一种测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置及方法，属于黄土渗透和湿陷性测试领域。本发明专利技术能够更有利于控制试验过程中的变量，可以精确控制入渗速度，更为有效的控制边界状态，同时集水箱入渗能够更为方便和准确的记录每次试验的用水量，自动渗水装置简便且节省人力。在铺设土层的过程中加入彩砂作为标志层，能够更加直观的展现黄土湿陷的试验过程，更为计算不同深度的湿陷量提供依据。同时，通过玻璃板直观的观察试验过程中水分在土体中的运移规律，亦可通过不同位置土体沉降的差异性反演土体水分运移规律，还可以根据试验完成后不同位置、不同深度土体的含水率变化情况分析水分在土体中的运移规律以及湿陷沉降与水分迁移的变化规律。水分迁移的变化规律。水分迁移的变化规律。

【技术实现步骤摘要】
一种测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置及方法


[0001]本专利技术属于黄土渗透和湿陷性测试领域，尤其是一种测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置及方法。

技术介绍

[0002]湿陷性和渗透性是黄土类土最主要的工程地质特征，自重湿陷性黄土场地的湿陷变形是工程建设中的难点问题，也是工程建设中必须解决的关键问题。天然湿度下湿陷性黄土的压缩性较低，强度较高；受水浸湿后，在土体自重应力或自重应力与外部附加应力共同作用下，强度降低。当土体中的残余强度不足以抵抗土体中的结构应力时，土体结构迅速破坏并发生显著的沉陷。可见，水是诱发黄土湿陷的关键外因，因此，解决上述问题的根源不仅在于查清黄土的工程地质特征，关键在于查清黄土的湿陷变形和渗透(水分运移)规律。
[0003]室内试验、现场浸水试验、模型试验及数值模拟是四种重要手段。室内试验操作简便，易测定不同深度土层的渗透系数，但对试样土体的扰动影响不可忽视；浸水试验能够真实地反映土体实际的入渗场状态，但其关注重点在于土体的变形及沉降方面，对影响水分运移的渗透特性关注较少，且这两种方法由于试验条件存在差异(包括应力状态、饱和条件、边界效应、尺寸效应等)常导致湿陷量计算值和实测值相差甚远。数值模拟实施成本低，能较为简便的模拟不同工况下场地的渗流及变形情况，但受限于软件算法和参数选取，无法反映场地真实情况；模型试验可控制主要参数，易于进行对比试验且试验所得规律可与实际情况大致吻合，但无法完全还原实际条件，只能考虑重点因素而忽略次要因素。
[0004]综上述，现场浸水试验是得到广泛认可且试验结果最贴近实际的试验方法，但其耗时长、成本高，且对水分运移过程及其与湿陷变形发展相关性，以及对水分扩散产生影响的地层结构方面有待进一步研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置及方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置，包括模型箱，模型箱的底部两端设有垫高垫，模型箱的个侧面为玻璃板，模型箱内交替设有填充土层和彩砂层，其中，最底部为土工布包裹的填充层；
[0008]模型箱的顶部设有铁丝网架，铁丝网架与最上端的填充土层间隔设置，铁丝网架上固定有多个渗流管，所述渗流管的另一端连接有集水箱，所述集水箱的放置位置高于模型箱顶部；
[0009]所述渗流管固定在铁丝网架上的位置对应选定的渗水区设置。
[0010]进一步的，所述渗流管上设有滑轮控制器。
[0011]进一步的，所述模型箱的尺寸按《湿陷性黄土地区建筑标准》中现场试坑浸水试验的布设要进行等比放缩。
[0012]一种测试黄土渗透和湿陷性的模型试验方法，基于本专利技术所述的测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置进行，包括以下操作：
[0013]在选定的渗水口位置上方固定铁丝网架，将集水箱放置在高于模型箱的位置；
[0014]将模型箱的底部两侧垫高，将模型箱的底部用土工布围住，填入粗砂，粗砂的顶部高度与模型箱底部的高度保持一致，作为土工布包裹的填充层；
[0015]在土工布包裹的填充层之上填入黄土，压实刮平得到填充土层，在靠近玻璃板一侧铺设彩砂层，作为分界层；
[0016]按照上述操作，重复铺设若干层填充土层和彩砂层，直至顶层；
[0017]在填充完成后，放置预设时间进行自然沉降，在浸水前用在玻璃板外侧标记所有彩砂层的初始位置；
[0018]在选定的渗水口位置对应的顶层填充土层挖出渗水槽；
[0019]打开渗流管进行黄土渗透和湿陷性的试验，并利用相机记录黄土湿陷过程，基于试验过程的获取的参数定量计算不同深度土层的湿陷量。
[0020]进一步的，打开渗流管的操作为：
[0021]将渗流管的一端从集水箱箱口插入到深处，随后，将滑轮控制器开到最大，将注射器插入渗流管另一端，操作注射器使得渗流管注满水并能够稳定渗流后关闭滑轮控制器，随后将注水的另一端固定在网格上，剩余渗流管重复上述操作；
[0022]之后依次打开渗流管的滑轮控制器，调整流速，进行黄土渗透和湿陷性的试验。
[0023]进一步的，铺设的彩砂层的高度不超过3mm，宽度不超过5mm。
[0024]进一步的，所述渗水槽为方形渗水槽。
[0025]进一步的，渗流管均布在渗水槽的上方。
[0026]进一步的，基于试验过程的获取的参数定量计算不同深度土层的湿陷量，具体操作为：
[0027]在玻璃箱外侧粘贴透明刻度尺；试验开始前，记录土层整体高度及不同深度位置土层高度作为初始数据；浸水开始后，根据实际水流量及流速选定合适时间间隔读数，读数包括顶层土体表面的高度和不同深度位置土层的高度，直至停止浸水且土层完全沉降后，记录一次数据作为最终试验数据；根据初始记录数据和最终试验数据计算出不同深度位置土层的湿陷沉降量，再依据《湿陷性黄土地区建筑规范》中湿陷性黄土湿陷量的计算方法，计算出不同深度土层的湿陷量。
[0028]进一步的，基于试验过程的获取的参数定量计算不同深度土层的湿陷量，具体操作为：
[0029]使用照相机拍照记录试验全过程数据；等间隔使用照相机拍照记录浸水试验全过程，并将图片制作成动图，直观展示土层浸水湿陷变形的过程，直至停止浸水且土层完全沉降后，最后一次拍照记录；顶层土体表面的沉降量和不同深度位置土层的沉降数据通过照片的像素点变化获得；根据初始记录数据和最终试验数据计算出不同深度位置土层的湿陷沉降量，再依据《湿陷性黄土地区建筑规范》中湿陷性黄土湿陷量的计算方法，计算出不同深度土层的湿陷量
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0031]本专利技术提供一种测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置及方法，能够更有利于控制试验过程中的变量，可以精确控制入渗速度，更为有效的控制边界状态，同时集水箱入渗能够更为方便和准确的记录每次试验的用水量，自动渗水装置简便且节省人力。在铺设土层的过程中加入彩砂作为标志层，能够更加直观的展现黄土湿陷的试验过程，更为计算不同深度的湿陷量提供依据，直观展现了黄土湿陷随浸水过程的变化规律。同时，可通过玻璃板直观的观察试验过程中水分在土体中的运移规律，亦可通过不同位置土体沉降的差异性反演土体水分运移规律，还可以根据试验完成后不同位置、不同深度土体的含水率变化情况分析水分在土体中的运移规律以及湿陷沉降与水分迁移的变化规律。
附图说明
[0032]图1为本专利技术的渗流装置图；
[0033]图2为本专利技术的测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置的结构图。
[0034]其中，1
‑
集水箱，2
‑
渗流管，3
‑
网架，4
‑
玻璃板，5
‑
彩砂层，6
‑
填充土层，7
‑
土工布包裹的填充土层。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置，其特征在于，包括模型箱，模型箱的底部两端设有垫高垫，模型箱的(4)个侧面为玻璃板(4)，模型箱内交替设有填充土层(6)和彩砂层(4)，其中，最底部为土工布包裹的填充层(7)；模型箱的顶部设有铁丝网架(3)，铁丝网架(3)与最上端的填充土层(6)间隔设置，铁丝网架(3)上固定有多个渗流管(2)，所述渗流管(2)的另一端连接有集水箱(1)，所述集水箱(1)的放置位置高于模型箱顶部；所述渗流管(2)固定在铁丝网架(3)上的位置对应选定的渗水区设置。2.根据权利要求1所述的测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置，其特征在于，所述渗流管(2)上设有滑轮控制器。3.根据权利要求1所述的测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置，其特征在于，所述模型箱的尺寸按《湿陷性黄土地区建筑标准》中现场试坑浸水试验的布设要进行等比放缩。4.一种测试黄土渗透和湿陷性的模型试验方法，其特征在于，基于权利要求1
‑
3任一项所述的测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置进行，包括以下操作：在选定的渗水口位置上方固定铁丝网架(3)，将集水箱(1)放置在高于模型箱的位置；将模型箱的底部两侧垫高，将模型箱的底部用土工布围住，填入粗砂，粗砂的顶部高度与模型箱底部的高度保持一致，作为土工布包裹的填充层(7)；在土工布包裹的填充层(7)之上填入黄土，压实刮平得到填充土层(6)，在靠近玻璃板一侧铺设彩砂层(5)，作为分界层；按照上述操作，重复铺设若干层填充土层(6)和彩砂层(5)，直至顶层；在填充完成后，放置预设时间进行自然沉降，在浸水前用在玻璃板外侧标记所有彩砂层(5)的初始位置；在选定的渗水口位置对应的顶层填充土层(6)挖出渗水槽；打开渗流管(2)进行黄土渗透和湿陷性的试验，并利用相机记录黄土湿陷过程，基于试验过程的获取的参数定量计算不同深度土层的湿陷量。5.根据权利要求4所述的测试黄土渗透和湿陷性的模型试验方法，其特征在于，打开渗流管(2)的操作为：将渗流管的一端从集水箱(1)箱口...

【专利技术属性】
技术研发人员：高建伟，李颖喆，刘志伟，雷雨露，鄢治华，李同录，饶虎，夜昊，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：