一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)方法及系統(tǒng)，步驟：A、翻曬土樣，控制含水率、填土厚度；B、分層填土再統(tǒng)一削坡，埋設(shè)部分監(jiān)測(cè)元器件；C、靜置邊坡待裂隙開(kāi)展，布設(shè)位移傳感器；D、記錄物理量初始值；E、用模擬降雨器在坡肩進(jìn)行滴淋式集中降雨，控制降雨量；F、按降雨階段監(jiān)測(cè)物理量與降雨量；G、降雨-蒸發(fā)反復(fù)進(jìn)行，模擬干濕循環(huán)；H、記錄邊坡形態(tài)變化，分析結(jié)果。該系統(tǒng)包括：模型箱、監(jiān)測(cè)元器件、模擬降雨器，監(jiān)測(cè)元器件裝在模型箱中，模擬降雨器放置在模型箱上部坡肩處。本發(fā)明適用于各類膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)，對(duì)膨脹土邊坡穩(wěn)定性與災(zāi)變機(jī)理的研究具有重要意義。
【專利說(shuō)明】一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖土工程測(cè)試領(lǐng)域，更具體涉及一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)方法，同時(shí)還涉及一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)的系統(tǒng)，它適用于測(cè)試不同類型膨脹土邊坡在吸濕條件下、邊坡表面與內(nèi)部不同部位的變形特征與演化規(guī)律。
【背景技術(shù)】
[0002]在實(shí)際工程中，膨脹土邊坡失穩(wěn)滑坡多表現(xiàn)為季節(jié)性，大氣環(huán)境因素是其主要控制條件之一，由于氣候變化而引發(fā)的邊坡失穩(wěn)、路堤滑塌、渠道滑坡廣泛存在。
[0003]一般來(lái)說(shuō)，持續(xù)降雨或反復(fù)降雨均是誘發(fā)滑坡的主要原因。在降雨條件下，膨脹土邊坡隨著水分的入滲，富含親水性礦物蒙脫石、伊利石的膨脹土大量吸水，一方面發(fā)生較大的膨脹變形，另一方面，膨脹土的抗剪強(qiáng)度隨著飽和度的增長(zhǎng)持續(xù)降低，最終累積過(guò)大的變形而發(fā)生滑坡。因此，開(kāi)展膨脹土邊坡吸濕變形的特征與發(fā)展規(guī)律方面的研究，對(duì)于滑坡的預(yù)報(bào)、防范與處治，都有著一定的指導(dǎo)意義。
[0004]為了更好的將膨脹土膨脹變形機(jī)理與試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際工程，往往需要依托實(shí)際工程，以渠道或邊坡典型斷面作為參考，按比例建立膨脹土邊坡模型，開(kāi)展膨脹土邊坡吸濕膨脹變形室內(nèi)物理模型試驗(yàn)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)描述、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與試驗(yàn)結(jié)果，研究模擬降雨條件或其它供水條件下，膨脹土吸水膨脹變形的變化特征與發(fā)展規(guī)律，探討邊坡破壞模式與失穩(wěn)機(jī)理，為工程設(shè)計(jì)、建設(shè)提供一定的理論依據(jù)。
[0005]現(xiàn)有的膨脹土邊坡變形試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，往往是在黏性土邊坡試?yàn)?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)上加以改造，試驗(yàn)方法也基本采用一般黏性土邊坡變形試驗(yàn)的方法，在邊坡變形發(fā)展到一定程度，達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，預(yù)期滑動(dòng)面也常按照?qǐng)A弧形進(jìn)行考慮，這難以反映出膨脹土滲透性低，邊坡變形淺層性，變形量大，以及邊坡變形與破壞受裂隙控制作用明顯等諸多特點(diǎn)。
[0006]因此，為解決以上缺陷問(wèn)題，急需對(duì)現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置與方法進(jìn)行改造，提出一種適用于膨脹土邊坡吸濕變形的模型試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法，確保試驗(yàn)成果真實(shí)可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是在于提供了一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)的方法，方法易行，能有效的研究不同類型膨脹土邊坡在吸濕條件下，邊坡表面與內(nèi)部不同部位的變形特征與演化規(guī)律，以及邊坡滲流場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變特征與變化規(guī)律，其測(cè)試精度高，操作簡(jiǎn)便，用料節(jié)約，適用范圍廣。
[0008]本發(fā)明的另一個(gè)目的是在于提供了一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，針對(duì)不同類型、膨脹等級(jí)的膨脹土進(jìn)行不同供水條件下的吸濕變形試驗(yàn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮了膨脹土滲透性差，裂隙發(fā)育，濕脹干縮，變形量大等特點(diǎn)，還考慮了不同邊坡特征，主要是不同坡比與坡高等工況，可以較好的體現(xiàn)低滲透性膨脹土邊坡吸濕變形的特征與演化規(guī)律。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施:一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)的方法，其步驟是:
步驟一:對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集土樣進(jìn)行翻曬，測(cè)定土樣含水率達(dá)到原狀樣的50飛0%時(shí)進(jìn)行填土。填筑土體與實(shí)際工程邊坡土體保持一致或相似，保持土體的滲透性、膨脹性、力學(xué)性質(zhì)與原狀土最大程度上的相似性。土體填筑尺寸應(yīng)結(jié)合模型箱的尺寸，并考慮膨脹土導(dǎo)水率小，一般小于10_6m/s,坡表水分較難入滲,填筑尺寸控制為厚度約0.6"0.8m。
[0010] 步驟二:在模型箱內(nèi)部側(cè)壁均勻涂抹凡士林，將土樣在模型箱中進(jìn)行階梯狀水平分層填筑，填筑分4層進(jìn)行，每層土體填筑工序?yàn)?松鋪一人工壓實(shí)一表面刮毛，第一層填筑土體松鋪約98"l02cm,壓實(shí)至約68~72cm ;第二層填筑土體松鋪約68~72cm,壓實(shí)至約48~52cm ;第三層填筑土體松鋪約58~62cm,壓實(shí)至約38~42cm ;第四層填筑土體松鋪約58飛2cm，壓實(shí)至約38~42cm。每一層填筑后，進(jìn)行含水率取樣測(cè)定與環(huán)刀法密度測(cè)定，每層檢測(cè)2~3個(gè)點(diǎn)，達(dá)到含水率(15~20%)和干密度(1.5^1.7g/cm3)的要求。土體填筑時(shí)，在設(shè)計(jì)位置埋設(shè)土壓力盒、沉降板、水分傳感器。邊坡填筑完成后，按設(shè)計(jì)坡比約1:1.5~1:3進(jìn)行統(tǒng)一削坡。
[0011]步驟三:對(duì)填筑完成后的邊坡進(jìn)行靜置處理，坡體逐漸產(chǎn)生裂隙，待裂隙開(kāi)展至與實(shí)際工況相似時(shí)，在邊坡表面設(shè)計(jì)位置布設(shè)位移傳感器。
[0012]步驟四:在降雨進(jìn)行之前，記錄各監(jiān)測(cè)物理量的初始值，得到邊坡初始含水率狀態(tài)與應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分布。
[0013]步驟五:將模擬降雨器放置在坡肩位置上方，在邊坡表面小范圍進(jìn)行滴淋式集中降雨，水分自然下流入滲。試驗(yàn)采用控制降雨量的低強(qiáng)度連續(xù)降雨，每日降雨4~8h，日降雨量控制為8~12_左右，人工模擬自然小雨?duì)顟B(tài)。日降雨過(guò)程中，視坡面水分入滲與徑流情況，進(jìn)行降雨間隔，控制坡面不產(chǎn)生明顯的徑流，在最大程度上保證水分的滲入。降雨分階段進(jìn)行，每階段降雨量控制為10(Tl20mm左右。
[0014]步驟六:在降雨進(jìn)行的前2~3天，對(duì)各物理量進(jìn)行密集監(jiān)測(cè)，每天各物理量監(jiān)測(cè)記錄為5飛次，每次測(cè)定時(shí)間選在降雨間隔時(shí)，并記錄即時(shí)降雨總量。在降雨2~3天后，每天各物理量監(jiān)測(cè)記錄為2~3次，同時(shí)記錄即時(shí)降雨總量。土體含水率變化特征的監(jiān)測(cè)采用水分傳感器測(cè)定與取樣測(cè)定相結(jié)合的方式。深部土體含水率由水分傳感器直接測(cè)得，對(duì)于表層土體含水量的測(cè)定，于每天降雨結(jié)束后，采用表層取樣的方式進(jìn)行測(cè)定。
[0015]步驟七:集中降雨結(jié)束后，可選擇性的進(jìn)行邊坡靜置，待水分蒸發(fā)、裂隙開(kāi)展，同時(shí)進(jìn)行各物理量的監(jiān)測(cè)與坡體形態(tài)觀測(cè)，10-30天后，再進(jìn)行模擬降雨，重復(fù)步驟五、六2~5次，降雨-蒸發(fā)過(guò)程往復(fù)2飛次，模擬自然狀態(tài)下邊坡干濕循環(huán)效應(yīng)。
[0016]步驟八:對(duì)邊坡裂隙形態(tài)、變形特征進(jìn)行記錄與描述，若發(fā)生滑坡，詳細(xì)記錄滑坡發(fā)生次數(shù)、位置、規(guī)模與形式?？偨Y(jié)并分析物理量監(jiān)測(cè)結(jié)果，以及坡體形態(tài)觀測(cè)結(jié)果，對(duì)邊坡在吸濕條件下的變形特征與演化規(guī)律以及穩(wěn)定性進(jìn)行分析。
[0017]一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其組成包括:模型箱，監(jiān)測(cè)元器件，模擬降雨器。監(jiān)測(cè)元器件裝在模型箱中的土體內(nèi)部與表面，模擬降雨器放置在模型箱上部坡肩斷面處。
[0018]所述的模型箱由豎支梁、橫支梁、斜支梁、肋式橫梁、次橫梁構(gòu)成整體框架，加上斜面底板、底面板、側(cè)面板、正面板構(gòu)成箱體。模型箱為底面呈斜面的楔形箱體，外部尺寸約為5.5mX2.0mX 1.5m,內(nèi)部坡面處為斜面設(shè)計(jì),斜面底板坡比與實(shí)際邊坡坡比一致,約為1:1.5~1:3。其連接關(guān)系是:模型箱兩側(cè)面各有四根橫支梁焊接于豎支梁上，次橫梁焊接于橫支梁末端的兩根豎支梁底部之間，正面板焊接于八根橫支梁頂端，斜支梁對(duì)稱焊接于橫支梁內(nèi)側(cè)，斜支梁一端位于底部橫支梁距頂端約125(Tl350mm處，另一端位于頂部橫支梁末端，二根斜支梁之間等距離焊接約十根肋式橫梁，斜面底板焊接于斜支梁與肋式橫梁上，斜支梁對(duì)斜面底板起到定位作用，肋式橫梁對(duì)斜面底板起到支撐作用。底面板焊接于底部橫支梁上，并與斜面底板、正面板焊接，側(cè)面板焊接于斜支梁與橫支梁上，并與斜面底板、底面板、正面板焊接。
[0019]所述的監(jiān)測(cè)元器件包括:水分傳感器，靜土壓力盒，位移傳感器，沉降板。其中，水分傳感器用于監(jiān)測(cè)邊坡不同部位含水率的變化規(guī)律，可選擇PR2/4型或PR2/6型土壤剖面水分檢測(cè)儀等，內(nèi)置4飛組測(cè)試傳感器。靜土壓力盒用于監(jiān)測(cè)邊坡內(nèi)部不同部位水平方向與豎直方向的應(yīng)力特征，采用量程5(T200kPa、直徑約15~30mm的小型土壓力盒。位移傳感器用于監(jiān)測(cè)邊坡表面與內(nèi)部不同深度處水平方向、豎直方向的脹縮變形，采用彈簧回彈式位移計(jì)，儀器量程約5(T60mm，精度大于5/1000。沉降板用于測(cè)定邊坡深部土體位移，采用直徑約為7~9cm，高度約為6(T70cm的小型沉降板。
[0020]所述的監(jiān)測(cè)元器件裝在模型箱中的土體內(nèi)部與表面。選取坡底中心、坡腳、1/6坡高、1/3坡高、1/2坡高、2/3坡高、坡肩作為邊坡七處典型斷面。其中，坡腳、1/2坡高、坡肩為重點(diǎn)觀測(cè)斷面，1/3坡高、2/3坡高為對(duì)比監(jiān)測(cè)斷面，坡底中心、1/6坡高為輔助觀測(cè)斷面。其連接關(guān)系是:水分傳感器直接埋入填筑土體中(坡腳、1/3坡高、1/2坡高、2/3坡高、坡肩)，監(jiān)測(cè)深度0.4^0.6m ;靜土壓力盒于填筑土體中(坡腳、1/2坡高)約0.2^0.6m深度處進(jìn)行:3~4層埋設(shè)，各部位水平方向與豎直方向分別埋設(shè)；沉降板在填筑土體中(坡腳、1/2坡高、坡肩)約0.2^0.4m深度處進(jìn)行2~3層埋設(shè)；位移傳感器于填筑土體(坡底中心、坡腳、1/6坡高、1/3坡高、1/2坡高、2/3坡高、坡肩)表層布設(shè)，各處水平與豎直方向分別布設(shè)，并豎直架設(shè)在沉降板頂端，與沉降板結(jié)合觀測(cè)。各種監(jiān)測(cè)元器件布設(shè)數(shù)量按各試驗(yàn)特點(diǎn)與要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0021]所述的模擬降雨器具有低通量供水、可持續(xù)供水、供水范圍可控的特點(diǎn)，以滴淋方式沿模擬降雨器軸向進(jìn)行一維供水，水滴直徑小于1_，水滴軸向分布密度小于6滴/10cm，出水速率小于6滴/ (秒.處)。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:
I)邊坡填筑采用低厚度膨脹土(0.6^0.Sm)，很好的結(jié)合了膨脹土滲透性低，入滲深度有限的特點(diǎn)，一方面可以模擬膨脹土實(shí)際入滲特點(diǎn)，達(dá)到試驗(yàn)效果，另一方面可以大大節(jié)省填筑用料，節(jié)約填筑時(shí)間，提高工效。
[0023]2)通過(guò)控制初始填土低含水率、高干密度，使得吸濕效果達(dá)到最佳，并避免松散土體中濕陷效應(yīng)帶來(lái)的誤差，更好的實(shí)現(xiàn)膨脹土吸濕膨脹變形效應(yīng)。
[0024]3)通過(guò)靜置待邊坡裂隙自然開(kāi)展，更好的模擬真實(shí)工況下邊坡裂隙分布情況，并保證坡體初始滲流場(chǎng)的均勻性。
[0025]4)利用模擬降雨器進(jìn)行低通量、低流量降雨控制，避免了坡體上產(chǎn)生較大徑流，保證水分最大程度上的入滲，減小試驗(yàn)誤差。 [0026]5)全面合理的根據(jù)關(guān)鍵物理量選取監(jiān)測(cè)元器件，充分考慮了監(jiān)測(cè)元器件的尺寸效應(yīng)，選取小尺寸元器件多層埋設(shè)，避免相互之間的干擾，全面、真實(shí)的體現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果。[0027]6)合理選取監(jiān)測(cè)斷面，考慮監(jiān)測(cè)的時(shí)空變化特征，以突出重點(diǎn)、有效對(duì)比并輔助分析的方式對(duì)物理量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有效的反映出膨脹土邊坡吸濕條件下的滲流、應(yīng)力、變形特征。
[0028]申請(qǐng)者利用本膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)系統(tǒng)與方法開(kāi)展了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)邊坡土體滲流場(chǎng)特征與應(yīng)力、變形特征均與工程實(shí)際保持了較高的吻合度，較好的反映出膨脹土邊坡淺層變形狀態(tài)的特點(diǎn)與演化規(guī)律，滿足了膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)的需求，對(duì)于推動(dòng)膨脹土邊坡工程特性與穩(wěn)定性研究具有積極意義。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為一種模型箱結(jié)構(gòu)主視圖；
圖2為一種模型箱結(jié)構(gòu)左視圖；
圖3為一種模型箱立體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為一種模型箱內(nèi)監(jiān)測(cè)元器件與模擬降雨器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為一種模型箱內(nèi)監(jiān)測(cè)元器件與模擬降雨器結(jié)構(gòu)俯視圖；
圖6為一種試驗(yàn)結(jié)果中表面變形演化特征圖，結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果相符；
圖7為一種試驗(yàn)結(jié)果中滲流場(chǎng)分布特征圖，結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果相符；
圖8為一種試驗(yàn)結(jié)果中應(yīng)力演化特征圖，結(jié)果與實(shí)際工況和數(shù)值計(jì)算結(jié)果相符。
[0030]圖中:
I一模型箱，11一豎支梁，12—橫支梁，13—斜支梁，14一肋式橫梁，15—斜面底板，16—底面板，17一側(cè)面板，18—正面板,19—次橫梁；
2—監(jiān)測(cè)元器件，21—水分傳感器(如PR2/4型、PR2/6型等)，22—靜土壓力盒(符合量程5(T200kPa、直徑15?30mm的各種靜土壓力盒)，23—位移傳感器(符合量程5(T60mm，精度大于5/1000的各種彈簧回彈式位移計(jì))，24—沉降板；
3—模擬降雨器(如專利ZL2013 2 0447780.5)。
【具體實(shí)施方式】
[0031]實(shí)施例1:
下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
根據(jù)圖1、2、3、4、5、6、7、8可知，一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)的方法，其步驟是:步驟一:對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集土樣進(jìn)行翻曬，測(cè)定土樣含水率達(dá)到原狀樣的50飛0%時(shí)進(jìn)行填土。填筑土體與實(shí)際工程邊坡土體保持一致或相似，保持土體的滲透性、膨脹性、力學(xué)性質(zhì)與原狀土最大程度上的相似性。土體填筑尺寸應(yīng)結(jié)合模型箱I的尺寸，并考慮膨脹土導(dǎo)水率小，一般小于10_6m/s,坡表水分較難入滲,填筑尺寸控制為厚度約0.6"0.8m。
[0032]步驟二:在模型箱I內(nèi)部側(cè)壁均勻涂抹凡士林，將土樣在模型箱I中進(jìn)行階梯狀水平分層填筑，填筑分4層進(jìn)行，每層土體填筑工序?yàn)?松鋪一人工壓實(shí)一表面刮毛，第一層填筑土體松鋪約98"l02cm,壓實(shí)至約68?72cm ;第二層填筑土體松鋪約68?72cm,壓實(shí)至約48?52cm ;第三層填筑土體松鋪約58?62cm,壓實(shí)至約38?42cm ;第四層填筑土體松鋪約58飛2cm，壓實(shí)至約38?42cm。每一層填筑后，進(jìn)行含水率取樣測(cè)定與環(huán)刀法密度測(cè)定，每層檢測(cè)2?3個(gè)點(diǎn)，達(dá)到含水率(15?20%)和干密度(1.5?1.7g/cm3)的要求。土體填筑時(shí)，在設(shè)計(jì)位置埋設(shè)水分傳感器21、靜土壓力盒22、沉降板24。邊坡填筑完成后，按設(shè)計(jì)坡比約1:1.5~1:3進(jìn)行統(tǒng)一削坡。
[0033]步驟三:對(duì)填筑完成后的邊坡進(jìn)行靜置處理，坡體逐漸產(chǎn)生裂隙，待裂隙開(kāi)展至與實(shí)際工況相似時(shí)，在邊坡表面設(shè)計(jì)位置布設(shè)位移傳感器23。
[0034]步驟四:在降雨進(jìn)行之前，記錄各監(jiān)測(cè)物理量的初始值，得到邊坡初始含水率狀態(tài)與應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分布。
[0035]步驟五:將模擬降雨器3放置在坡肩位置上方，在邊坡表面小范圍進(jìn)行滴淋式集中降雨，水分自然下流入滲。試驗(yàn)采用控制降雨量的低強(qiáng)度連續(xù)降雨，每日降雨4~8h，日降雨量控制為8~12_左右，人工模擬自然小雨?duì)顟B(tài)。日降雨過(guò)程中，視坡面水分入滲與徑流情況，進(jìn)行降雨間隔，控制坡面不產(chǎn)生明顯的徑流，在最大程度上保證水分的滲入。降雨分階段進(jìn)行，每階段降雨量控制為10(Tl20mm左右。
[0036]步驟六:在降雨進(jìn)行的前2~3天，對(duì)各物理量進(jìn)行密集監(jiān)測(cè)，每天各物理量監(jiān)測(cè)記錄為5飛次，每次測(cè)定時(shí)間選在降雨間隔時(shí)，并記錄即時(shí)降雨總量。在降雨2~3天后，每天各物理量監(jiān)測(cè)記錄為2~3次，同時(shí)記錄即時(shí)降雨總量。土體含水率變化特征的監(jiān)測(cè)采用水分傳感器21測(cè)定與取樣測(cè)定相結(jié)合的方式。深部土體含水率由水分傳感器21直接測(cè)得，對(duì)于表層土體含水量的測(cè)定，于每天降雨結(jié)束后，采用表層取樣的方式進(jìn)行測(cè)定。
[0037]步驟七:集中降雨結(jié)束后，可選擇性的進(jìn)行邊坡靜置，待水分蒸發(fā)、裂隙開(kāi)展，同時(shí)進(jìn)行各物理量的監(jiān)測(cè)與坡體形態(tài)觀測(cè)，10-30天后，再進(jìn)行模擬降雨，重復(fù)步驟五、六2~5次，降雨-蒸發(fā)過(guò)程往復(fù)2飛次，模擬自然狀態(tài)下邊坡干濕循環(huán)效應(yīng)。
[0038]步驟八:對(duì)邊 坡裂隙形態(tài)、變形特征進(jìn)行記錄與描述，若發(fā)生滑坡，詳細(xì)記錄滑坡發(fā)生次數(shù)、位置、規(guī)模與形式?？偨Y(jié)并分析物理量監(jiān)測(cè)結(jié)果，以及坡體形態(tài)觀測(cè)結(jié)果，對(duì)邊坡在吸濕條件下的變形特征與演化規(guī)律以及穩(wěn)定性進(jìn)行分析。
[0039]實(shí)施例2:
一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其組成包括:模型箱1，監(jiān)測(cè)元器件2，模擬降雨器3。監(jiān)測(cè)元器件2裝在模型箱I中的土體內(nèi)部與表面，模擬降雨器3放置在模型箱I上部坡肩斷面處。
[0040]所述的模型箱I由豎支梁11、橫支梁12、斜支梁13、肋式橫梁14、次橫梁19構(gòu)成整體框架，加上斜面底板15、底面板16、側(cè)面板17、正面板18構(gòu)成箱體。模型箱I為底面呈斜面的楔形箱體，外部尺寸約為5.5mX 2.0mXl.5m,內(nèi)部坡面處為斜面設(shè)計(jì)，斜面底板15坡比與實(shí)際邊坡坡比一致，約為1:1.5~1:3。其連接關(guān)系是:模型箱I兩側(cè)面各有四根橫支梁12焊接于豎支梁11上，次橫梁19焊接于橫支梁12末端的兩根豎支梁11底部之間，正面板18焊接于八根橫支梁12頂端，斜支梁13對(duì)稱焊接于橫支梁12內(nèi)側(cè)，斜支梁13 —端位于底部橫支梁12距頂端約125(Tl350mm處,另一端位于頂部橫支梁12末端,兩根斜支梁13之間等距離焊接約十根肋式橫梁14，斜面底板15焊接于斜支梁13與肋式橫梁14上，斜支梁13對(duì)斜面底板15起到定位作用，肋式橫梁14對(duì)斜面底板15起到支撐作用。底面板16焊接于底部橫支梁12上，并與斜面底板15、正面板18焊接，側(cè)面板17焊接于斜支梁13與橫支梁12上，并與斜面底板15、底面板16、正面板18焊接。
[0041]所述的監(jiān)測(cè)元器件2包括:水分傳感器21，靜土壓力盒22，位移傳感器23，沉降板24。其中，水分傳感器21用于監(jiān)測(cè)邊坡不同部位含水率的變化規(guī)律，可選擇PR2/4型或PR2/6型土壤剖面水分檢測(cè)儀等，內(nèi)置4飛組測(cè)試傳感器。靜土壓力盒22用于監(jiān)測(cè)邊坡內(nèi)部不同部位水平方向與豎直方向的應(yīng)力特征，采用量程5(T200kPa、直徑約15~30mm的小型土壓力盒。位移傳感器23用于監(jiān)測(cè)邊坡表面與內(nèi)部不同深度處水平方向、豎直方向的脹縮變形，采用彈簧回彈式位移計(jì)，儀器量程50mm左右，精度大于5/1000。沉降板24用于測(cè)定邊坡深部土體位移，采用直徑約為7~9cm，高度約為6(T70cm的小型沉降板。
[0042]所述的監(jiān)測(cè)元器件2裝在模型箱I中土體內(nèi)部與表面。選取坡底中心、坡腳、1/6坡高、1/3坡高、1/2坡高、2/3坡高、坡肩作為邊坡七處典型斷面，分別以4’^』’、8、(:、04表示。其中，A、C、E為邊坡重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括表面及深部土體位移，土體應(yīng)力、含水率變化情況。B、D為對(duì)比監(jiān)測(cè)斷面，主要監(jiān)測(cè)土體含水率變化情況與土體表面位移。A’、B’為輔助監(jiān)測(cè)斷面，主要監(jiān)測(cè)邊坡位移發(fā)生較大部位的表面位移。
[0043]監(jiān)測(cè)元器件2的連接關(guān)系是:水分傳感器21直接埋入填筑土體中(坡腳、1/3坡高、1/2坡高、2/3坡高、坡肩)，監(jiān)測(cè)深度4(T60cm ;靜土壓力盒22于填筑土體中(坡腳、1/2坡高)約0.2^0.6m深度處進(jìn)行3~4層埋設(shè)，各部位水平方向與豎直方向分別埋設(shè)；沉降板24在填筑土體中(坡腳、1/2坡高、坡肩)約0.2^0.4m深度處進(jìn)行2~3層埋設(shè)；位移傳感器23于填筑土體(坡底中心、坡腳、1/6坡高、1/3坡高、1/2坡高、2/3坡高、坡肩)表層布設(shè)，各處水平與豎直方向分別布設(shè)，并豎直架設(shè)在沉降板24頂端，與沉降板24結(jié)合觀測(cè)。各種監(jiān)測(cè)元器件2布設(shè)數(shù)量根據(jù)表1中建議值，結(jié)合各試驗(yàn)特點(diǎn)與要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0044]表1各斷面監(jiān)測(cè)元器件建議數(shù)量
【權(quán)利要求】
1.一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)的方法，其步驟是: A、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集土樣進(jìn)行翻曬，測(cè)定土樣含水率達(dá)到原狀樣的50飛0%時(shí)進(jìn)行填土，填筑土體與實(shí)際工程邊坡土體保持一致，保持土體的滲透性、膨脹性、力學(xué)性質(zhì)與原狀土高度相似性，土體填筑尺寸控制厚度0.6"0.8m ； B、在模型箱內(nèi)部側(cè)壁均勻涂抹凡士林，將土樣在模型箱中進(jìn)行階梯狀水平分層填筑，填筑分4層進(jìn)行，每層土體填筑工序?yàn)?松鋪一人工壓實(shí)一表面刮毛，第一層填筑土體松鋪98~102cm,壓實(shí)至68~72cm ;第二層填筑土體松鋪68~72cm,壓實(shí)至48~52cm ;第三層填筑土體松鋪58~62cm,壓實(shí)至38~42cm ;第四層填筑土體松鋪58~62cm,壓實(shí)至38~42cm ;每一層填筑后，進(jìn)行含水率取樣測(cè)定與環(huán)刀法密度測(cè)定，每層檢測(cè)2~3個(gè)點(diǎn)，達(dá)到含水率15~20%和干密度1.5^1.7g/cm3，土 體填筑時(shí)，在設(shè)計(jì)位置埋設(shè)水分傳感器、靜土壓力盒、沉降板，邊坡填筑完成后，按坡比1: 1.5~1:3進(jìn)行統(tǒng)一削坡； C、對(duì)填筑完成后的邊坡進(jìn)行靜置處理，坡體逐漸產(chǎn)生裂隙，待裂隙開(kāi)展至與實(shí)際工況相似時(shí)，在邊坡表面設(shè)計(jì)位置布設(shè)位移傳感器； D、在降雨進(jìn)行之前，記錄各監(jiān)測(cè)物理量的初始值，得到邊坡初始含水率狀態(tài)與應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分布； E、將模擬降雨器放置在坡肩位置上方，在邊坡表面進(jìn)行滴淋式集中降雨，水分自然下流入滲，試驗(yàn)采用控制降雨量的連續(xù)降雨，每日降雨4~8h，日降雨量控制為8~12_，人工模擬自然小雨，日降雨過(guò)程中，進(jìn)行降雨間隔，控制坡面不產(chǎn)生明顯的徑流，在最大程度上保證水分的滲入，降雨分階段進(jìn)行，每階段降雨量控制為10(Tl20mm ； F、在降雨進(jìn)行的前2~3天，對(duì)各物理量進(jìn)行密集監(jiān)測(cè)，每天各物理量監(jiān)測(cè)記錄為5飛次，每次測(cè)定時(shí)間選在降雨間隔時(shí)，并記錄即時(shí)降雨總量，在降雨2~3天后，每天各物理量監(jiān)測(cè)記錄為2~3次，同時(shí)記錄即時(shí)降雨總量，土體含水率變化特征的監(jiān)測(cè)采用水分傳感器測(cè)定與取樣測(cè)定相結(jié)合的方式，深部土體含水率由水分傳感器直接測(cè)得，每天降雨結(jié)束后，采用表層取樣的方式測(cè)定表層土體含水率； G、集中降雨結(jié)束后，選擇進(jìn)行邊坡靜置，待水分蒸發(fā)、裂隙開(kāi)展，同時(shí)進(jìn)行各物理量的監(jiān)測(cè)與坡體形態(tài)觀測(cè)，10^30天后，再進(jìn)行模擬降雨，重復(fù)步驟E、F 2飛次，降雨-蒸發(fā)過(guò)程往復(fù)2飛次，模擬自然狀態(tài)下邊坡干濕循環(huán)效應(yīng)； H、對(duì)邊坡裂隙形態(tài)、變形特征進(jìn)行記錄與描述，發(fā)生滑坡，詳細(xì)記錄滑坡發(fā)生次數(shù)、位置、規(guī)模與形式，總結(jié)并分析物理量監(jiān)測(cè)結(jié)果，以及坡體形態(tài)觀測(cè)結(jié)果，對(duì)邊坡在吸濕條件下的變形特征與演化規(guī)律以及穩(wěn)定性進(jìn)行分析。
2.權(quán)利要求1所述的一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)的系統(tǒng)，它包括:模型箱(1)，監(jiān)測(cè)元器件(2)，模擬降雨器(3)，其特征在于:監(jiān)測(cè)元器件(2)裝在模型箱(1)中的土體內(nèi)部與表面，模擬降雨器(3)放置在模型箱(1)上部坡肩斷面處，所述的模型箱(1)由豎支梁(11)、橫支梁(12)、斜支梁(13)、肋式橫梁(14)、次橫梁(19)構(gòu)成整體框架，加上斜面底板(15)、底面板(16)、側(cè)面板(17)、正面板(18)構(gòu)成箱體，模型箱(1)兩側(cè)面各有四根橫支梁(12)焊接于豎支梁(11)上，次橫梁(19)焊接于橫支梁(12)末端的兩根豎支梁(11)底部之間，正面板(18)焊接于八根橫支梁(12)頂端，斜支梁(13)對(duì)稱焊接于橫支梁(12)內(nèi)側(cè)，斜支梁(13) —端位于底部橫支梁(12)距頂端125(Tl350mm處,另一端位于頂部橫支梁(12)末端，兩根斜支梁(13)之間等距離焊接十根肋式橫梁(14)，斜面底板(15)焊接于斜支梁(13)與肋式橫梁(14)上，底面板(16)焊接于底部橫支梁(12)上，并與斜面底板(15)、正面板(18)焊接，側(cè)面板(17)焊接于斜支梁(13)與橫支梁(12)上，并與斜面底板(15)、底面板(16)、正面板(18)焊接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)的系統(tǒng)，其特征在于:所述的監(jiān)測(cè)元器件(2)包括:水分傳感器(21)，靜土壓力盒(22)，位移傳感器(23)，沉降板(24)，水分傳感器(21)埋入填筑土體中坡腳、1/3坡高、1/2坡高、2/3坡高、坡肩處，監(jiān)測(cè)深度4(T60cm ;靜土壓力盒(22)在填筑土體中坡腳、1/2坡高0.2~0.6m深度處，進(jìn)行3~4層埋設(shè)，各部位水平與豎直方向分別埋設(shè)；沉降板(24)在填筑土體中坡腳、1/2坡高、坡肩0.2^0.4m深度處，進(jìn)行2~3層埋設(shè)；位移傳感器(23)在填筑土體坡底中心、坡腳、1/6坡高、1/3坡高、1/2坡高、2/3坡高、坡肩表層布設(shè)，各處水平與豎直方向分別布設(shè)，并豎直架設(shè)在沉降板(24)頂端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種膨脹土邊坡吸濕變形模型試驗(yàn)的系統(tǒng)，其特征在于:所述的模型箱(1)為底面呈斜面的楔形箱體，外部尺寸為5.5mX2.0mX 1.5m,內(nèi)部坡面處為斜面設(shè)計(jì)，斜面底板( 15)坡比按實(shí)際邊坡坡比為1: 1.5~1: 3。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK103954740SQ201410145024
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】戴張俊, 陳善雄, 姜領(lǐng)發(fā) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所