土体渗透破坏模拟装置及使用方法制造方法及图纸

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的使用方法，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。

Soil seepage damage simulation device and its application method

A seepage failure simulator is designed to solve the technical problem that the existing seepage failure simulator can not be applied to the experimental analysis of soil seepage failure under dynamic loads. The device comprises a soil body, a load loading device and a seepage simulation device; the seepage simulation device causes the water seepage phenomenon of the soil body; and the load loading device is arranged above the soil body. A method for using a soil seepage failure simulation device includes a soil container, a seepage simulation device, a load loading device and a measuring device; the seepage simulation device includes a water pipe with a valve; the soil container is used to hold soil, and the soil container is provided with a soil erosion outlet, a water pipe penetration and an observation area; and the load loading device is used to load the soil. The device makes the soil or the soil container vibrate; the measuring device includes a displacement meter, a earth pressure box and a controller, through which the seepage failure of the soil under the influence of dynamic loads can be observed.

【技术实现步骤摘要】
土体渗透破坏模拟装置及使用方法
本专利技术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及使用方法。
技术介绍
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。中国专利文献CN105572319B记载了同时还记载了一种模拟水力诱导覆盖型岩溶塌陷的方法，包括如下步骤：(1)在潜水层模拟箱内底板上平铺土压力传感器，根据试验要求调整裂隙隙宽控制片，并将裂隙岩溶模拟板固定；(2)将承压层水箱与潜水层模拟箱对接，并用螺丝固定，将承压层水箱中充水至潜水层模拟箱底板位置，同时在承压层水箱上部固定光学传感器；(3)制备土样，并用喷雾器喷雾，使得土质含有一定水分；(4)用泥团盖住底板中间位置处开设的空洞，泥团不可堵塞中间裂隙，以免增加水力渗透路径实验效果，将制备的土样平铺于潜水层模拟箱内，压实，并在土层上靠前侧有机玻璃边缘处设置彩色细砂，作为数字成像系统的标记线；(5)重复步骤(4)直至形成土层结构，在土层压实过程中，埋入土壤水分传感器；(6)打开承压水位控制箱，并通过阀门调整，使得水管中的水流缓慢流入承压层水箱，以防止土层中出现气爆现象，采用“热水饱和法”进行饱和，即在供水箱内贮存热水，使承压水位控制箱中水位略高于试样底面位置，再缓慢的提升水箱，每次提升1～2cm，待水箱中水位与试样中水位相等，稍等几分钟再次提升水箱，随着供水水箱上升，试样缓慢饱和，并排除试样中的空气，与此同时，当水压力测孔有水析出时，接通连接水压力传感器的软管，要求软管接通前内部充满水排除气泡，软管两端略高于导管口，降低一端接通导管，确保导管与软管间无气泡，在另一端用注射器注水，排除空气，连接水压力传感器，注意排除水压力传感器部分的空气；(7)静置，调整左潜水层水位控制箱、右潜水层水位控制箱以及承压水位控制箱至初始位置，待所有传感器中的数值稳定，形成初始状态渗流场；(8)将激光位移传感器仪置于试验模型单元上方，打开所有监控设备，按照试验要求改变水力条件进行试验。
技术实现思路
前述的水力诱导覆盖型岩溶塌陷模拟试验装置及使用方法仅用于模拟岩溶塌陷，专利技术人研究后发现，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。本专利技术的专利技术目的之一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，本专利技术采用如下技术方案：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。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，本专利技术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。本专利技术的专利技术目的之二是提供一种土体渗透破坏模拟装置的使用方法，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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。3.一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。4.如权利要求3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。5.如权利要求1-4中任一项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。6.如权利要求3或4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。7.如权利要求6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。8.如权利要求6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。9.如权利要求6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...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴禄，王宇虓，时刚，田孝伟，李超越，王维蒙，武天仪，
申请(专利权)人：郑州大学，山东省德州市交通工程监理公司，
类型：发明
国别省市：河南,41