对边坡破坏模式的影响以及挖填组合路基边坡的静态液化失稳破坏过程，从而更好地揭示降雨对挖填组合路基边坡滑坡的诱发机理。
进一步的，所述透明土边坡2的填土是由无定形硅胶和无定形硅粉合成以模拟易发生静态液化的粉砂。其中，无定形硅胶合成以模拟砂土，无定形硅粉合成以模拟细粒粘土，所述细粒粘土占粉砂为0-30%。
进一步地，所述供水箱6中设有水泵12，所述水泵12的出水端与供水管路14连接，启动水泵12提供动力使供水箱6中的有色水13上升至降雨器7中。
进一步地，所述降雨器7上设置垂直交叉的水管16，所述水管16交叉点处设有喷头11，所述喷头11对应的模拟降雨面积相近，多个喷头11形成模拟降雨网络。喷头11的数量根据边坡模型箱1的大小确定。
进一步地，所述边坡模型箱1设有收集槽17，所述收集槽17固定于边坡模型箱1中模拟滑坡前进方向一侧，收集槽17用于收集模拟滑坡带来的透明土和雨水。
进一步地，所述收集槽17靠近所述边坡模型箱1一侧设有排水孔18，使边坡模型箱1内的有色水13顺利排出。
进一步地，所述边坡模型箱1除模拟滑坡前进方向一侧的三面均为透明玻璃板19，所述透明玻璃板19内侧将涂抹润滑剂，润滑剂用于减少透明玻璃板19与透明土的摩擦，更好地模拟半无限土坡的受力情况。
进一步地，所述透明玻璃板19内嵌钢条，以加固连接。
进一步地，如图3所示，所述透明玻璃板19的顶部交点设有凸连接件20，所述支撑架10底部四角部设有凹连接件21，凹凸连接件的嵌合连接是用以边坡模型箱1与降雨模拟装置的连接，连接件用螺丝加固连接。
进一步地，所述标志物3及所述孔隙水压计4不影响所述透明土边坡2的变形性能。
进一步地，所述水泥块5为刚性，与边坡连接处为台阶型，下方铺设土工格栅；所述水泥块靠近路堤处将设置边沟。
进一步地，所述水泥块5具有多种形状，通过不同相对位置的安装搭配来模拟不同支护形式的挖填组合路基的影响。
如图4所示，开展试验时，有色水13将沿预测渗流方向22运动，造成透明土边坡2强度降低，形成滑动面，从而模拟滑坡的发生。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，本发明并不受上述实施例限制，凡在本发明的精神实质和基本原理之内，所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水力环境变化诱发挖填组合路基边坡分散性失稳破坏分析的试验装置，其特征在于：所述试验装置包括边坡模型箱和降雨模拟装置，所述边坡模型箱采用透明土作为填土，形成透明土边坡，所述透明土边坡的坡顶、坡脚、边坡段埋设具有明显颜色的标志物，疑似滑动面处埋设孔隙水压计；所述降雨模拟装置包括供水箱、降雨器、阀门和支撑架，所述降雨器通过供水管路与供水箱连接，所述供水箱采用有色水作为模拟降雨的雨水，所述支撑架连接边坡模型箱和降雨模拟装置，所述边坡模型箱的透明玻璃板前放置一摄影装置，摄影装置实时监测标志物的位移变化，有色水的渗流轨迹和模拟滑坡的全过程；
所述透明土是由无定形硅胶和无定形硅粉合成以模拟易发生静态液化的粉砂,其中，无定形硅胶合成以模拟砂土，无定形硅粉合成以模拟细粒粘土，所述细粒粘土占粉砂为0-30％；
所述挖填组合路基边坡中部埋设与边坡模型箱等宽的不同形状的水泥块；
所述水泥块为刚性，与边坡连接处为台阶型，下方铺设土工格栅，所述水泥块靠近路堤处设置边沟；
所述边坡模型箱的三面均为透明玻璃板，所述透明玻璃板内侧涂抹润滑剂。
2.根据权利要求1所述的水力环境变化诱发挖填组合路基边坡分散性失稳破坏分析的试验装置，其特征在于：所述阀门控制降雨的大小，由流量计记录降雨量和降雨强度。
3.根据权利要求1所述的水力环境变化诱发挖填组合路基边坡分散性失稳破坏分析的试验装置，其特征在于：所述边坡模型箱的顶部设有凸连接件，所述支撑架底部设有凹连接件，凹凸连接件嵌合连接。
4.根据权利要求1所述的水力环境变化诱发挖填组合路基边坡分散性失稳破坏分析的试验装置，其特征在于：所述边坡模型箱设有收集槽，所述收集槽固定于所述边坡模型箱中模拟滑坡前进方向一侧，所述收集槽靠近所述边坡模型箱一侧设有排水孔。
5.根据权利要求1所述的水力环境变化诱发挖填组合路基边坡分散性失稳破坏分析的试验装置，其特征在于：所述透明玻璃板之间设有横向支撑。
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