[发明专利]一种膨胀土边坡吸湿变形模型试验方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程测试领域，更具体涉及一种膨胀土边坡吸湿变形模型试验方法，同时还涉及一种膨胀土边坡吸湿变形模型试验的系统，它适用于测试不同类型膨胀土边坡在吸湿条件下、边坡表面与内部不同部位的变形特征与演化规律。

背景技术

在实际工程中，膨胀土边坡失稳滑坡多表现为季节性，大气环境因素是其主要控制条件之一，由于气候变化而引发的边坡失稳、路堤滑塌、渠道滑坡广泛存在。

一般来说，持续降雨或反复降雨均是诱发滑坡的主要原因。在降雨条件下，膨胀土边坡随着水分的入渗，富含亲水性矿物蒙脱石、伊利石的膨胀土大量吸水，一方面发生较大的膨胀变形，另一方面，膨胀土的抗剪强度随着饱和度的增长持续降低，最终累积过大的变形而发生滑坡。因此，开展膨胀土边坡吸湿变形的特征与发展规律方面的研究，对于滑坡的预报、防范与处治，都有着一定的指导意义。

为了更好的将膨胀土膨胀变形机理与试验结果应用于实际工程，往往需要依托实际工程，以渠道或边坡典型断面作为参考，按比例建立膨胀土边坡模型，开展膨胀土边坡吸湿膨胀变形室内物理模型试验。通过现场描述、监测数据与试验结果，研究模拟降雨条件或其它供水条件下，膨胀土吸水膨胀变形的变化特征与发展规律，探讨边坡破坏模式与失稳机理，为工程设计、建设提供一定的理论依据。

现有的膨胀土边坡变形试验模型，往往是在黏性土边坡试验模型的基础上加以改造，试验方法也基本采用一般黏性土边坡变形试验的方法，在边坡变形发展到一定程度，达到极限状态时，预期滑动面也常按照圆弧形进行考虑，这难以反映出膨胀土渗透性低，边坡变形浅层性，变形量大，以及边坡变形与破坏受裂隙控制作用明显等诸多特点。

因此，为解决以上缺陷问题，急需对现有的试验装置与方法进行改造，提出一种适用于膨胀土边坡吸湿变形的模型试验系统及其试验方法，确保试验成果真实可靠。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种膨胀土边坡吸湿变形模型试验的方法，方法易行，能有效的研究不同类型膨胀土边坡在吸湿条件下，边坡表面与内部不同部位的变形特征与演化规律，以及边坡渗流场、应力应变特征与变化规律，其测试精度高，操作简便，用料节约，适用范围广。

本发明的另一个目的是在于提供了一种膨胀土边坡吸湿变形模型试验系统，结构简单，使用方便，针对不同类型、膨胀等级的膨胀土进行不同供水条件下的吸湿变形试验，系统设计考虑了膨胀土渗透性差，裂隙发育，湿胀干缩，变形量大等特点，还考虑了不同边坡特征，主要是不同坡比与坡高等工况，可以较好的体现低渗透性膨胀土边坡吸湿变形的特征与演化规律。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种膨胀土边坡吸湿变形模型试验的方法，其步骤是：

步骤一：对现场采集土样进行翻晒，测定土样含水率达到原状样的50~60%时进行填土。填筑土体与实际工程边坡土体保持一致或相似，保持土体的渗透性、膨胀性、力学性质与原状土最大程度上的相似性。土体填筑尺寸应结合模型箱的尺寸，并考虑膨胀土导水率小，一般小于10^-6m/s，坡表水分较难入渗，填筑尺寸控制为厚度约0.6~0.8m。

步骤二：在模型箱内部侧壁均匀涂抹凡士林，将土样在模型箱中进行阶梯状水平分层填筑，填筑分4层进行，每层土体填筑工序为：松铺—人工压实—表面刮毛，第一层填筑土体松铺约98~102cm，压实至约68~72cm；第二层填筑土体松铺约68~72cm，压实至约48~52cm；第三层填筑土体松铺约58~62cm，压实至约38~42cm；第四层填筑土体松铺约58~62cm，压实至约38~42cm。每一层填筑后，进行含水率取样测定与环刀法密度测定，每层检测2~3个点，达到含水率（15~20%）和干密度（1.5~1.7g/cm³）的要求。土体填筑时，在设计位置埋设土压力盒、沉降板、水分传感器。边坡填筑完成后，按设计坡比约1:1.5~1:3进行统一削坡。

步骤三：对填筑完成后的边坡进行静置处理，坡体逐渐产生裂隙，待裂隙开展至与实际工况相似时，在边坡表面设计位置布设位移传感器。

步骤四：在降雨进行之前，记录各监测物理量的初始值，得到边坡初始含水率状态与应力应变状态分布。