CN209708465U - 土体渗透破坏模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种土体渗透破坏模拟装置，以解决现有的渗透破坏模拟装置不能够应用于动荷载影响下的土体渗透破坏实验分析的技术问题。它包括土体、荷载加载装置和渗透模拟装置；所述渗透模拟装置使所述土体发生水渗现象；所述荷载加载装置设置在所述土体的上方。一种土体渗透破坏模拟装置，所述土体渗透破坏模拟装置包括土体容器、渗透模拟装置、荷载加载装置和测量装置；所述渗透模拟装置包括带阀门的水管；所述土体容器用于盛装土体，所述土体容器设有水土流失口、水管贯穿口和观察区；所述荷载加载装置使土体或土体容器震动；所述测量装置包括位移计、土压力盒和控制器；通过它能够观察动荷载影响下的土体渗透破坏情形。

Description

土体渗透破坏模拟装置

技术领域

本实用新型涉及路基塌陷实验测量装置，具体涉及一种土体渗透破坏模拟装置。

背景技术

随着城市地下管线老化，管网漏水情况多发，管线附近的土体也因受水渗破坏而发生路面塌陷。此种情形引发的路面塌陷具有隐蔽性特点，平时难以观察，这不利于完善和验证地面塌陷理论。

目前并不存在完整的理论体系能够揭示城市路面下空洞形成的机理、发育规律，现有研究方法仅从土体破坏的角度分析土体渗透破坏规律。

公开于2017年11月24日的中国专利文献CN105572319B记载了一种水力诱导覆盖型岩溶塌陷模拟试验装置，包括水位控制单元、人工降雨模拟单元、试验单元和智能监测单元，其中：所述水位控制单元用于控制试验过程中试验单元的承压水位和潜水位；所述的人工降雨模拟单元与所述水位控制单元连接，由所述水位控制单元提供用于模拟人工降雨的供水；所述试验单元包括潜水层模拟箱和设置于所述潜水层模拟箱下方的承压层水箱，用于覆盖型岩溶塌陷试验，所述潜水层模拟箱的左右两侧分别设置有不锈钢网，每个不锈钢网与潜水层模拟箱的左右两侧分别构成左右水箱用于为潜水层土体均匀供水；所述智能监测单元包括水压力传感器、土压力传感器、光学传感器、激光位移传感器、土壤水分传感器和数码相机，所述水压力传感器与设置于潜水层模拟箱的后面板上的测孔相连，所述测孔采取中间下部密集，其余部位分散，且沿中心线左右两侧错位布置；所述土压力传感器设置于所述潜水层模拟箱的底板表面；所述光学传感器布置于承压层水箱上端前后两侧中心处，用来监测覆盖层中细颗粒受水力因素影响启动流入承压层水箱的量，为覆盖型岩溶塌陷土洞形成过程提供依据；所述激光位移传感器设置于所述试验单元的上方，用于监测地表沉降；所述土壤水分传感器布置于待测土壤模型的潜水层非饱和带，用于监测土壤含水量，为覆盖型岩溶塌陷最终的土拱失稳提供依据；所述数码相机设置在所述试验单元的正前方，用于拍摄试验过程和结果；其中，所述的潜水层模拟箱和承压层水箱由有机透明玻璃制成，所述承压层水箱的顶部设有承压层水箱顶板，与潜水层模拟箱的底板连接，两部分之间通过止水橡胶垫止水；所述潜水层模拟箱的左右两侧分别设置有不锈钢网并分别与所述不锈钢网构成左右水箱用于为潜水层土体均匀供水；在不锈钢网的底部分别设置有有机玻璃板用于为进入的水头消能，防止进水口水流直接与土体接触；在潜水层模拟箱的底板中间位置开有一空洞，并配有四个滑动槽，所述滑动槽用于设置岩溶裂隙模拟板，通过设置于裂隙岩溶模拟板侧边的左右裂隙隙宽控制片调整岩溶裂隙的隙宽。

实用新型内容

前述的水力诱导覆盖型岩溶塌陷模拟试验装置仅用于模拟岩溶塌陷，发明人研究后发现，城市管线一般布设在城市道路两侧的边沿、人行道或绿化带下方，这样，交通动载也属于土体渗透破坏重要的影响因素之一。

本实用新型的发明目的是提供一种土体渗透破坏模拟装置，用于模拟路面水渗塌陷，以解决现有的渗透破坏模拟装置不能够应用于动荷载影响下的土体渗透破坏实验分析的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

设计一种土体渗透破坏模拟装置，包括土体、荷载加载装置和渗透模拟装置；所述渗透模拟装置用于向所述土体内供水，以使所述土体发生水渗现象；所述荷载加载装置安装在设置在所述土体的上方的压力分散体上，，所述压力分散体的下表面为板面，压力分散体的下表面≥所述土体的上表面。

优选的，所述荷载加载装置是激振器、凸轮振动装置和超声波发生器中的至少一种；当所述荷载加载装置是激振器或凸轮振动装置时，所述荷载加载装置设置在所述土体的上方。

设计一种土体渗透破坏模拟装置，包括土体容器、荷载加载装置和渗透模拟装置；所述土体容器用于盛装土体，在所述土体容器的侧面或底面设有水土流失口；所述渗透模拟装置用于向所述土体内供水，以使所述土体发生水渗现象；所述荷载加载装置安装在设置在所述土体的上方的压力分散体上，压力分散体的下表面略小于所述土体容器的上表面，以使所述压力分散体的边沿处的应力集中效应弱，且又能够在所述土体容器内活动，，或者，所述荷载加载装置用于使所述土体容器发生震动。

优选的，所述荷载加载装置是激振器、凸轮振动装置和超声波发生器中的至少一种。

进一步的，还包括测量装置，所述测量装置用于测量所述土体上表面的沉降位移和/或所述土体内部的压力。

优选的，所述渗透模拟装置包括带阀门的水管，所述水管伸入所述土体或所述土体容器内，所述阀门设置在所述土体或所述土体容器外方，用于接入带压水源。

进一步的，所述土体容器侧面的不同高度上设有多个水管贯穿口，所述水管从至少一个所述水管贯穿口伸入所述土体容器内，未设有所述水管的所述水管贯穿口设有用于封堵对应的水管贯穿口的堵头。

又进一步的，在所述土体容器的侧面设有透明材料形成的观察区，所述多个水管贯穿口等距设置在观察区的不同高度上。

进一步的，所述水管的侧面还设有透水孔，所述透水孔设置在对应于所述土体内或所述土体容器内的所述水管上。

进一步的，所述渗透模拟装置还包括恒压水箱，所述恒压水箱设有进水口、上出水口、下出水口，上出水口、下出水口均低于进水口设置，下出水口与所述阀门管道连通。

与现有技术相比，本实用新型一种土体渗透破坏模拟装置的有益效果是：采用荷载加载装置使土体发生振动，以模拟土体在动载荷影响下的土体渗透破坏情形，这样，实验人员就能够观测土体表面的沉降现象，还可以借助测量工具或其它测量装置测量土体表面的沉降位移、它能够应用于路面的水渗塌陷模拟实验。

附图说明

图1为本实用新型一种土体渗透破坏模拟装置的主视图。

图2为本实用新型一种土体渗透破坏模拟装置的侧剖视图。

图中，1-土体容器，11-堵头，12-水土流失口，13-箍筋，14-观察区，2-土体，21-含水土层，22-粉料标记层，31-水管，311-透水孔，32-阀门，4-荷载加载装置，41-压力分散体，411-位移测量孔，51-土压力盒，52-位移计，521-测杆，53-控制器，6-恒压水箱，61-进水口，62-上出水口，63-下出水口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本实用新型的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本实用新型，并不以任何方式限制本实用新型的范围。

实施例1：一种土体渗透破坏模拟装置，包括土体容器1、土体2、荷载加载装置4和渗透模拟装置。在土体渗透破坏实验中，土体2是必须的，而土体容器1仅用于盛装土体2，也就是说土体容器1并非是必须的，在漏水点外方的土体也能够对漏水点形成包围，此时，下述的压力分散体41的下表面最好≥土体2的上表面，这样压力分散体41的压力分散效果最好，其边沿处也就不存在应力集中效应。为了方便操作及说明，本实施例中采用有土体容器1。

土体渗透破坏模拟装置还可以包括有测量装置，所述测量装置用于测量所述土体2上表面的沉降位移和/或土体2内部的压力，根据需要，测量装置可以具有一种或两种功能。

荷载加载装置4是激振器、凸轮振动装置和超声波发生器中的至少一种；当荷载加载装置4是激振器或凸轮振动装置时，荷载加载装置4可以安装在压力分散体41上，压力分散体41选择为钢板，压力分散体41设置在土体2的上表面上，激振器或凸轮振动装置发出的震动通过压力分散体41传导至土体2，以使土体2发生震动。压力分散体41的尺寸应略小于土体容器2的尺寸，这样，荷载加载装置4工作时，因压力分散体4与土体容器2之间间隙较小，基本上能够将动压力分散至土体2的上表面，在压力分散体4的边沿处作用于土体2上的应力集中效应弱，且又能够在土体容器1内活动，对测量的误差影响可以忽略不计；根据需要，在压力分散体41上设有位移测量孔411，位移测量孔411垂直投影在带阀门32的水管31上；荷载加载装置4也可以安装在土体容器1上，激振器或凸轮振动装置发出的震动通过土体容器1传导至土体容器1内的土体2，以使土体2发生震动；当荷载加载装置4是超声波发生器时，由于超声波发生器发出的是超声波，其是能够在空气中传导的，这样只要超声波发生器发出的超声能够传导至土体2并作用于土体2就可以了，此时荷载加载装置4可以根据需要固定在需要的位置。本实施例中，荷载加载装置4选用激振器。

渗透模拟装置用于向土体2内供水，以使土体2发生水渗现象。渗透模拟装置包括带阀门32的水管31，水管31伸入土体2或土体容器1内，由于水管31的端头处即能够使水流出，所以这样能够在土体2或土体容器1内形成出水口；阀门32设置在土体2或土体容器1外方，用于接入带压水源。根据需要，可以采用堵头将土体2内或土体容器1内的水管31端头处堵塞，在水管31的侧面设有透水孔311，透水孔311设置在对应于所述土体2内或所述土体容器1内的所述水管31上，这样能够设置较大的渗水区域。阀门32包括截止阀或流量调节阀，用于使水管开通或截止。阀门32还可以包括有压力调节阀，压力调节阀设置在截止阀或流量调节阀与土体2或土体容器1之间，用于使土体2或土体容器1处的水流的压力恒定，可以代替在本实施例中采用的恒压水箱6。

渗透模拟装置还可以包括有恒压水箱6，恒压水箱6可以选择带上开口的水箱，这样能够形成空气透孔，恒压水箱6包括进水口61、上出水口62和下出水口63，下出水口63与阀门32通过管道连通，当荷载加载装置4使土体2或土体容器1发生侧向震动时，下出水口63与土体2或土体容器1间的管道最好设有软管段，这样能够减少土体2或土体容器1侧向的震动传导到恒压水箱6处。使用时，恒压水箱6的进水口可以管道连通自来水源，也可以连通水泵的出水口，使用时，水泵的进水口设置在水体内。固定恒压水箱6时，最好能够调节恒压水箱的高度，也就是说最好选择在不同高度上具有多个固定位的固定架，这时下出水口63与土体2或土体容器1间的管道应该设有软管段，这样就能够调整下出水口63与土体2或土体容器1中的水管31之间的压力差。

土体容器1选择为带上开口的箱体，这样便于装填土以形成土体2，也便于将荷载加载装置4、压力分散体41设置在土体2的上方。在土体容器1的侧面或底面设有水土流失口12。根据需要，可以在土体容器1侧面的不同高度上等距设有多个水管贯穿口，本实施例中，相邻的两个水管贯穿口的高度差选择为150mm，水管31从至少一个水管贯穿口伸入土体容器1内，未设有水管31的水管贯穿口设有用于封堵对应的水管贯穿口的堵头11，堵头11最好采用弹性塞，例如橡胶塞、木塞。土体容器1的侧面最好设有透明材料形成的观察区14，这样就能够通过观察区14观察土体容器1内部的情形。透明材料有亚克力、玻璃，其中钢化玻璃的安全性好。当透明材料选用玻璃时，在玻璃与土体容器的连接处最好设置有弹性减震材料，减震材料有橡胶、玻璃胶。为防止观察区14因压力倾覆，在土体容器1的上、中、下位置设置了3条箍筋13。

测量装置可以包括位移计52、土压力盒51、控制器53，控制器53应该设有与位移计52、土压力盒51对应的模拟信号输入接口或数字信号输入接口，控制器53可以采用安装有RS232采集板卡和RS232控制板卡的电子计算机，RS232控制板卡应能够将RS232信号转换为不同频率的方波，RS232控制板卡的信号输出端与激振器的控制端电连接，以驱动激振器输出不同频率的震动荷载。位移计52安装土体容器1上，位移计52的测杆垂直设置，位移计52的测杆521的测量端可以设有压力分散球，压力分散球的直径最好小于位移测量孔的直径，测杆521垂直设置在位移测量孔内，压力分散球的底面与压力分散体土体2的上表面相接，由于水管31渗水诱发的塌陷主要集中于水管31的上部，压力分散球能分散测杆521底端的压力，这样位移计52的测量精度较准。位移计52与控制器53的信号输入接口对应电连接，这样就能够通过位移计52测量土体2塌陷时的沉降位移，，土压力盒51与控制器53的信号输入接口对应电连接，这样就能够通过土压力盒51测量土体2内部的压力。土压力盒51可以设置一个、两个或多个，在土体2的上部应设置有一个土压力盒51，可以根据需要在土体2内的不同高度上设置其它的土压力盒51。

实施例2：一种土体渗透破坏模拟装置，包括土体容器1、渗透模拟装置、荷载加载装置4和测量装置；渗透模拟装置包括带阀门32的水管31，在水管31的侧面设有透水孔311，透水孔311设置在对应于土体容器1内的所述水管31上，在对应于土体容器1内的水管31的端头处设有堵头；土体容器1用于盛装土体2，在土体容器1的侧面或底面设有水土流失口12，在土体容器1的侧面设有透明材料形成的观察区14,在观察区14的不同高度上等距设有多个水管贯穿口，这样从观察区14可以直接观察到水管31周围的空陷形成和土体2的塌陷过程；荷载加载装置4用于向所述土体2提供动压力，具体的，荷载加载装置4安装在压力分散体41上，压力分散体41放置在土体2的上，压力分散体41的下表面略小于土体容器1的上表面，以使所述压力分散体的边沿处的应力集中效应弱，且又能够在所述土体容器内活动，或者，荷载加载装置4用于使土体容器1发生震动；在压力分散体41上设有位移测量孔411，位移测量孔411垂直投影在带阀门32的水管31上；测量装置包括位移计52、土压力盒51和控制器53，位移计52的测杆521的测量端可以固定连接有压力分散球，用于测量土体2上表面的沉降位移，土压力盒51用于测量所述土体2内部的压力。

使用时，制作含水土，取土并依次进行干燥、制粉、掺水拌和处理；根据需要在土体容器1的内壁涂设离析层，离析层材料可以是油膏、垫纸，油膏可以选择凡士林，当离析层材料选用垫纸时，应在观察区14处留空，以避免垫纸遮挡观察区14；根据需要在水土流失口12放置垫纸，以避免此后向土体容器1放置含水土时，含水土从水土流失口12大量掉落；

然后将含水土分层放置入土体容器1内，相邻的两层含水土层21之间通过粉料标记层22隔开，粉料标记层22可以选用白石灰，其粒径只要能够满足不影响水体渗透和土体2塌陷即可，这样能够从观察区14直观的观察土体2沉降程度，在放置每层含水土层21后对含水土压实处理，每层含水土层21的压实厚度对应于相邻的两个水管贯穿口的高度差，对应于150mm，然后放置一个土压力盒31，使土压力盒31的导线露出于土体容器1，利用堵头11将不需要设置带阀门32的31水管的水管贯穿口封堵，当土体容器1内的土层高度到达对应于需要设置带阀门32的水管31的位置时，还要将水管31经水管贯穿孔插入土体容器1内，并使水管31侧面的透水孔311全部位于土体容器1内；这时土体容器1内的含水土层21和标记层22就形成对应的土体2；接着将安装有荷载加载装置4的压力分散体41上放置在土体2的上表面；将位移计52固定在土体容器2上，位移计52的测杆521垂直设置在位移测量孔411内且其端部与土体2的上表面相接，并将位移计52、土压力盒51的信号输出端接入对应的控制器的信号输入接口；参见图1，位移计52、土压力盒51的导线存在直角形折弯形成富余，这样在土体2深陷时，不会导致因导线长度受限导致土压力盒51或位移计52测量不准；将恒压水箱6设置在需要的高度，关闭阀门32，将下出水口63与阀门32通过管道连通，将上出水口62通过管道导向排水管；做好观察记录准备后，向恒压水箱6内注水，打开阀门32，开启荷载加载装置4，通过观察区14观察土体2变化并记录因水管31渗漏形成的流失通道的过程，并借助控制器53记录土压力盒51周围的应力数据、与土体2上表面发生的位移数据。

在实验时，可根据需要将带阀门32的水管31插入对应位置的水管贯穿孔内。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：采用荷载加载装置使土体发生振动，以模拟土体在动载荷影响下的土体渗透破坏情形，这样，实验人员就能够观测土体表面的沉降现象，还可以借助测量工具或其它测量装置测量土体表面的沉降位移、它能够应用于路面的水渗塌陷模拟实验。

上面结合附图和实施例对本实用新型作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本实用新型宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本实用新型的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (11)

1.一种土体渗透破坏模拟装置，包括土体和渗透模拟装置，其特征在于，还包括荷载加载装置；所述渗透模拟装置用于向所述土体内供水，以使所述土体发生水渗现象；所述荷载加载装置安装在设置在所述土体的上方的压力分散体上，所述压力分散体的下表面为板面，压力分散体的下表面≥所述土体的上表面。

2.如权利要求1所述的土体渗透破坏模拟装置，其特征在于，所述荷载加载装置是激振器、凸轮振动装置和超声波发生器中的至少一种；当所述荷载加载装置是激振器或凸轮振动装置时，所述荷载加载装置设置在所述土体的上方。

3.如权利要求1或2所述的土体渗透破坏模拟装置，其特征在于，还包括测量装置，所述测量装置用于测量所述土体上表面的沉降位移和/或所述土体内部的压力。

4.一种土体渗透破坏模拟装置，包括土体容器和渗透模拟装置，其特征在于，还包括荷载加载装置；所述土体容器用于盛装土体，在所述土体容器的侧面或底面设有水土流失口；所述渗透模拟装置用于向所述土体内供水，以使所述土体发生水渗现象；所述荷载加载装置安装在设置在所述土体的上方的压力分散体上，压力分散体的下表面略小于所述土体容器的上表面，以使所述压力分散体的边沿处的应力集中效应弱，且又能够在所述土体容器内活动，或者，所述荷载加载装置用于使所述土体容器发生震动。

5.如权利要求4所述的土体渗透破坏模拟装置，其特征在于，所述荷载加载装置是激振器、凸轮振动装置和超声波发生器中的至少一种。

6.如权利要求4或5所述的土体渗透破坏模拟装置，其特征在于，还包括测量装置，所述测量装置用于测量所述土体上表面的沉降位移和/或所述土体内部的压力。

7.如权利要求4或5所述的土体渗透破坏模拟装置，其特征在于，所述渗透模拟装置包括带阀门的水管，所述水管伸入所述土体或所述土体容器内，所述阀门设置在所述土体或所述土体容器外方，用于接入带压水源。

8.如权利要求7所述的土体渗透破坏模拟装置，其特征在于，所述土体容器侧面的不同高度上设有多个水管贯穿口，所述水管从至少一个所述水管贯穿口伸入所述土体容器内，未设有所述水管的所述水管贯穿口设有用于封堵对应的水管贯穿口的堵头。

9.如权利要求8所述的土体渗透破坏模拟装置，其特征在于，在所述土体容器的侧面设有透明材料形成的观察区，所述多个水管贯穿口等距设置在观察区的不同高度上。

10.如权利要求7所述的土体渗透破坏模拟装置，其特征在于，所述水管的侧面还设有透水孔，所述透水孔设置在对应于所述土体内或所述土体容器内的所述水管上。

11.如权利要求7所述的土体渗透破坏模拟装置，其特征在于，所述渗透模拟装置还包括恒压水箱，所述恒压水箱设有进水口、上出水口、下出水口，上出水口、下出水口均低于进水口设置，下出水口与所述阀门管道连通。