一种可以模拟浸水路堤的试验方法技术

本发明专利技术涉及一种可以模拟浸水路堤的试验方法，所采用的模型包括容纳用于模拟路堤的土体的模型箱(10)、储水箱和静力加载装置，静力加载装置用于对模拟路堤施加压力，储水箱为两个，第一储水箱(3)和第二储水箱(4)分别通过第一止水阀(6)和第二止水阀(7)与模型箱(10)的两侧连通，用于对相应侧的模拟路堤实施浸水；所述的第一储水箱(3)和第二储水箱(4)为密封箱体，两者的上部空腔分别与第一储气箱(13)、第二储气箱(14)气路相连；第一储气箱(13)通过第一阀门控制器与空气压缩机相连，第二储气箱(14)通过第二阀门控制器与空气压缩机相连，通过调节气体压力实现对模型箱两侧的注水控制。可以使用上述模型实现单侧或双侧模拟浸水路堤的试验。

【技术实现步骤摘要】
一种可以模拟浸水路堤的试验方法
本专利技术涉及一种可以模拟浸水路堤的试验模型。
技术介绍
近年来，国家在基础设施方面的投入巨大，而公路方面的投资建设尤为突出。根据《国家公路网规划(2013-2030)》，新规划的路网总投资达到4.7万亿元。随着公路建设的大规模进行，工程建设穿越地区的地形地质条件越来越复杂，包括平原微丘区、山岭重丘区、沿海软土区、滩涂区等等。在这些地质条件下，公路路堤不可避免的将会受到水流的侵蚀，包括丘陵区山间溪沟水、雨水、湖泊水以及浅海滩涂处的潮汐水等。这种沿江河湖海修筑，可能受到一侧或两侧浸水的路堤称为浸水路堤。浸水路堤除承受自重和行车荷载作用之外，还受到水浮力和动水压力的作用。在路堤长期受到雨水侵蚀和地下水位条件改变引起的反复浸水的侵害，以及近海滩涂处路堤受到潮汐海水的周期性冲刷和山间溪流水的冲击等条件下，浸水路堤的填土强度软化，承载能力恶化，路堤内细粒填料大量流失，产生较大的沉降变形和侧向变形，路堤发生失稳性破坏。最终，影响行车安全甚至中断交通，造成生命财产损失。因此，对浸水路堤的稳定性、变形和沉降性状进行分析，已成为工程建设和科学研究领域亟需解决的重要问题。目前，浸水路堤的研究工作大体可以分为三个方面理论研究、试验研究以及数值模拟。由于，浸水路堤的受力情况比较复杂，除了自重和行车荷载之外，还受水浮力和动水压力的作用，因此，浸水路堤的理论研究需要考虑的因素较多，推导过程较为繁琐，公式非常复杂且适用条件较为苛刻，不利于在工程实践中进行推广应用；现场试验成本较高，可控因素较少，研究变量不易控制，且不能重复进行试验，往往很少使用；而如果单独进行数值模拟，其结果一般不能令人信服，需要同其他研究方法结合使用，只能作为一种辅助手段；室内模型试验，可以较好的模拟路堤浸水情况，研究各种变量对路堤变形和稳定性的影响，且与现场试验相比成本很低，是一种很好的研究浸水路堤的变形和稳定性的方法。有关浸水路堤的室内试验模型存在诸多不足。大多数试验采用半边路堤模型，很少采用全路堤模型。室内试验主要研究路堤高度、坡度、渗透特性以及浸水高度等因素对路堤的变形和稳定性的影响，较少考虑路堤浸水速度、水的动力因素对浸水路堤的影响。在模型试验设计中对路堤浸水高度的划分很粗糙，一般只是研究路堤不浸水、高水位、低水位三种情况；其中水位高低的定义是凭借经验确定，有关浸水高度对路堤变形和稳定性影响的研究不够细致。另外，在模型试验中大多数考虑路堤单侧浸水情况，鲜有试验进行路堤双侧浸水研究。在试验模型对路堤浸水和排水的模拟中，无法实现路堤两侧不同水位高低对路堤和变形的影响，每次试验都需要向模型箱中注水，使试验步骤较为繁琐，且浪费水资源，除此之外，多数的模型试验无法动态模拟涨潮落潮对路堤的影响。针对浸水路堤室内试验模型的上述问题，亟需对现有试验模型进行改进，充分考虑路堤浸水的多种因素对其变形和稳定性的影响，简化路堤浸水的实现方式，从而设计出一种直观实用可重复的室内模型试验方法，为浸水路堤变形和稳定性的研究提供一种简单实用低成本的分析方法。因此，本专利技术设计出一种可以重复模拟浸水路堤的室内试验模型。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术设计一种可以模拟浸水路堤的试验装置并基于此种装置给出试验方法，研究影响路堤的变形和稳定性的诸多因素，为浸水路堤的设计和施工提供理论指导。技术方案如下：一种可以模拟浸水路堤的试验方法，所采用的试验装置包括容纳用于模拟路堤的土体的模型箱10、储水箱和静力加载装置，静力加载装置用于对模拟路堤施加压力，其特征在于，所述储水箱为两个即第一储水箱3和第二储水箱4，第一储水箱3和第二储水箱4分别通过第一止水阀6和第二止水阀7与模型箱10的两侧连通，用于对相应侧的模拟路堤实施浸水；所述的第一储水箱3和第二储水箱4为密封箱体，两者的上部空腔分别与第一储气箱13、第二储气箱14气路相连；第一储气箱13通过第一阀门控制器与空气压缩机相连，第二储气箱14通过第二阀门控制器与空气压缩机相连，通过调节气体压力实现对模型箱两侧的注水控制。优选地，在模拟路堤的内部分布有孔压计，表面分布有位移计。两个储水箱的上部空腔均设置有气体压力表。采用所述的试验模型实现的路堤单侧浸水试验，试验步骤如下：(1)检查气密性；(2)在模型箱中放入模拟路堤模型，按试验要求预先埋置测量仪器孔压计和位移计，并在路堤上设置静力加载装置；(3)在第一储水箱中加入适量体积的水，第二储水箱中不注水。(4)启动空气压缩机，调节第一阀门控制器；并观察设置在第一储水箱的气体压力表，待压力适当时打开第一阀门；(5)调节与第一阀门控制器使第一储水箱中的水缓慢进入模型箱中，并打开第一止水阀；(6)待第一储水箱中水全部进入模型箱时，观察气体压力表读数，保持第一储气箱内气压稳定；(7)待路堤水位稳定后，保持一定时间t，以模拟路堤单侧浸水的情形；(8)时间t后，关闭空气压缩机，通过计算机调整第一储气箱相连的阀门控制器的开启程度，控制模型箱的水位下降速度，观察水位上升和下降的过程中路堤物理指标变化情况；(9)重复4-8步，并按照试验要求完成重复次数；(10)读取两个储水箱中水的体积的读数；(11)试验完毕，切断电源，清洗各试验仪器并恢复原位。采用所述的试验模型实现的路堤双侧浸水试验，试验步骤如下：(1)检查气密性；(2)在模型箱放入模拟路堤模型，按试验要求预先埋置测量仪器孔压计和位移计，并在路堤上放置静力加载装置；(3)在两个储水箱中加入适量体积的水；(4)启动空气压缩机，调节两个阀门控制器；并观察设置在两个储水箱的气体压力表，待气压适当时打开两个止水阀；(5)利用计算机调节两个阀门控制器使两个储水箱中的水缓慢从两侧分别进入模型箱中；(6)待两个储水箱中水全部进入模型箱时，保持两个储气室内气压稳定，并使路堤两侧水位相同；(7)保持路堤两侧水位不变，一定时间t后，关闭空气压缩机，通过计算机调整两个阀门控制器的开启程度，控制模型箱两侧水位下降速度，观察水位上升和下降的过程中路堤物理指标变化情况情况；(8)重复4-7步，并按照试验要求完成重复次数。(9)试验完毕，切断电源，清洗各试验仪器并恢复原位。本专利技术为施工和科研单位研究浸水路堤室内试验模型开辟新的途径。本专利技术存在以下几个方面的优点：(1)为科学研究提供新的思路。可以模拟路堤单侧浸水和双侧同水位和高低水位的浸水三种情况，研究浸水条件下路堤的变形和稳定性与浸水深度、浸水速度、路堤高度、坡度以及路堤有无加筋等之间的关系。试验可以精确控制路堤浸水高度，方便快捷模拟不同工况下路堤浸水的变形和稳定特性。(2)模型试验成本较低。本试验中所需仪器均为试验室中常见仪器，成本较低。与现场试验相比，本模型成本优势明显。(3)试验操作简单。本试验模型中仪器组装非常方便，试验操作步骤简单，模拟浸水路堤较为方便。(4)试验影响因素可控。相比于现场试验，室内模型试验可以根据研究变量的不同，控制各种试验条件，达到研究目的。附图说明图1试验模型图2传感器布局图。图中标号说明：1阀门控制器a；2阀门控制器b；3储水箱a；4储水箱b；5止水阀a；6止水阀b；7软水管；8细粒土；9粗粒土；10模型箱；11孔压计；12位移计；13储气室a；14储气室b。具体实施方式下面结合附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可以模拟浸水路堤的试验方法，所采用的试验模型包括容纳用于模拟路堤的土体的模型箱(10)、储水箱和静力加载装置，静力加载装置用于对模拟路堤施加压力，其特征在于，所述储水箱为两个即第一储水箱(3)和第二储水箱(4)，第一储水箱(3)和第二储水箱(4)分别通过第一止水阀(6)和第二止水阀(7)与模型箱(10)的两侧连通，用于对相应侧的模拟路堤实施浸水；所述的第一储水箱(3)和第二储水箱(4)为密封箱体，两者的上部空腔分别与第一储气箱(13)、第二储气箱(14)气路相连；第一储气箱(13)通过第一阀门控制器与空气压缩机相连，第二储气箱(14)通过第二阀门控制器与空气压缩机相连，通过调节气体压力实现对模型箱两侧的注水控制。

【技术特征摘要】
1.一种可以模拟浸水路堤的试验方法，所采用的试验模型包括容纳用于模拟路堤的土体的模型箱(10)、储水箱和静力加载装置，静力加载装置用于对模拟路堤施加压力，其特征在于，所述储水箱为两个即第一储水箱(3)和第二储水箱(4)，第一储水箱(3)和第二储水箱(4)分别通过第一止水阀(6)和第二止水阀(7)与模型箱(10)的两侧连通，用于对相应侧的模拟路堤实施浸水；所述的第一储水箱(3)和第二储水箱(4)为密封箱体，两者的上部空腔分别与第一储气箱(13)、第二储气箱(14)气路相连；第一储气箱(13)通过第一阀门控制器与空气压缩机相连，第二储气箱(14)通过第二阀门控制器与空气压缩机相连，通过调节气体压力实现对模型箱两侧的注水控制。2.根据权利要求1所述的试验模型，其特征在于，在模拟路堤的内部分布有孔压计，表面分布有位移计。3.根据权利要求1所述的试验模型，其特征在于，两个储水箱的上部空腔均设置有气体压力表。4.采用权利要求1所述的试验模型实现的路堤单侧浸水试验，其特征在于，试验步骤如下：(1)检查气密性；(2)在模型箱中放入模拟路堤模型，按试验要求预先埋置测量仪器孔压计和位移计，并在路堤上设置静力加载装置；(3)在第一储水箱中加入适量体积的水，第二储水箱中不注水。(4)启动空气压缩机，调节第一阀门控制器；并观察设置在第一储水箱的气体压力表，待压力适当时打开第一阀门；(5)调节与第一阀门控制器使第一储水箱中的水缓慢进入模型箱中，并打开第一止...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷华阳，詹毕顺，冯双喜，万勇峰，彭志文，张磊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12