CN114397428A - 一种电渗排水联合电极锚固改良黄土边坡模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电渗排水联合电极锚固改良黄土边坡模型试验装置，包括矩形试验箱、改良黄土、高强度电极排水体、电源回路、气水分离排水系统、竖向荷载加压系统、降雨系统、振动台、温度控制系统、数据采集系统和太阳能系统；所述矩形试验箱底部内壁固定安装振动台，振动台上部卡接有土样仓；所述土样仓内部设有改良黄土分层填筑边坡土样，土样仓顶部设有竖向荷载加载系统。本发明可对改良黄土分层填筑的边坡模型开展电渗排水联合电极锚固的室内加固处理试验，并对该加固边坡进行一系列的稳定试验，模拟外界因素的影响，如降雨、地震、冻融、温度、竖向荷载等对加固边坡的影响。自动化程度高，提高了装置的便捷性。

Description

一种电渗排水联合电极锚固改良黄土边坡模型试验装置

技术领域

本发明涉及边坡加固工程模型试验技术领域，主要适用于土木-水利工程模型试验等技术领域，特别是涉及一种电渗排水联合电极锚固改良黄土边坡模型试验装置，属于试验设备技术领域。

背景技术

黄土在全球分布广泛，主要集中位于北半球的中国、俄罗斯、北美及欧洲等地。我国黄土的面积分布、厚度覆盖堪称世界之最，从西北到华北，跨越多个省市县，其中陕西、山西、甘肃、宁夏、青海的分布最为普遍。20世纪以来，我国在西北地区展开了大规模的基础设施建设，包括工业与民用建筑、公路建设、水利设施建设等，这必然带来了大量的黄土边坡工程。由于黄土长期遭受重力侵蚀、风力侵蚀和水流侵蚀等外界不良环境影响，导致黄土具有复杂的力学和结构特性，如黄土的湿陷性、多孔性、垂直节理发育、土颗粒之间不紧密、遇水粘聚力与强度迅速降低软化等，这些不良特性导致黄土内部结构脆弱，容易被破坏、造成整体的不稳定，故黄土边坡容易产生湿陷变形、剥落、滑塌、滑坡等地质灾害。坡面破坏和坡体破坏是黄土地区边坡破坏的主要类型，其中，外部水流的浸润、侵蚀和冲刷是造成黄土边坡失稳和破坏的主要因素。

目前，黄土边坡主要防护措施可分为工程防护、植被防护和排水防护。工程防护是指采用一些外部固化材料如：水泥、砂石、矿渣等对黄土边坡进行整体或局部的加固以起到坡面防护的作用。常用的工程防护分为：喷涂勾缝防护、抹面喷浆防护、护体墙、护面墙以及石砌防护等。植被防护是指通过植被的枝叶消弱雨水的冲击和飞溅，同时植物的根系扎根土壤，可以起到固化土壤，改良土壤的物理化学性质，提高土壤抗冲刷、抗侵蚀作用。排水防护是指修建一些排水设施将水及时快速排出，常用的黄土边坡排水设施有：截水沟、排水沟、引水渠和挡土墙等。实际的黄土边坡治理措施还包括消方治理、抗滑桩治理和锚杆治理，但是，现阶段的黄土边坡防护治理更多的只是注重一次性短期施工防护，没有考虑到降雨、地震等外界因素的长期影响；另外有很多黄土边坡工程设计人员对黄土边坡治理措施的适用性并不清楚，在设计过程中凭感觉采取设计方案，造成设计方案的不合理；还有大量的黄土边坡工程在后期运行过程中缺乏维护。由于环境影响的复杂性，这些原因都很容易造成黄土边坡发生二次滑坡等地质灾害。因此，黄土边坡在排水、加固和长期治理方面还较为欠缺，缺乏较为可靠高效的长期治理技术方法。对此，设计出一种高效安全的黄土边坡加固治理技术方法已刻不容缓。

电渗排水联合电极锚固加固改良黄土分层填筑边坡是治理黄土边坡的有效方法，该技术方法包括电渗排水、电极锚固、改良黄土以及分层填筑边坡。电渗排水是较有应用前景的排水固结方法，电渗排水通过外加电极形成电场使土体中的水分产生定向移动进而排出，其土体固结效率高，加固效果好，而且不受土体颗粒粒径限制，适应性强。电极锚固是指将电渗排水中的电极杆二次利用作为锚杆对黄土边坡进行加固和稳定。改良黄土是指由于电渗排水对细颗粒、低渗透性和高黏粒含量的黏土具有较好的加固作用，而黄土内部结构疏松、土颗粒之间不紧密，因此，需要在黄土中掺入合适比例的黏土对其进行改良，使电渗排水的作用效果加强，并且在掺入黏土后可以提高黄土的黏结力，增强黄土内部的稳定性。分层填筑是指在黄土边坡工程中，将改良好的黄土从下至上分层填筑、碾压和夯实，相比较一般的开挖边坡，分层填筑边坡可提高黄土边坡整体的牢固性和稳定性。

利用电渗排水联合电极锚固加固改良黄土分层填筑边坡技术方案不仅可以提高土体滑动带的抗剪强度，而且可以加快坡体内部的排水速率，提高黄土边坡的整体稳定性。目前针对该技术方法的作用机理和效果不得而知。因此，提供一种可视化观测研究电渗排水联合电极锚固加固改良黄土分层填筑边坡模型试验装置，是黄土边坡防护工程技术人员努力追求的方向，有利于工程实践的推广和应用。

发明内容

本发明的主要目的在于：针对现有技术的不足，提供一种电渗排水联合电极锚固改良黄土边坡模型试验装置，特别适用于研究黄土边坡的加固治理。

本发明所要解决的技术问题是：提供结构合理紧凑、安装拆卸方便、制造简易、安全可靠、操作简单、实用性强、多功能性的电渗排水联合电极锚固加固改良黄土分层填筑边坡模型试验装置，可以对改良黄土分层填筑的边坡模型开展电渗排水联合电极锚固的室内加固处理试验，试验过程中实时监测其各项参数，试验结束后对其进行定量分析。改良黄土分层填筑边坡加固处理结束后，试验装置还能够对该加固边坡进行一系列的稳定测试，模拟外界因素的影响，如降雨、地震、冻融、温度、竖向荷载等对加固边坡的影响。极具有产业上的利用价值。

本发明的技术方案：为了实现上述技术目的，本发明提出了一种电渗排水联合电极锚固改良黄土边坡模型试验装置，包括矩形试验箱、改良黄土、高强度电极排水体、电源回路、气水分离排水系统、竖向荷载加压系统、降雨系统、振动台、温度控制系统、数据采集系统、太阳能系统、改良黄土分层填筑边坡土样；

其中，所述矩形试验箱包括顶面开口的箱体和盖于箱体开口上的箱盖；所述矩形试验箱内自下而上包括振动台、改良黄土分层填筑边坡土样仓、竖向荷载加压系统和降雨系统；所述箱体侧壁设置有供水管道孔和预留孔；所述箱体底部设置有排水孔；所述箱盖罩设住箱体顶端，两者之间设置橡胶密封条；所述振动台固定安装于矩形试验箱内底部，振动台顶部平台设置有凹槽；所述改良黄土分层填筑边坡土样仓镶嵌于振动台顶部平台的凹槽中，所述改良黄土分层填筑边坡土样仓为梯形体结构，结构底部、两侧和背部均由透明有机玻璃板密封粘接制成，结构斜面和顶面为敞开式；所述改良黄土分层填筑边坡土样仓的侧壁绘制有坐标网格，所述竖向荷载加压系统水平设置在改良黄土分层填筑边坡土样上方；所述降雨系统的支供水管道架设在改良黄土分层填筑边坡土样上方。

其中，所述改良黄土包括原状黄土和软黏土。

其中，所述高强度电极排水体包括导电塑料管、不锈钢丝和土工膜过滤层；所述导电塑料管由导电塑料制成，管壁上设有排水孔和导水凹槽，用来提升排水空间和排水能力；所述导电塑料管外壁设有螺纹凹槽，用来提高导电塑料管在模型边坡内的锚固力；所述导电塑料管管壁内均匀插设不锈钢丝，用来提高导电塑料管力学性能和材料强度；所述导电塑料管外侧包裹有土工膜过滤层。

其中，所述电源回路包括通过防水导线依次串联的高强度阳极排水体、万用表、直流电源和高强度阴极排水体；所述万用表和直流电源设置在矩形试验箱外部；所述高强度阴极排水体一端与真空排水导管通过防漏气的排水管头和气动接头连接；所述高强度阳极排水体和强度阴极排水体，采用两种布置方式，第一种布置方式为：高强度阳极排水体沿着改良黄土分层填筑边坡土样仓中边坡土样的上部均匀分布，高强度阴极排水体沿着改良黄土分层填筑边坡土样仓中边坡土样的下部均匀布置，两者布置间距都控制在-cm之间，第二种布置方式为：高强度阳极排水体和高强度阴极排水体采用矩形阵列分布布置，其中，竖向布置间距控制在20-25cm，水平向布置间距控制在15-20cm。

其中，所述气水分离排水系统包括依次相连的排水管头、气动接头、真空排水导管、真空气水分离缸、真空导管和单级旋片真空泵，以及真空表和电子秤；所述真空排水导管的一端依次连通气动接头、排水管头和高强度阴极排水体，真空排水导管的另一端延伸进入真空气水分离缸底部；所述真空导管的一端延伸进入真空气水分离缸顶部，真空导管的另一端与单级旋片真空泵相连通；所述真空表安装在真空气水分离缸上方，用来监测真空气水分离缸内所达到的真空状态；所述电子秤设置于真空气水分离缸底部，实时监测真空气水分离缸中水的质量变化。

其中，所述竖向荷载加压系统包括光面刚性隔板、加载盒和砝码块；所述光面刚性隔板水平放置在改良黄土分层填筑边坡土样上方；所述加载盒安置于光面刚性隔板上部，内部可根据试验要求不同竖向荷载放置不同质量的砝码块。

其中，所述降雨系统包括供水箱、抽水管道、抽水泵、排水管、加压泵、流量控制阀、主供水管道、支供水管道和变径喷头；所述抽水管道的一端延伸进入供水箱与内部储蓄水源相连通；抽水管道的另一端与抽水泵的进水口相连通；所述排水管的一端与抽水泵的出水口相连通，排水管的另一端加压泵相连通；所述流量控制阀的进水口通过排水管与加压泵的一端相连通，流量控制阀的出水口与主供水管道相连通；所述主供水管道与支供水管道相连通，为支供水管道供水；所述变径喷头均匀安装在支供水管道上。

其中，所述振动台设置安装在矩形试验箱内底部，振动台上部放置改良黄土分层填筑边坡土样仓。

其中，所述温度控制系统包括防水导线、温度调节器、蓄电池、温度传感器和制冷制热设备；所述温度调节器和蓄电池设置安装在矩形试验箱外侧箱壁上；所述温度传感器和制冷制热设备设置安装在矩形试验箱内侧箱壁上；所述温度调节器通过防水导线与温度传感器和制冷制热设备相连接；所述蓄电池通过防水导线与温度调节器、温度传感器和制冷制热设备相连接。

其中，所述数据采集系统包括设置安装于改良黄土分层填筑边坡土样中的不锈钢电势探头、孔隙水压力计探头、空隙气压力计探头、含水率传感器探头和温度传感器探头，安装于改良黄土分层填筑边坡土样外部的竖向激光位移传感器和水平激光位移传感器，以及设置安装于矩形试验箱外的数据采集仪与计算机；所述不锈钢电势探头、孔隙水压力计探头、空隙气压力计探头、含水率传感器探头、温度传感器探头、竖向激光位移传感器和水平激光位移传感器分别通过传感数据线与数据采集仪和计算机相连接。

其中，所述太阳能系统包括光伏组件和独立运行逆变器，太阳能系统设置安装于户外。

作为本发明（发明）再进一步的方案：所述矩形试验箱边角处做L型金属边角条加固和玻璃胶防水处理；所述箱盖罩设住箱体顶端，箱体和箱盖之间设置橡胶密封条；所述箱体侧壁的供水管道孔和预留孔孔径处设置有柔性密封带；所述箱体底部的排水孔安装有龙头开关；所述矩形试验箱均采用高强度和绝缘有机玻璃制成。

本发明进一步设置为：所述矩形试验箱侧壁的供水管道孔可通过主供水管道为降雨系统提供水源；所述预留孔可以引出防水导线、传感数据线以及真空排水导管等；所述箱体底部的排水孔可将降雨系统模拟过程中多余的降水量及时从矩形试验箱排出。

本发明进一步设置为：所述矩形试验箱中的改良黄土分层填筑边坡土样仓为梯形体结构，结构底部、两侧和背部均由透明有机玻璃板密封粘接制成，结构斜面和顶面为敞开式。

作为本发明（发明）再进一步的方案：所述改良黄土由一定比例的原状黄土和软黏土配制而成，改良黄土在改良黄土分层填筑边坡土样仓内分层铺设、分层夯实。

作为本发明（发明）再进一步的方案：所述高强度电极排水体中的导电塑料管外壁设有螺纹凹槽，用来提高导电塑料管在模型边坡内的锚固力。

作为本发明（发明）再进一步的方案：所述电源回路中的高强度电极排水体（阴极）与真空排水导管通过防漏气的排水管头和气动接头连接，所述高强度电极排水体（阴极和阳极）与防水导线连接处采用相应的防水措施进行防水。

作为本发明（发明）再进一步的方案：所述电源回路中的高强度电极排水体（阴极和阳极）可采用两种布置方式。第一种布置方式为：所述高强度阳极排水体沿着改良黄土分层填筑边坡土样仓中边坡土样的上部均匀分布，布置间距控制在15-20cm；所述高强度阴极排水体沿着改良黄土分层填筑边坡土样仓中边坡土样的下部均匀布置，布置间距控制在15-20cm。由于试验主要模拟的是电渗排水联合电极锚固对改良黄土分层填筑边坡的加固处理，所以试验模拟过程中高强度电极排水体的布置与改良黄土分层填筑边坡施工同步进行。模型试验开始时，先在改良黄土分层填筑边坡土样仓底部按控制间距均匀布置高强度阴极排水体，然后将改良黄土分层填入改良黄土分层填筑边坡土样仓中，当土样达到改良黄土分层填筑边坡土样仓顶部时，将高强度阳极排水体沿着改良黄土分层填筑边坡土样仓中边坡土样的上部按控制间距均匀布置；之后，继续填入改良黄土，直至与改良黄土分层填筑边坡土样仓顶面平齐。

第二种布置方式为：高强度阳极排水体和高强度阴极排水体采用矩形阵列分布布置，其中，竖向布置间距控制在20-25cm，水平向布置间距控制在15-20cm。由于试验主要模拟的是电渗排水联合电极锚固对改良黄土分层填筑边坡的加固处理，所以试验模拟过程中高强度电极排水体的布置与改良黄土分层填筑边坡施工同步进行。模型试验开始时，先在改良黄土分层填筑边坡土样仓底部按控制间距均匀布置高强度阴极排水体，然后将改良黄土分层填入改良黄土分层填筑边坡土样仓中，当土样达到预定高度后，按照控制间距均匀布置高强度阳极排水体，之后继续将改良黄土填入改良黄土分层填筑边坡土样仓中，当土样再次达到预定高度后，按照控制间距均匀布置高强度阴极排水体，按照此规律高强度电极排水体（阴极和阳极）交替布置，改良黄土分层填筑，直至与改良黄土分层填筑边坡土样仓顶面平齐。

作为本发明（发明）再进一步的方案：所述振动台固定安装于矩形试验箱内底部，所述振动台顶部平台设置有与改良黄土分层填筑边坡土样仓相匹配对接的凹槽，改良黄土分层填筑边坡土样仓装样后放置于振动台顶部平台凹槽中，避免振动台在模拟地震工况时改良黄土分层填筑边坡土样仓及边坡土样整体性的失稳翻倒。

作为本发明（发明）再进一步的方案：所述数据采集系统中的不锈钢电势探头设置为3组，每组设置有3个不锈钢电势探头，3组不锈钢电势探头沿改良黄土分层填筑边坡土样深度方向均匀分布，每组的3个不锈钢电势探头沿改良黄土分层填筑边坡土样不同深度面上均匀布置，以测量电势分布沿边坡土样深度及距高强度电极排水体（阴极和阳极）不同距离处的变化规律。

作为本发明（发明）再进一步的方案：所述数据采集系统中的孔隙水压力计探头、空隙气压力计探头、含水率传感器探头和温度传感器探头各设置2组，一组沿改良黄土分层填筑边坡土样深度方向均匀分布，以测孔隙水压力、空隙气压力、含水率和温度沿边坡土样深度的变化规律；另一组沿高强度电极排水体（阴极和阳极）长度方向均匀分布，以测孔隙水压力、空隙气压力、含水率和温度沿高强度电极排水体（阴极和阳极）长度方向的变化规律。

作为本发明（发明）再进一步的方案：所述数据采集系统中的竖向激光位移传感器安装于改良黄土分层填筑边坡土样仓上部矩形试验箱箱盖底部，用于监测试验过程中改良黄土分层填筑边坡土样表面的沉降变形。

作为本发明（发明）再进一步的方案：所述数据采集系统中的水平激光位移传感器安装于矩形试验箱前壁，用于监测试验过程中改良黄土分层填筑边坡土样斜面的变形。

本发明的有益效果为：

1.可对改良黄土分层填筑边坡土样开展电渗排水联合电极锚固加固试验，并对加固后的改良黄土分层填筑边坡土样进行一系列的稳定测试试验，模拟外界环境因素对加固后改良黄土分层填筑边坡土样的影响，开展降雨试验、振动台试验、冻融循环试验、变温试验和堆载试验来模拟降雨、地震、冻融、温度变化和竖向堆载对加固边坡土样的影响。

2.在试验过程中可以实时监测改良黄土分层填筑边坡土样的各项参数，主要包括边坡土样内部的电势变化、孔隙水压力变化、孔隙气压力变化、含水率变化和温度变化；边坡土样外部的竖向变形位移和水平变形位移。

3.通过在黄土中掺入不同比例的软黏土，可以得到不同性能的改良黄土，进一步提高改良黄土分层填筑边坡土样的稳固性和电渗排水效果。

4.高强度电极排水体中，通过在导电塑料管内壁插入不锈钢丝，可以进一步增强导电塑料管的导电性能和材料强度；通过在导电塑料管外壁设置螺纹凹槽，可以进一步提高导电塑料管对模型边坡的锚固作用。

5.电源回路装置中，直流电源可进行调控，给电源回路提供不同的电压，并实时监测电源回路中电流的大小。电源回路装置中排水管头需要进行特殊定制，以便将高强度阴极排水体的一端与气动接头契合紧密相接。

6.通过气水分离排水系统的设置，可将改良黄土分层填筑边坡土样内的水分通过真空负压吸力排出并收集到真空气水分离缸中；通过电子秤实时监测真空气水分离缸中水的质量变化，可以得到改良黄土分层填筑边坡模型在电渗排水联合电极锚固加固作用下的排水量和排水效果。

7.气水分离排水系统中，高强度阴极排水体通过排水管头、气动接头和真空排水导管与真空气水分离缸底部相接通；单级旋片真空泵通过真空导管与真空气水分离缸顶部相接通；由此在试验过程中排水从底部排进真空气水分离缸，排气从顶部排出真空气水分离缸，进而使排水和排气分离开来，避免排水直接排进单级旋片真空泵内，造成真空泵的损坏。

8.竖向荷载加压系统中，加载盒内部可根据模型试验所需荷载放置不同质量的砝码块，使试验过程更为精确且极为方便。

9.降雨系统中，供水管道分为主供水管道和支供水管道；主供水管道为若干支供水管道供水，为模型试验提供一定范围的降雨面积；设置加压泵的主要作用是通过调节水流压力来模拟降雨过程中雨强大小的变化；设置流量控制阀的主要作用是通过控制阀门开度大小来控制管道内的水流量，进而模拟降雨过程中雨量大小的变化。降雨系统为加固后的改良黄土分层填筑边坡土样开展降雨试验提供自动化程度较高的试验条件。

10.通过降雨系统的降水量和矩形试验箱箱体底部排水孔排出的水量之差，可以计算出降雨系统中最终有多少质量的水渗入到了改良黄土分层填筑边坡土样内部，然后在电渗排水联合电极锚固加固作用下，改良黄土分层填筑边坡土样内的水分排出并收集到真空气水分离缸中，由此便可得知改良黄土分层填筑边坡土样内部水分的变化，进而得到该加固方法的排水效率。

11.振动台装置中的振动方向设置为X、Y和Z三个方向，用来模拟地震产生时地震波的传播方向。

12.温度控制系统中，温度调节器为一个简单的芯片（单片机），通过设置温度调节器的温度值，使制冷制热设备工作，进而改变矩形试验箱内部的温度。温度控制系统为加固后的改良黄土分层填筑边坡土样开展冻融循环试验提供自动化程度较高的试验条件。

13.通过数据采集系统的设置，对改良黄土分层填筑边坡土样中的电势分布变化、孔隙水压力、空隙气压力、排水量、含水率、电流变化、温度变化、沉降和变形进行实时监控和记录，无需人工测量和读数，自动化程度高，数据可靠。

附图说明

图1为本发明一种电渗排水联合电极锚固改良黄土边坡模型试验装置整体结构示意图；

图2为本发明一种电渗排水联合电极锚固改良黄土边坡模型试验装置中高强度电极排水体结构示意图。

图3为本发明一种电渗排水联合电极锚固改良黄土边坡模型试验装置中数据采集系统布置结构示意图。

图中：1、矩形试验箱，2、箱体，3、箱盖，4、供水管道孔，5、预留孔，6、排水孔，7、改良黄土分层填筑边坡土样仓，8、坐标网格，9、改良黄土，10、高强度电极排水体，11、导电塑料管，12、不锈钢丝，13、土工膜过滤层，14、电源回路，15、防水导线，16、高强度阳极排水体，17、万用表，18、直流电源，19、高强度阴极排水体，20、气水分离排水系统，21、排水管头，22、气动接头，23、真空排水导管，24、真空气水分离缸，25、真空表，26、真空导管，27、单级旋片真空泵，28、竖向荷载加压系统，29、光面刚性隔板，30、加载盒，31、砝码块，32、降雨系统，33、供水箱，34、抽水管道，35、抽水泵，36、排水管，37、加压泵，38、流量控制阀，39、主供水管道，40、支供水管道，41、变径喷头，42、振动台，43、温度控制系统，44、温度调节器，45、蓄电池，46、温度传感器，47、制冷制热设备，48、数据采集系统，49、改良黄土分层填筑边坡土样，50、不锈钢电势探头，51、孔隙水压力计探头，52、空隙气压力计探头，53、含水率传感器探头，54、温度传感器探头，55、竖向激光位移传感器，56、水平激光位移传感器，57、传感数据线，58、数据采集仪，59、计算机，60、太阳能系统，61、电子秤，62、光伏组件，63、独立运行逆变器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设置”应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

参照图1、图2和图3，一种电渗排水联合电极锚固改良黄土边坡模型试验装置，包括矩形试验箱1、改良黄土9、高强度电极排水体10、电源回路14、气水分离排水系统20、竖向荷载加压系统28、降雨系统32、振动台42、温度控制系统43、数据采集系统48、太阳能系统60、改良黄土分层填筑边坡土样49。

本发明的一个具体实施方式，所述矩形试验箱1包括顶面开口的箱体2和盖于箱体2开口上的箱盖3；所述箱体2侧壁设置有供水管道孔4和预留孔5；所述箱体2底部设置有排水孔6；所述矩形试验箱1内部自下而上设置安装振动台42、改良黄土分层填筑边坡土样仓7、竖向荷载加压系统28和降雨系统32；

其中，所述矩形试验箱1采用高强度和绝缘有机玻璃制成；

其中，所述矩形试验箱1边角处做L型金属边角条加固和玻璃胶防水处理；

其中，所述箱盖3罩设住箱体2顶端，箱体2和箱盖3之间设置有橡胶密封条，确保矩形试验箱1的密封性；

其中，所述供水管道孔4通过主供水管道39为降雨系统32提供水源；

其中，所述预留孔5可引出防水导线15、传感数据线57以及真空排水导管23等；

其中，所述供水管道孔4和预留孔5孔径处设置有柔性密封带，确保矩形试验箱1的密封性；

其中，所述排水孔6安装有龙头开关，方便对矩形试验箱1内部进行排水；

其中，所述改良黄土分层填筑边坡土样仓7为梯形体结构，底部、两侧和背部均由透明有机玻璃板密封粘接制成，斜面和顶面为敞开式；

其中，所述改良黄土分层填筑边坡土样仓7的侧壁绘制有坐标网格，方便更加详细直观的观察改良黄土分层填筑边坡土样49在模型试验过程中的变形、裂缝和位移变化情况。

本发明的一个具体实施方式，所述改良黄土9中包括一定比例的原状黄土和软黏土，为了提高黄土中细颗粒和高黏粒的含量，使电渗排水的作用效果加强，并进一步提高黄土颗粒之间的黏结力，增强黄土内部的稳定性；

其中，所述改良黄土9可根据试验要求设定不同的掺和比来配置不同掺和比的改良黄土9，并将不同掺和比的改良黄土9在改良黄土分层填筑边坡土样仓7内分层填筑成边坡模型，对不同掺和比的改良黄土9分层填筑的边坡模型开展加固试验和一系列的测稳试验。

其中，所述软黏土选自南京江宁区，土体液限值为44.5%，塑性指数为22.8，其性质接近高液限黏土；

本发明的一个具体实施方式，所述高强度电极排水体10包括导电塑料管11、不锈钢丝12和土工膜过滤层13；所述不锈钢丝12均匀分布于导电塑料管11管壁内，用来提高导电塑料管11的导电性能、力学性能和材料强度；所述土工膜过滤层13包裹在导电塑料管11外侧，起到过滤作用，防止土颗粒堵塞导电塑料管11的排水孔和导水凹槽，影响排水效率；

其中，所述导电塑料管11由导电塑料制成，管壁上设有排水孔和导水凹槽，用来提升排水空间和排水能力；

其中，所述导电塑料管11外壁设有螺纹凹槽，用来提高导电塑料管11在模型边坡内的锚固力；

其中，所述土工膜过滤层13由土工织物制成；

其中，所述不锈钢丝12均匀穿插在导电塑料管11管壁内，高强度电极排水体10的一端露出少许内部导电铜丝和不锈钢丝12，方便通过与防水导线15接通接入电源回路14。

本发明的一个具体实施方式，所述电源回路14包括通过防水导线15依次相连的高强度阳极排水体16、万用表17、直流电源18和高强度阴极排水体19；所述若干根高强度阳极排水体16通过防水导线15依次相连并与直流电源18阳极连接；所述若干根高强度阴极排水体19一端通过防水导线15依次相连并与直流电源18阴极连接。

其中，所述高强度阳极排水体16和高强度阴极排水体19均为高强度电极排水体10。

其中，所述万用表17和直流电源18设置于矩形试验箱1外。

其中，所述高强度阴极排水体19一端通过防水导线15依次相连并与直流电源18阴极连接；另一端通过排水管头21和气动接头22与真空排水导管23相连，进而与真空气水分离缸24和单级旋片真空泵27相连通。

其中，所述所述高强度阳极排水体16和强度阴极排水体19采用两种布置方式。

其中，所述第一种布置方式为：所述所述高强度阳极排水体16和强度阴极排水体19采用两种布置方式，第一种布置方式为：所述高强度阳极排水体16沿着改良黄土分层填筑边坡土样仓7中边坡土样的上部均匀分布，布置间距控制在15-20cm；所述高强度阴极排水体19沿着改良黄土分层填筑边坡土样仓7中边坡土样的下部均匀布置，布置间距控制在15-20cm。

其中，所述第二种布置方式为：高强度阳极排水体16和高强度阴极排水体19采用矩形阵列分布布置，其中，竖向布置间距控制在20-25cm，水平向布置间距控制在15-20cm，所述高强度阳极排水体16和强度阴极排水体19交替布置。

其中，所述高强度阳极排水体16和强度阴极排水体19的布置与改良黄土分层填筑边坡施工同步进行，改良黄土分层填筑边坡土样仓7内一边填筑改良黄土9一边在设定位置布置所述高强度阳极排水体16和强度阴极排水体19。

其中，所述所述高强度阳极排水体16和强度阴极排水体19与防水导线连接处采用相应的防水措施进行防水。

其中，所述电源回路14装置中，直流电源18可进行调控，给电源回路14提供不同的电压，并实时监测电源回路14中电流的大小。

其中，所述电源回路14装置中排水管头21需要进行特殊定制，以便将高强度阴极排水体19的一端与气动接头22契合紧密相接。

本发明的一个具体实施方式，所述气水分离排水系统20包括依次相连的排水管头21、气动接头22、真空排水导管23、真空气水分离缸24、真空导管26和单级旋片真空泵27，以及真空表25和电子秤61。气水分离排水系统20可以得到改良黄土分层填筑边坡模型在电渗排水联合电极锚固加固作用下的排水量和排水效果。

其中，所述真空排水导管23的一端依次通过气动接头22和排水管头21与高强度阴极排水体19相接通，真空排水导管23的另一端与真空气水分离缸24底部相接通。

其中，所述真空导管26的一端与真空气水分离缸24的顶部相接通，真空导管26的另一端与单级旋片真空泵27相接通。

其中，所述真空表25安装在真空气水分离缸24上方，用来监测真空气水分离缸24内所达到的真空状态

其中，所述电子秤61设置于真空气水分离缸24底部，用于量测从边坡土样中排出收集到真空气水分离缸24中的排水量。

其中，所述单级旋片真空泵27抽气通过真空导管26传递使真空气水分离缸24处于真空负压状态，真空气水分离缸24内真空负压的吸力通过真空排水导管23、气动接头22、排水管头21和高强度阴极排水体19进而将改良黄土分层填筑边坡土样仓7内土体水分排出并收集到真空气水分离缸24中。

其中，所述高强度阴极排水体19通过排水管头21、气动接头22和真空排水导管23与真空气水分离缸24底部相接通；单级旋片真空泵27通过真空导管26与真空气水分离缸24顶部相接通；这是考虑到在试验过程中排水从底部排进真空气水分离缸24，排气从顶部排出真空气水分离缸24，避免排水直接排进单级旋片真空泵内，造成真空泵的损坏。

本发明的一个具体实施方式，所述竖向荷载加压系统28包括从下而上设置的光面刚性隔板29、加载盒30和砝码块31。为模型试验提供不同大小的竖向荷载，用来模拟边坡顶部堆载物对加固边坡稳定性的影响。

其中，所述光面刚性隔板29水平放置在改良黄土分层填筑边坡土样49上方。

其中，所述加载盒30为矩形盒体，安置于光面刚性隔板29上部，内部可根据需要放置不同质量的砝码块31，为模型试验提供不同大小的竖向荷载，用来模拟边坡顶部堆载物对加固边坡稳定性的影响。

本发明的一个具体实施方式，所述降雨系统32包括供水箱33、抽水管道34、抽水泵35、排水管36、加压泵37、流量控制阀38、主供水管道39、支供水管道40和变径喷头41。为加固后的改良黄土分层填筑边坡土样49开展降雨试验提供自动化程度较高的试验条件。

其中，所述供水箱33内储蓄有水，为降雨系统32提供水源。

其中，所述抽水管道34的一端与供水箱33内部储蓄水源相接通，抽水管道34的另一端与抽水泵35的进水口相接通。

其中，所述排水管36的一端与抽水泵35的出水口相接通，排水管36的另一端与加压泵37相接通。

其中，所述加压泵37与流量控制阀38进水口相连通，加压泵37的主要功能是用来调控水流压力，通过水流压力的调控来模拟降雨过程中雨强大小的变化。

其中，所述流量控制阀38出水口与主供水管道39相连通，流量控制阀38的主要功能是通过控制阀门的开度大小精确控制系统内水的流量，用来模拟降雨过程中雨量大小的变化。

其中，所述主供水管道39与各支供水管道40相接通，给各支供水管道40供水。

其中，所述变径喷头41均匀安装在支供水管道40上，为模型试验提供均匀的降雨量和降雨强度。

其中，所述支供水管道40为模型试验提供一定范围的降雨面积。

本发明的一个具体实施方式，所述振动台42固定安装于矩形试验箱1内底部，主要作用是通过振动台42的三向振动来模拟地震这一影响结构稳定性的不良因素。

其中，所述振动台42顶部平台设置有凹槽，改良黄土分层填筑边坡土样仓7装样后放置于振动台42顶部平台凹槽中，避免振动台42在模拟地震工况时改良黄土分层填筑边坡土样仓7及边坡土样整体性的失稳翻倒。

其中，所述振动台42装置中的振动方向设置为X、Y和Z三个方向，用来模拟地震产生时地震波的传播方向。

本发明的一个具体实施方式，所述温度控制系统43包括防水导线15、温度调节器44、蓄电池45、温度传感器46和制冷制热设备47。为模型试验模拟不同温度环境条件和冻融循环试验工况，为加固后的改良黄土分层填筑边坡土样49开展冻融循环试验提供自动化程度较高的试验条件。

其中，所述温度调节器44和蓄电池45设置安装在矩形试验箱1外侧箱壁上。

其中，所述温度传感器46和制冷制热设备47设置安装在矩形试验箱1内侧箱壁上。

其中，所述蓄电池45通过防水导线15与温度调节器44、温度传感器46和制冷制热设备47相连接，为其提供电能。

其中，所述温度调节器44通过防水导线15与温度传感器46和制冷制热设备47相连接，温度调节器44的主要功能是通过设置不同温度值来控制制冷制热设备47工作，使矩形试验箱1内部温度与温度调节器44温度设定值相同。

其中，所述温度传感器46通过防水导线15与温度调节器44相连接，温度传感器46的主要功能是将矩形试验箱1内部温度变化信息传递给温度调节器44，温度调节器44对温度传感器46传递的温度变化信号进行处理进而控制制冷制热设备47进行工作，从而调节矩形试验箱1内部温度与温度调节器44的温度设定值相同。

本发明的一个具体实施方式，所述数据采集系统48包括不锈钢电势探头50、孔隙水压力计探头51、空隙气压力计探头52、含水率传感器探头53、温度传感器探头54、竖向激光位移传感器55、水平激光位移传感器56、传感数据线57、数据采集仪58和计算机59，用于收集和分析模型试验过程中实时监测的各项数据。

其中，所述不锈钢电势探头50、孔隙水压力计探头51、空隙气压力计探头52、含水率传感器探头53、温度传感器探头54设置安装于改良黄土分层填筑边坡土样49中。

其中，所述竖向激光位移传感器55和水平激光位移传感器56安装于改良黄土分层填筑边坡土样49外部。

其中，所述数据采集仪58和计算机59安装于矩形试验箱1外部。

其中，所述不锈钢电势探头50、孔隙水压力计探头51、空隙气压力计探头52、含水率传感器探头53、温度传感器探头54、竖向激光位移传感器55和水平激光位移传感器56分别通过传感数据线57与数据采集仪58和计算机59相连接。

其中，所述不锈钢电势探头50设置为3组，每组设置有3个不锈钢电势探头50，3组不锈钢电势探头50沿改良黄土分层填筑边坡土样49深度方向均匀分布，每组的3个不锈钢电势探头50沿改良黄土分层填筑边坡土样49不同深度面上均匀布置。

其中，所述孔隙水压力计探头51、空隙气压力计探头52、含水率传感器探头53和温度传感器探头54各设置2组，一组沿改良黄土分层填筑边坡土样49深度方向均匀分布，另一组沿高强度电极排水体10（阴极和阳极）长度方向均匀分布。

其中，所述竖向激光位移传感器55安装于改良黄土分层填筑边坡土样仓7上部矩形试验箱1箱盖3底部，用于监测试验过程中改良黄土分层填筑边坡土样49表面的沉降变形。

其中，所述水平激光位移传感器56安装于矩形试验箱1前壁，用于监测试验过程中改良黄土分层填筑边坡土样49斜面的变形

本发明的一个具体实施方式，所述太阳能系统60包括光伏组件62和独立运行逆变器63，太阳能系统60设置安装于户外，按现有技术安装，为整个系统供电。

具体使用和试验过程

以下结合具体实施方式和附图对本发明作进一步的说明，参见图1、图2 和图3。

在使用时，首先将原状黄土和软黏土按一定比例掺和配制，配制一定量的改良黄土9，然后将改良黄土9分层填筑到改良黄土分层填筑边坡土样仓内7形成边坡模型，对不同掺和比的改良黄土9分层填筑的边坡模型开展电渗排水联合电极锚固的室内加固处理试验。

在使用时，改良黄土9分层填筑到改良黄土分层填筑边坡土样仓内7，高强度电极排水体10的布置与改良黄土分层填筑进边坡土样仓同步进行，高强度电极排水体10的布置采用两种方式：

采用第一种布置方式时，先在改良黄土分层填筑边坡土样仓7底部按控制间距均匀布置高强度阴极排水体19，布置间距控制在15-20cm；其次将改良黄土9分层填入改良黄土分层填筑边坡土样仓7中，当改良黄土9达到改良黄土分层填筑边坡土样仓7顶部一定位置时，再将高强度阳极排水体16沿着改良黄土9上表层按控制间距均匀布置，布置间距控制在15-20cm；最后继续填入改良黄土9，直至与改良黄土分层填筑边坡土样仓7顶面平齐。

采用第二种布置方式时，先在改良黄土分层填筑边坡土样仓7底部按水平控制间距均匀布置高强度阴极排水体19，然后将改良黄土9按竖向控制间距填入到改良黄土分层填筑边坡土样仓7中，当土样达到预定高度后，再按照水平控制间距均匀布置高强度阳极排水体16，之后继续将改良黄土9按竖向控制间距填入到改良黄土分层填筑边坡土样仓7中，当土样再次达到预定高度后，按照水平控制间距均匀布置高强度阴极排水体19，按照此规律高强度电极排水体10（阴极19和阳极16）交替布置，改良黄土9分层填筑，直至与改良黄土分层填筑边坡土样仓7顶面平齐。其中，竖向布置间距控制在20-25cm，水平向布置间距控制在15-20cm。

在使用时，高强度阳极排水体16布置前一端通过防水导线15依次相接并与直流电源18阳极连接；高强度阴极排水体19布置前一端通过防水导线15依次相接并与直流电源18阴极连接，另一端通过排水管头21和气动接头22与真空排水导管23相连；万用表17串联接通在电源回路14中；万用表17和直流电源18放置在矩形试验箱1外。

在使用时，防水导线15可通过预留孔5引出改良黄土分层填筑边坡土样仓7与放置在矩形试验箱1外的万用表17和直流电源18相连接。

在使用时，将填筑布置好的改良黄土分层填筑边坡土样仓7镶嵌到振动台42顶部平台的凹槽中，防止振动台42在模拟地震工况时改良黄土分层填筑边坡土样仓7及边坡土样整体性的失稳翻倒。

在使用时，真空排水导管23通过气动接头22和排水管头21与高强度阴极排水体19一端相接通，真空气水分离缸24放置在电子秤61上方；模型试验开始时，首先关闭真空排水导管23上的开关阀门，打开真空导管26上的开关阀门，开启单级旋片真空泵27，使真空气水分离缸24内部的真空度达到80kpa左右，其次将真空排水导管23上的阀门开通，使气水分离排水系统20开始进行抽气排水工作；模型试验结束时，先将真空排水导管23上的阀门关闭，然后关闭单级旋片真空泵27，使气水分离排水系统20停止抽气排水工作；试验过程中，可将改良黄土分层填筑边坡土样49内的水分通过真空负压吸力排出并收集到真空气水分离缸24中；通过电子秤实时监测真空气水分离缸24中水的质量变化，可以得到改良黄土分层填筑边坡模型在电渗排水联合电极锚固加固作用下的排水量和排水效果。

在使用时，真空排水导管23可通过预留孔5引出与真空气水分离缸24相连通。

在使用时，改良黄土分层填筑边坡土样49加固处理结束后，试验装置还能够对该加固边坡进行一系列的稳定测试试验，模拟外界环境因素对加固后改良黄土分层填筑边坡土样49的影响，开展降雨试验、振动台试验、冻融循环试验、变温试验和堆载试验来模拟降雨、地震、冻融、温度变化和竖向堆载对加固边坡土样的影响。

在使用时，开展降雨试验时，首先开启降雨系统32中的抽水泵35，使供水箱33内的水在变径喷头41均匀流出；然后通过调节加压泵37来调控水流压力，通过水流压力的调控来模拟降雨过程中雨强大小的变化，通过调节流量控制阀38来控制阀门的开度大小，通过控制阀门的开度大小精确控制系统内水的流量，用来模拟降雨过程中雨量大小的变化；为降雨试验提供不同的降雨量和降雨强度。

在使用时，通过降雨系统32供水箱33内蓄水的质量变化，可得出降雨试验时降水量的大小，然后通过降雨系统32的降水量和矩形试验箱1箱体底部排水孔6排出的水量之差，即可换算出降雨试验中最终有多少质量的水渗入到了改良黄土分层填筑边坡土样49内部；最后通过真空气水分离缸24收集到的排水量，换算出在电渗排水联合电极锚固加固作用下的排水效果。

在使用时，主供水管道39可通过供水管道孔4为支供水管道40提供水源。

在使用时，开展堆载试验时，首先将竖向荷载加压系统28中的光面刚性隔板29放置在改良黄土分层填筑边坡土样仓7上部，与改良黄土分层填筑边坡土样49水平紧贴；其次将加载盒30水平放置在光面刚性隔板29上方；最后将不同质量的砝码块31均匀放置于加载盒30内，为模型试验提供不同大小的竖向荷载，用来模拟边坡顶部堆载物对加固边坡稳定性的影响。

在使用时，开展振动台试验时，首先将填筑好的改良黄土分层填筑边坡土样仓7固定镶嵌在振动台42顶部平台设置的凹槽中，然后开启振动台42，使振动台42朝X、Y和Z三个方向振动，通过振动台42的三向振动来模拟地震这一影响结构稳定性的不良因素。

在使用时，开展冻融循环试验和变温试验时，温度控制系统43中的蓄电池45为温度调节器44、温度传感器46和制冷制热设备47供电，首先根据试验要求的温度给温度调节器44设定不同的温度范围值，当矩形试验箱1内部温度较高时，达到温度调节器44设置的上限值时，温度传感器46工作，向温度调节器44传递信号，温度调节器44通过对温度传感器46传递的温度变化信号进行处理进而控制制冷制热设备47进行制冷工作，使矩形试验箱1内部温度达到温度调节器44设定的温度范围内；当矩形试验箱1内部温度较低时，达到温度调节器44设置的下限值时，温度传感器46工作，向温度调节器44传递信号，温度调节器44通过对温度传感器46传递的温度变化信号进行处理进而控制制冷制热设备47进行制热工作，使矩形试验箱1内部温度达到温度调节器44设定的温度范围内。温度控制系统43通过以上工作原理调节矩形试验箱1内部温度与温度调节器44的温度设定值相同，为模型试验模拟不同温度环境条件和冻融循环试验工况。

在使用时，开展模型试验过程中试验相关数据的采集时，不锈钢电势探头50设置为3组，每组设置有3个不锈钢电势探头50，3组不锈钢电势探头50沿改良黄土分层填筑边坡土样49深度方向均匀分布，每组的3个不锈钢电势探头50沿改良黄土分层填筑边坡土样49不同深度面上均匀布置。

在使用时，孔隙水压力计探头51、空隙气压力计探头52、含水率传感器探头53和温度传感器探头54各设置2组，每组设置有3个探头，一组沿改良黄土分层填筑边坡土样49深度方向均匀分布，另一组沿高强度电极排水体10（阴极和阳极）长度方向均匀分布。

在使用时，竖向激光位移传感器55安装于改良黄土分层填筑边坡土样仓7上部矩形试验箱1箱盖3底部，用于监测试验过程中改良黄土分层填筑边坡土样49表面的沉降变形。

在使用时，水平激光位移传感器56安装于矩形试验箱1前壁，用于监测试验过程中改良黄土分层填筑边坡土样49斜面的变形。

在使用时，不锈钢电势探头50、孔隙水压力计探头51、空隙气压力计探头52、含水率传感器探头53、温度传感器探头54、竖向激光位移传感器55和水平激光位移传感器56分别通过传感数据线57与数据采集仪58和计算机59相连接。

在使用时，太阳能系统60由光伏组件62和独立运行逆变器63组成，太阳能系统60设置安装于户外，按现有技术安装。太阳能系统60通过防水导线15为整个系统的用电单元供电。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电渗排水联合电极锚固改良黄土边坡模型试验装置，其特征在于：包括矩形试验箱（1）、改良黄土（9）、高强度电极排水体（10）、电源回路（14）、气水分离排水系统（20）、竖向荷载加压系统（28）、降雨系统（32）、振动台（42）、温度控制系统（43）、数据采集系统（48）、太阳能系统（60）、改良黄土分层填筑边坡土样（49）；

其中，所述矩形试验箱（1）包括顶面开口的箱体（2）和盖于箱体开口上的箱盖（3）；所述矩形试验箱（1）内自下而上包括振动台（42）、改良黄土分层填筑边坡土样仓（7）、竖向荷载加压系统（28）和降雨系统（32）；所述箱体（2）侧壁设置有供水管道孔（4）和预留孔（5）；所述箱体（2）底部设置有排水孔（6）；所述箱盖（3）罩设住箱体（2）顶端，两者之间设置橡胶密封条；所述振动台（42）固定安装于矩形试验箱（1）内底部，振动台（42）顶部平台设置有凹槽；所述改良黄土分层填筑边坡土样仓（7）镶嵌于振动台（42）顶部平台的凹槽中，所述改良黄土分层填筑边坡土样仓（7）为梯形体结构，结构底部、两侧和背部均由透明有机玻璃板密封粘接制成，结构斜面和顶面为敞开式；所述改良黄土分层填筑边坡土样仓（7）的侧壁绘制有坐标网格（8），所述竖向荷载加压系统（28）水平设置在改良黄土分层填筑边坡土样（49）上方；所述降雨系统（32）的支供水管道（40）架设在改良黄土分层填筑边坡土样（49）上方；

其中，所述改良黄土（9）包括原状黄土和软黏土；

其中，所述高强度电极排水体（10）包括导电塑料管（11）、不锈钢丝（12）和土工膜过滤层（13）；所述导电塑料管（11）管壁上设有排水孔和导水凹槽，用来提升排水空间和排水能力；所述导电塑料管（11）外壁设有螺纹凹槽，用来提高导电塑料管（11）在模型边坡内的锚固力；所述导电塑料管（11）管壁内均匀插设不锈钢丝（12），用来提高导电塑料管（11）力学性能和材料强度；所述导电塑料管（11）外侧包裹有土工膜过滤层（13）；

其中，所述电源回路（14）包括通过防水导线（15）依次串联的高强度阳极排水体（16）、万用表（17）、直流电源（18）和高强度阴极排水体（19）；所述万用表（17）和直流电源（18）设置在矩形试验箱（1）外部；所述高强度阴极排水体（19）一端与真空排水导管（23）通过防漏气的排水管头（21）和气动接头（22）连接；所述高强度阳极排水体（16）和强度阴极排水体（19），采用两种布置方式，第一种布置方式为：高强度阳极排水体（10）沿着改良黄土分层填筑边坡土样仓（7）中边坡土样的上部均匀分布，高强度阴极排水体（19）沿着改良黄土分层填筑边坡土样仓（7）中边坡土样的下部均匀布置，两者布置间距都控制在15-20cm之间，第二种布置方式为：高强度阳极排水体（16）和高强度阴极排水体（19）采用矩形阵列分布布置，其中，竖向布置间距控制在20-25cm，水平向布置间距控制在15-20cm；

其中，所述气水分离排水系统（20）包括依次相连的排水管头（21）、气动接头（22）、真空排水导管（23）、真空气水分离缸（24）、真空导管（26）和单级旋片真空泵（27），以及真空表（25）和电子秤（61）；所述真空排水导管（23）的一端依次连通气动接头（22）、排水管头（21）和高强度阴极排水体（19），真空排水导管（23）的另一端延伸进入真空气水分离缸（24）底部；所述真空导管（26）的一端延伸进入真空气水分离缸（24）顶部，真空导管（26）的另一端与单级旋片真空泵（27）相连通；所述真空表（25）安装在真空气水分离缸（24）上方，用来监测真空气水分离缸（24）内所达到的真空状态；所述电子秤（61）设置于真空气水分离缸（24）底部，实时监测真空气水分离缸（24）中水的质量变化；

其中，所述竖向荷载加压系统（28）包括光面刚性隔板（29）、加载盒（30）和砝码块（31）；所述光面刚性隔板（29）水平放置在改良黄土分层填筑边坡土样（49）上方；所述加载盒（30）安置于光面刚性隔板（29）上部，内部可根据试验要求不同竖向荷载放置不同质量的砝码块；

其中，所述降雨系统（32）包括供水箱（33）、抽水管道（34）、抽水泵（35）、排水管（36）、加压泵（37）、流量控制阀（38）、主供水管道（39）、支供水管道（40）和变径喷头（41）；所述抽水管道（34）的一端延伸进入供水箱（33）与内部储蓄水源相连通；抽水管道（34）的另一端与抽水泵（35）的进水口相连通；所述排水管（36）的一端与抽水泵（35）的出水口相连通，排水管（36）的另一端加压泵（37）相连通；所述流量控制阀（38）的进水口通过排水管（36）与加压泵（37）的一端相连通，流量控制阀（38）的出水口与主供水管道（39）相连通；所述主供水管道（39）与支供水管道（40）相连通，为支供水管道（40）供水；所述变径喷头（41）均匀安装在支供水管道（40）上；

其中，所述振动台（42）设置安装在矩形试验箱（1）内底部，振动台（42）上部放置改良黄土分层填筑边坡土样仓（7）；

其中，所述温度控制系统（43）包括防水导线（15）、温度调节器（44）、蓄电池（45）、温度传感器（46）和制冷制热设备（47）；所述温度调节器（44）和蓄电池（45）设置安装在矩形试验箱（1）外侧箱壁上；所述温度传感器（46）和制冷制热设备（47）设置安装在矩形试验箱（1）内侧箱壁上；所述温度调节器（44）通过防水导线（15）与温度传感器（46）和制冷制热设备（47）相连接；所述蓄电池（45）通过防水导线（15）与温度调节器（44）、温度传感器（46）和制冷制热设备（47）相连接；

其中，所述数据采集系统（48）包括设置安装于改良黄土分层填筑边坡土样（49）中的不锈钢电势探头（50）、孔隙水压力计探头（51）、空隙气压力计探头（52）、含水率传感器探头（53）和温度传感器探头（54），安装于改良黄土分层填筑边坡土样（49）外部的竖向激光位移传感器（55）和水平激光位移传感器（56），以及设置安装于矩形试验箱（1）外的数据采集仪（58）与计算机（59）；所述不锈钢电势探头（50）、孔隙水压力计探头（51）、空隙气压力计探头（52）、含水率传感器探头（53）、温度传感器探头（54）、竖向激光位移传感器（55）和水平激光位移传感器（56）分别通过传感数据线（57）与数据采集仪（58）和计算机（59）相连接；

其中，所述太阳能系统（60）包括光伏组件（62）和独立运行逆变器（63），太阳能系统（60）设置安装于户外。

2.根据权利要求1所述的电渗排水联合电极锚固加固改良黄土分层填筑边坡模型试验装置，其特征在于：所述矩形试验箱（1）包括顶面开口的箱体（2）和盖于开口上的箱盖（3），所述箱盖（3）罩设住箱体（2）顶端，箱体（2）和箱盖（3）之间设置橡胶密封条；所述箱体（2）侧壁设置有供水管道孔（4）和预留孔（5），主供水管道（39）、防水导线（15）、传感数据线（57）以及真空排水导管（23）等穿入矩形试验箱（1）内部，并在其孔口处设置有柔性密封带，箱体（2）边角处做L型金属边角条加固和玻璃胶防水处理；所述箱体（2）底部设置有排水孔，排水孔口处安装有龙头开关（6）；所述矩形试验箱（1）均采用高强度和绝缘有机玻璃制成。

3.根据权利要求1所述的电渗排水联合电极锚固加固改良黄土分层填筑边坡模型试验装置，其特征在于：所述改良黄土（9）由一定比例的原状黄土和软黏土配制而成，改良黄土（9）在改良黄土分层填筑边坡土样仓（7）内分层铺设、分层夯实。

4.根据权利要求1所述的电渗排水联合电极锚固加固改良黄土分层填筑边坡模型试验装置，其特征在于：所述高强度电极排水体（10）的一端露出少许内部导电铜丝和不锈钢丝（12），方便通过防水导线（15）接入电源回路（14）。

5.根据权利要求1所述的电渗排水联合电极锚固加固改良黄土分层填筑边坡模型试验装置，其特征在于：所述电源回路（14）中，排水管头（21）与高强度阴极排水体（19）连接处需要通过防水胶带密封粘接。

6.根据权利要求1所述的电渗排水联合电极锚固加固改良黄土分层填筑边坡模型试验装置，其特征在于：所述气水分离排水系统（20）中，真空排水导管（23）和真空导管（26）上各设置一个开关阀门；启动气水分离排水系统（20）时，真空排水导管（23）上的阀门关闭，真空导管（26）上的阀门开通，开启单级旋片真空泵（27）使真空气水分离缸（24）内部真空度达到80kpa左右，然后将真空排水导管（23）上的阀门开通，使气水分离排水系统（20）开始进行抽气排水工作；停止气水分离排水系统（20）时，先将真空排水导管（23）上的阀门关闭，然后关闭单级旋片真空泵（27）。

7.根据权利要求1所述的电渗排水联合电极锚固加固改良黄土分层填筑边坡模型试验装置，其特征在于：所述竖向荷载加压系统（28）中，加载盒（30）内部的砝码块（31）需要均匀平稳放置。

8.根据权利要求1所述的电渗排水联合电极锚固加固改良黄土分层填筑边坡模型试验装置，其特征在于：所述降雨系统（32）中，主供水管道（39）为各支供水管道（40）提供水源；加压泵（37）为管道中的水流提供压力；流量控制阀（38）控制管道中流量的大小；支供水管道（40）上的变径喷头（41）可调节喷孔大小和喷射角度。

9.根据权利要求1所述的电渗排水联合电极锚固加固改良黄土分层填筑边坡模型试验装置，其特征在于：所述振动台（42）顶部平台设置有矩形凹槽，所述改良黄土分层填筑边坡土样仓（7）固定镶嵌在振动台（42）顶部平台的凹槽中。

10.根据权利要求1所述的电渗排水联合电极锚固加固改良黄土分层填筑边坡模型试验装置，其特征在于：所述温度控制系统（43）中，矩形试验箱（1）内侧箱壁上不同位置放置多个温度传感器（46），最终将多个温度传感器（46）监测到的平均温度变化信号传递给温度调节器（44）；所述数据采集系统（48）中的传感探头在改良黄土边坡土样分层填筑时进行预埋，各传感探头另一端的传感数据线（57）需要预留长度。

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