模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置及试验方法，包括试验土槽，试验土槽中间设置有将其内部空间分隔成两个试验区的中间隔板；其中一个底部为水泥浇筑的折线型基岩面，另一个底部为水泥浇筑的台阶型基岩面，折线型基岩面和台阶型基岩面均带有斜度并且两者形成倒V形结构；两试验区内在基岩面上方均装填有花岗岩风化土，花岗岩风化土上表面铺设一层缓冲层；两试验区侧壁上部分别设有多个进水口、下部在基岩面较低处分别设有出水口，两试验区在花岗岩风化土所在区域的侧壁上开设有若干测压孔。本发明专利技术原理简单、操作方便，应用性强，直观对比不同形态的基覆界面对花岗岩二元结构边坡粘粒迁移集聚特征的影响。岩二元结构边坡粘粒迁移集聚特征的影响。岩二元结构边坡粘粒迁移集聚特征的影响。

【技术实现步骤摘要】
模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置及试验方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程渗流试验领域，特别是一种模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置。

技术介绍

[0002]花岗岩二元结构边坡由上部风化土体（包括残积层、全风化层或砂土状强风化层）和下部风化岩体（碎块状强风化或弱风化层）共同构成，其突出特点是边坡的上下两个部分存在明显的差异风化，形成渗透性突变和控制边坡稳定的不连续面。大量工程实践表明，同等岩土性质条件下，二元结构边坡通常比同样高度的类土质边坡稳定性差很多，成为工程中极容易破坏的边坡类型。
[0003]花岗岩风化土是一种易崩解、饱水软化的疏松多孔介质。在渗流作用下，花岗岩风化土中的细颗粒在大孔隙的粗颗粒土架空结构或残存的结构面发生迁移运动，迁移至下部基岩面时，由于上部土体和下部岩体表现为剧烈的风化过渡和岩土透水性的显著差异，细颗粒运动速度减缓，依附基覆界面（即上部风化土和下部基岩的接触面）聚集形成低强度的泥膜或高粘滞层，使基覆界面的渗透性降低而形成临时滞水面，在边坡蠕滑过程中扮演了“填充剂”和“润滑剂”角色，成为对边坡稳定性具有重要控制的软弱夹层。研究表明，在花岗岩风化土内部侵蚀过程中，基覆界面附近的水岩相互作用十分活跃，往往会导致基覆界面因聚集粘粒而强度软化，进而诱发边坡变形破坏。
[0004]在边坡勘察过程中，由于基覆界面的粘粒集聚隐蔽性较强，难以发现，导致设计是忽略其对敏感性，进而影响对边坡失稳机制的理解及稳定性的正确评价。因此，对花岗岩二元结构边坡粘粒迁移集聚特征进行系统而深入的研究非常必要。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种原理简单、操作方便，应用性强的模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置，可以模拟实际工况中粘粒在基岩面顶部集聚的过程，直观对比不同形态的基覆界面对花岗岩二元结构边坡粘粒迁移集聚特征的影响。
[0006]本专利技术采用以下方案实现：一种模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置，包括顶部敞开的试验土槽，所述试验土槽中间设置有将其内部空间分隔成两个试验区的中间隔板；其中一个试验区内底部为水泥浇筑的折线型基岩面，另一个试验区内底部为水泥浇筑的台阶型基岩面，折线型基岩面和台阶型基岩面均带有斜度并且两者形成倒V形结构；两试验区内在基岩面上方均装填有花岗岩风化土，花岗岩风化土上表面铺设一层缓冲层；两试验区侧壁上部分别设有多个进水口、下部在基岩面较低处分别设有出水口，两试验区在花岗岩风化土所在区域的侧壁上开设有若干测压孔。
[0007]进一步的，还包括位于试验土槽前侧的照相机和核素识别仪；试验区侧壁上的测压孔沿竖向间隔排列，所述测压孔上安装有孔隙水压力计，所述孔隙水压力计与数据采集仪电性连接；出水口下方集水箱，所述集水箱上安装有浊度仪。
[0008]进一步的，试验区侧壁上的进水口沿竖向间隔排列，进水口处安装有控制水阀。
[0009]进一步的，所述试验土槽为长方体结构并由透明有机玻璃制成，试验土槽下方设有钢架底座；出水口处设置有出水多孔板，出水多孔板上布设有孔径为1mm的出水孔。
[0010]进一步的，所述中间隔板由上部的透水板和下部的隔水板组成，透水板上开设有若干直径为2mm的透水孔，缓冲层高度不高于透水板上位置最低的透水孔高度。
[0011]本专利技术另一技术方案：一种模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验方法，采用如上所述的模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置，包括以下步骤：（1）根据试验要求和试验场地安装渗流试验装置，按照试验要求利用水泥在试验区内浇筑不同形态的倾斜基岩面；（2）将筛分之后的花岗岩风化土中粘粒掺入137Cs核素示踪剂，并充分搅混合；按照风化土的原始颗粒级配配置试验所需的试验土样，并按照一定的密实度将试验土样分层装填入试验土槽的试验区中，在花岗岩风化土顶面铺设一层厚度的粗颗粒土做缓冲层，装填完成之后的整体高度（即基岩高度+风化土层高度+缓冲层高度）低于中间隔板上位置最低的透水孔高度；（3）将孔隙水压力计安装到测压孔上，启动并测试各测量仪器的工作状态，调整照相机的拍摄范围，利用核素识仪获取试验前137Cs核素示踪剂的含量和空间分布状态；（4）打开最下方进水口的控制水阀，关闭其余控制水阀，注入渗流水，开始渗流试验；（5）试验过程中，利用数据采集仪采集到的孔隙水压力计读数；利用照相机定时拍摄采集试验土槽中细颗粒迁移、集聚过程；记录每个时段集水箱累计出水量；利用浊度仪监测并记录每个时段流失水体中粘粒的浓度；利用核素识别仪监测137Cs示踪剂在试验土槽的含量和空间分布形态；（6）待渗流稳定之后，土体中的粘粒不再发生迁移运动，各项监测数据无明显波动，关闭当前控制水阀，打开上一个进水口的控制水阀，提升入渗水头的高度，继续渗流试验，并利用测量系统监测各项数据的变化；（7）当提升至最高水头达到渗流稳定或者在某一级水力梯度下试验土样的细颗粒大量流失形成明显贯通的渗流通道或聚集在基覆界面形成软弱薄层时，结束渗流试验。
[0012]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置原理简单、操作方便，应用性强，模拟实际工况中粘粒在基岩面顶部集聚的过程，可以直观对比不同形态的基覆界面对花岗岩二元结构边坡粘粒迁移集聚特征的影响，主要应用于花岗岩二元结构边坡中的粘粒迁移－集聚的演化规律和花岗岩风化土内部侵蚀机制研究。
[0013]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本专利技术作进一步详细说明。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例试验土槽正面剖视图；图2为本专利技术实施例整体结构俯视图；图3为本专利技术实施例试验土槽侧面剖视图；
图4为本专利技术实施例中中间隔板示意图；图5为本专利技术实施例中出水多孔板示意图；图中标号说明：1
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进水口，2
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控制水阀，3
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中间隔板，4
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缓冲层，5
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试验土槽，6
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测压孔，7
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花岗岩风化土、8
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折线型基岩面，9
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出水多孔板，10
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出水口，11
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集水箱，12
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钢架底座，13
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孔隙水压力计，14
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数据采集仪，15
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台阶型基岩面，16
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浊度仪，17
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照相机，18
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核素识别仪，19
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透水板，20
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出水孔，21
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隔水板，22
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透水孔。
具体实施方式
[0015]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0016]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置，其特征在于：包括顶部敞开的试验土槽，所述试验土槽中间设置有将其内部空间分隔成两个试验区的中间隔板；其中一个试验区内底部为水泥浇筑的折线型基岩面，另一个试验区内底部为水泥浇筑的台阶型基岩面，折线型基岩面和台阶型基岩面均带有斜度并且两者形成倒V形结构；两试验区内在基岩面上方均装填有花岗岩风化土，花岗岩风化土上表面铺设一层缓冲层；两试验区侧壁上部分别设有多个进水口、下部在基岩面较低处分别设有出水口，两试验区在花岗岩风化土所在区域的侧壁上开设有若干测压孔。2.根据权利要求1所述的模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置，其特征在于：还包括位于试验土槽前侧的照相机和核素识别仪；试验区侧壁上的测压孔沿竖向间隔排列，所述测压孔上安装有孔隙水压力计，所述孔隙水压力计与数据采集仪电性连接；出水口下方集水箱，所述集水箱上安装有浊度仪。3.根据权利要求2所述的模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置，其特征在于：试验区侧壁上的进水口沿竖向间隔排列，进水口处安装有控制水阀。4.根据权利要求1所述的模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置，其特征在于：所述试验土槽为长方体结构并由透明有机玻璃制成，试验土槽下方设有钢架底座；出水口处设置有出水多孔板，出水多孔板上布设有孔径为1mm的出水孔。5.根据权利要求1所述的模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置，其特征在于：所述中间隔板由上部的透水板和下部的隔水板组成，透水板上开设有若干直径为2mm的透水孔，缓冲层高度不高于透水板上位置最低的透水孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，李传东，俞奎皓，许少鸿，豆红强，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：