[发明专利]适用于土石边坡的双向渗透力模型试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及土石边坡生态防护技术领域，具体来说是涉及一种适用于土石边坡生态防护模型试验装置。

背景技术

在土工模型试验方面，目前流行的试验主要有常规模型、磁力地质模型和离心模型试验。与岩石和混凝土不同，对于土体，正确模拟小比尺模型的有效自重应力和水压力是土工模型试验成功的关键。大量的土石料室内试验结果表明，土石料具有以下特点：

①应力应变关系呈弹塑性和非线性；

②应力应变关系在不同的应力水平条件下表现不同，土体的变形模量、强度等都与应力水平密切相关，而且这种相关性是非线性的；

③土是三相体，加上降雨和地下水的作用，就要求土工模型试验中的自重应力和孔隙水压力必须与原型一致，才能用模型较为真实地模拟原型。

常规土工模型试验在1g的重力场内，按几何相似可将原型尺寸缩小n倍，但因其不能满足土体自重应力水平和水压力的物理相似，即常规土工模型试验难以满足物理相似，因此目前土力学界已很少使用。由于上述原因，即使震动台可以模拟动应力相似，也限制了其应用于土工建筑物模型试验。

目前的磁力地质模型只考虑固相的自重应力相似，不能满足液相及水压力相似。

土工离心模型试验基于用离心力场模拟重力场的原理，通过施加在模型上的ng离心力使模型中土体的有效应力和孔隙水压力与原型趋于一致。但实际上所获得的离心力应力场在同一平面并不匀称。离心模型虽然可以满足土工模型和原型的几何与物理相似，但是由于设备造价昂贵、技术操作复杂、动态模拟操作困难，普遍使用率低，且存在不适宜用于原生植被生态护坡试验研究的缺点。

鉴于现有技术的土工模型试验没有考虑降雨和地下水的作用，而降雨和地下水的渗透力又改变土体的有效应力和水压力，不能真实地模拟土石边坡原型，因此构建能够真实模拟土石边坡的实验模型进行模拟实验是所属领域科技工作者共同面临的课题。

发明内容

针对现有技术的土石边坡实验模型进行模拟实验的技术现状，本发明的目的旨在提供一种适用于土石边坡的双向透力模型试验装置，以解决现有技术的土石边坡实验模型不能真实地模拟原型的问题。

本发明提供的适用于土石边坡的双向渗透力模型试验装置，其构成主要包括，倾斜设置的上方两个斜侧面为渗水面的坡积体、位于坡积体渗水面上方的若干渗水管、位于渗水管上方由透明材质制作的用于封闭渗透水的盖板、与渗水管连接的水源，与坡积体渗水面相对的位于坡积体下方的由压缩可变形材质构成的可变形透水承垫体、位于可变形透水层下方用于支撑坡积体的透水性支撑体、埋设在坡积体内的孔压计和用于供测斜仪探头进出的测斜管，所述坡积体由粉土或粘土和砂砾经击实形成，两个渗水面中长坡面与地面呈20—45°角，所述渗水管水平设置，每根渗水管均设计有若干渗水孔。

在本发明的上述技术方案中，为两个渗水面上方渗水管供水的水源可最好是具有不同压力水头的水源。所述水源优先采用可调整水头或压力的水源，如可调整高度位置的水箱。

在本发明的上述技术方案中，所述透水性支撑体可由砌块构成，也可由砂卵石构成，优先采用由砌块和砂卵石组成。

在本发明的上述技术方案中，埋设在坡积体内用于供测斜仪探头进出的测斜管，其管口最好外露于坡积体外，以便于试验时将测斜仪的测斜探头安装测斜管中。所述测斜管可以为金属管或塑料管，优先采用塑料管作为测斜管。

在本发明的上述技术方案中，试验装置的主体，即所述坡积体、位于坡积体上方的渗水管、位于坡积体下方的承垫体和支撑体可设置在箱室内，箱室箱体壁中与坡积体平行的两侧箱体壁最好由透明有机玻璃等透明材质材料制作，以便试验过程中研究人员通过观察了解坡积体在顺坡向渗透力和垂直坡面渗透力协同作用下坡积体形状和位移变化。进一步地，为了便于研究人员观察，有机玻璃箱体壁面与坡积体相接的部位最好设计有观测坡积体形状和位移变化的标记网格。坡积体长坡两端的箱体壁最好由不锈钢金属板材制作。

在本发明的上述技术方案中，位于坡积体两渗水面上方的渗水管最好通过一层无纺布紧贴坡积体或埋入坡积体内，外侧用透明材质制作的盖板封住防止渗透水外流。

在本发明的上述技术方案中，对于试验装置设计有箱室的，透水性支撑体外下方可设计有集水槽池和将水排出箱室外的排水接管，排水接管与集水槽池连接。