一种使用模拟试验装置确定边坡加固方案的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种研究加固滑坡体效果的模拟试验装置，涉及地质灾害模型试验技术领域，为侧向临时供水室，外部供水箱及模型箱，不仅可以给模拟边坡提供稳定的侧向渗流水位高度，还可以通过流量计，记录渗流到模拟边坡中的水量，通过记录破坏前渗流到模拟边坡中的水量大小，破坏时间及破坏模式便于判断模拟边坡加固效果。并且，本发明专利技术提供的模拟试验装置简单，密封性好，操作容易。

【技术实现步骤摘要】
一种研究加固边坡效果的模拟试验装置和确定边坡加固方案的方法
本专利技术涉及地质灾害模型试验
，具体涉及一种研究加固边坡效果的模拟试验装置和确定边坡加固方法的方法。
技术介绍
由高水位侧向渗流引起的土质路堤边坡失稳是当前的一个重要问题，常见于沿河路堤河道水位上升引发边坡滑塌、山体边坡后缘的裂隙充水或者是后缘的高水位作用下，侧向坡内渗流等。研究表明，这些失稳破坏大都集中在边坡浅层，其主要原因是边坡土体在渗流作用下受到的剪应力大于土体的抗剪强度，从而导致边坡结构破坏形成浅层滑动面。已经有的边坡模型试验装置大多为离心机模型试验装置，受离心机空间限制，不能展现三维情况。破坏模式大多为自重应力触发失稳破坏，或者降雨诱发失稳破坏，自重应力破坏模式下的边坡模型试验装置大多为底面有一定坡度或者与研究滑坡模型坡度相同的倾斜面的狭长型模型槽，在土体自身重力作用下失稳破坏。另外一种研究如坡顶堆载，通过砝码或其它重物放在模型边坡顶面，改变坡顶堆载量大小，考察边坡失稳滑移情况。而降雨诱发的边坡失稳对降雨装置要求较高。现有技术中，关于渗流破坏模型大多为边坡模型槽和上部降雨装置组成，如中国专利201320205077.3公开了一种江河大堤流土破坏的模型试验装置，采用了上下游调节水位系统，对图样施加随时间变化的水头差，但对于侧向渗流的研究，过于复杂，且很难保证水位恒定，同时还存在密封性不好的问题，对渗流场有较大影响；中国专利201320076745.7公开了一种堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验，虽然可以模拟不同的水力梯度，但是其水位系统设计复杂，操作难度大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种研究加固边坡效果的模拟试验装置和确定边坡加固方案的方法。本专利技术提供的模拟试验装置为侧向临时供水室，外部供水箱及模型箱，不仅可以给模拟边坡提供稳定的侧向渗流水位高度，还可以通过流量计，记录渗流到模拟边坡中的水量，通过记录破坏前渗流到模拟边坡中的水量大小，破坏时间及破坏模式便于判断模拟边坡加固效果。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种研究加固边坡效果的模拟试验装置，包括模型箱1、临时供水室2、外部供水箱3、收集水箱4、第一流量计5-1、第二流量计(5-2)、数据采集仪6、第一水管7-1、第二水管7-2、第一阀门8-1、第二阀门8-2、第三阀门8-3、多孔板9、孔压传感器10、数码相机11和摄像机12，所述模型箱1的一个侧边通过所述多孔板9与所述临时供水室2连接，所述临时供水室2的一个边界为所述多孔板9；使用时，边坡模型16放置在所述模型箱1中，所述孔压传感器10布置在所述边坡模型坡内部，所述数据采集仪6与所述孔压传感器10连接；所述临时供水室2的左侧边垂直设置有第一阀门8-1、第二阀门8-2和第三阀门8-3；所述外部供水箱3通过第一流量计5-1和第一水管7-1与所述临时供水室2连接；所述收集水箱4通过第二流量计5-2和第二水管7-2与所述临时供水室2连接；所述数码相机11放置在所述边坡模型坡正面；所述摄像机12放置在所述边坡模型坡侧面。优选地，所述孔压传感器10的数量大于3个。优选地，所述模型箱1的材质为12mm厚的有机玻璃。优选地，所述外部供水箱3和收集水箱4独立地为方形金属结构。本专利技术还提供了一种使用上述技术方案所述的模拟试验装置确定边坡加固方案的方法，包括以下步骤：实际边坡取土，按照实际边坡的参数，在所述模型箱1中填筑边坡模型，所述边坡模型的内部设置有所述孔压传感器10；将纤维、素土和水混合，得到加固土，将所述加固土制成三轴试样后进行三轴排水剪切实验，分别测定无纤维加固素土三轴试样、不同纤维长度和纤维含量加固土三轴试样的粘聚力和内摩擦角，根据粘聚力或内摩擦角的提高程度的最大值确定要使用的纤维的长度和含量；将孔压传感器10与数据采集仪6连接，将数码相机11、摄像机12分别放在所述边坡模型的正面及侧面；用无纤维加固素土分层填筑坡体，将外部供水箱3中的水注入临时供水室2中，进行无纤维加固素土边坡侧向渗流试验，根据数码相机11及摄像机12的记录结果得到滑动面与破坏区，根据第一流量计5-1和第二流量计5-2分别监测的Qin和Qout，得到坡内渗流量Qin-Qout；根据破坏区的面积和位置，确定纤维加固区，所述纤维加固区的面积为破坏区的1.5倍；根据粘聚力的提高程度的最大值确定的纤维的长度和含量，得到第一改良土，用所述第一改良土加固所述纤维加固区后，进行边坡侧向渗流试验，根据数码相机11及摄像机12的记录结果得到第一破坏区和第一破坏时间，根据第一流量计5-1和第二流量计5-2分别监测的Q1in和Q1out，得到坡内渗流量Q1in-Q1out，验证纤维加固边坡的效果；根据内摩擦角的提高程度的最大值确定的纤维的长度和含量，得到第二改良土，用所述第二改良土加固所述纤维加固区后，进行边坡侧向渗流试验，根据数码相机11及摄像机12的记录结果得到第二破坏区和第二破坏时间，根据第一流量计5-1和第二流量计5-2分别监测的Q2in和Q2out，得到坡内渗流量Q2in-Q2out，比较所述坡内渗流量Q1in-Q1out与坡内渗流量Q2in-Q2out、所述第一破坏区与第二破坏区、所述第一破坏时间和第二破坏时间，确定最佳效果的纤维加固边坡方法。优选地，所述纤维包括玻璃纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维或碳纤维。优选地，所述纤维的长度为3～12mm。优选地，所述加固土中纤维的质量含量为0.3～1％。优选地，所述加固土的质量含水率为5％～15％。优选地，所述边坡模型的密度为1.2～2.5g/cm3。本专利技术提供了一种研究加固滑坡体效果的模拟试验装置，为侧向临时供水室，外部供水箱及模型箱，不仅可以给模拟边坡提供稳定的侧向渗流水位高度，还可以通过流量计，记录渗流到模拟边坡中的水量，通过记录破坏前渗流到模拟边坡中的水量大小，破坏时间及破坏模式便于判断模拟边坡加固效果。并且，本专利技术提供的模拟试验装置简单，密封性好，操作容易。并且，本专利技术还提供了一种使用上述技术方案所述的模拟试验装置确定边坡加固方案的方法，介于传统的注浆加固、锚杆加固等对环境有不良影响，使用纤维加固边坡，纤维具有较高的抗拉强度，易分散，耐酸碱性、无污染，由于纤维填充边坡土体的孔隙以及纤维和土体相互交错的连接，形成纤维-土颗粒框架结构共同作用体，一方面提高了边坡土体间的摩擦力和粘聚力，另一方面，在外力作用下，使得边坡土体整体形成三维受力区，纤维对边坡土体抗剪强度的提高效果通过三轴排水剪切实验数据分析内摩擦角和粘聚力的提升大小情况量化确定，根据三轴实验结果选取合适的纤维长度和含量，保证了对滑坡体加固的效果，通过侧向渗流实验边坡滑动面位置和滑塌区设计加固区范围，避免全坡体加固，可节省成本造价，缩短工期，通过渗流实验比较不同加固方案，验证了滑坡体加固效果，得出了最佳效果的纤维加固方案。相比于其他的边坡支护方式，纤维加固边坡施工工艺简单、对环境影响小、投入成本低。本专利技术容易加工制作，可以避免边界效应，能达到良好的试验效果，采用本专利技术可以为渗流作用下的边坡滑塌防治提供理论参考和工程指导。实施例表明，采用本专利技术提供的加固方法具有良好的边坡加固效果。附图说明图1为本专利技术提供的研究加固边坡效果的模拟试验装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种研究加固边坡效果的模拟试验装置，包括模型箱(1)、临时供水室(2)、外部供水箱(3)、收集水箱(4)、第一流量计(5‑1)、第二流量计(5‑2)、数据采集仪(6)、第一水管(7‑1)、第二水管(7‑2)、第一阀门(8‑1)、第二阀门(8‑2)、第三阀门(8‑3)、多孔板(9)、孔压传感器(10)、数码相机(11)和摄像机(12)，所述模型箱(1)的一个侧边通过所述多孔板(9)与所述临时供水室(2)连接，所述临时供水室(2)的一个边界为所述多孔板(9)；使用时，边坡模型(16)放置在所述模型箱(1)中，所述孔压传感器(10)布置在所述边坡模型坡内部，所述数据采集仪(6)与所述孔压传感器(10)连接；所述临时供水室(2)的左侧边垂直设置有第一阀门(8‑1)、第二阀门(8‑2)和第三阀门(8‑3)；所述外部供水箱(3)通过第一流量计(5‑1)和第一水管(7‑1)与所述临时供水室(2)连接；所述收集水箱(4)通过第二流量计(5‑2)和第二水管(7‑2)与所述临时供水室(2)连接；所述数码相机(11)放置在所述边坡模型坡正面；所述摄像机(12)放置在所述边坡模型坡侧面。

【技术特征摘要】
1.一种研究加固边坡效果的模拟试验装置，包括模型箱(1)、临时供水室(2)、外部供水箱(3)、收集水箱(4)、第一流量计(5-1)、第二流量计(5-2)、数据采集仪(6)、第一水管(7-1)、第二水管(7-2)、第一阀门(8-1)、第二阀门(8-2)、第三阀门(8-3)、多孔板(9)、孔压传感器(10)、数码相机(11)和摄像机(12)，所述模型箱(1)的一个侧边通过所述多孔板(9)与所述临时供水室(2)连接，所述临时供水室(2)的一个边界为所述多孔板(9)；使用时，边坡模型(16)放置在所述模型箱(1)中，所述孔压传感器(10)布置在所述边坡模型坡内部，所述数据采集仪(6)与所述孔压传感器(10)连接；所述临时供水室(2)的左侧边垂直设置有第一阀门(8-1)、第二阀门(8-2)和第三阀门(8-3)；所述外部供水箱(3)通过第一流量计(5-1)和第一水管(7-1)与所述临时供水室(2)连接；所述收集水箱(4)通过第二流量计(5-2)和第二水管(7-2)与所述临时供水室(2)连接；所述数码相机(11)放置在所述边坡模型坡正面；所述摄像机(12)放置在所述边坡模型坡侧面。2.根据权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于，所述孔压传感器(10)的数量大于3个。3.根据权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于，所述模型箱(1)的材质为12mm厚的有机玻璃。4.根据权利要求1所述的模拟试验装置，其特征在于，所述外部供水箱(3)和收集水箱(4)独立地为方形金属结构。5.一种使用权利要求1～4任意一项所述的模拟试验装置确定边坡加固方案的方法，包括以下步骤：实际边坡取土，按照实际边坡的参数，在所述模型箱(1)中填筑边坡模型，所述边坡模型的内部设置有所述孔压传感器10；将纤维、素土和水混合，得到加固土，将所述加固土制成三轴试样后进行三轴排水剪切实验，分别测定无纤维加固素土三轴试样、不同纤维长度和纤维含量加固土三轴试样的粘聚力和内摩擦角，根据粘聚力或内摩擦角的提高程度的最大值确定要使用的纤维的长度和含量；将孔压传感器(10)...

【专利技术属性】
技术研发人员：包小华，廖志广，苏栋，崔宏志，陈湘生，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44