[发明专利]地下承压水位动态变化作用下土结构性测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于土木建筑、交通工程、地下空间工程和环境工程领域，涉及一种地下承压水位动态变化作用下土结构性测试装置及方法。

背景技术

城市地下空间的开发利用是21世纪解决城市空间拥挤、交通堵塞、环境恶化、土地资源匮乏等问题的重要途径。近年来，在我国经济最发达的沿江沿海地区，掀起了地下空间开发的热潮，复杂的地下街、地下城、地下轨道交通相结合形成的地下综合体，地下大型供水、能源系统、排水及污水处理系统、地下综合管线廊道(共同沟)等地下市政设施大量兴建，同时，我国沿海、沿江地区地下广泛分布有潜水含水层和多层承压含水层，地下工程结构的大量兴建对其周围地质介质-地下水土环境不可避免的产生影响，如建设过程中的大体量地下水抽取和建成后地下结构对地下水的阻滞效应等都造成了地下水土环境的脆弱敏感；反之，由于工程建设活动或自然活动导致的地下水土环境动态演化对其中地下工程结构物长期性态的发展也起着关键作用。研究认为，工程土体在宏观上所表现出来的非连续、不均匀、各向异性和非确定性等复杂特征,从根本上取决于土体微观结构，因此，地下工程结构长期健康状态的评估涉及到对其周围土体微观结构状态的正确认识，也一直是该领域研究的前沿课题及热点课题。

国内外对土体微观结构的测试技术已进行了大量研究，开发了X衍射仪、扫描电镜SEM、CT、压汞仪、数字图像测量仪、光弹实验、TDR等多种设备。通过上述的各种技术手段所获得的资料主要有两种形式:其一是微结构图象；其二是结构特征的直接或间接数据。但相对于这些先进的测试手段而言,目前在资料处理和解释方法上仍然是落后的，而且多为静态测试，无法对土性发展过程进行动态分析。目前最新的研究成果，比如利用分形理论和图像处理技术确定结构要素与宏观力学性质之间的关系方面却仍然处于未知状态，现在的研究现状是微观更微,与宏观之间的距离越来越远，因此通过某种测试技术对土体结构变化进行间接测试得到一土体参数，进而在土体微观结构与宏观力学性质之间建立过渡“桥梁”，对快速描述土体结构变化并进行工程应用仍是合理的途径。

已有实用新型专利“一种固结实验中同步测读电阻率不规则因子测试系统(授权公告号CN202975167U)”通过改装现有的固结仪，在土样顶底部及侧壁分别布置2组电极，实现了对土样压缩固结过程的电阻率动态测试；已有发明专利“垃圾填埋场电阻率不规则因子测试及工程安全预警方法及系统(申请公告号(CN102944748A)”通过设计一种有机玻璃管，测试其中模拟填埋体在不同阶段的电阻率，计算球形因子，并对填埋体内部变形、裂缝、渗透等的结构异常情况进行判断。但这些已申请专利所涉及的装置(或系统)均无法实现对地下承压水头动态变化过程进行观测；受试验载体(固结仪或有机玻璃管)尺寸限制，边界效应不可忽视，测试元件的布设受限，无法很好模拟多层承压水结构；因受试验土层承压水变动影响，各土层结构状态变化不同。

发明内容

技术问题：本发明提供一种地下承压水位动态变化作用下土结构性测试装置及方法，解决现有技术无法很好地对地下承压水位变动导致土体结构性变化进行动态测试及可靠分析的技术难题。

技术方案：本发明的地下承压水位动态变化作用下土结构性测试装置，包括标定罐体、设置在标定罐体上端的加压活塞、与标定罐体连通的承压水控制系统和安装在标定罐体内部的测量系统。标定罐体用于装载受试土体，内侧壁上预埋有环向水管，侧壁上设置有连通罐体内外的安装孔，加压活塞安装在标定罐体的顶端开口处，并能上下自由滑动，加压活塞上设置有竖直方向的预留通孔；承压水控制系统包括两个可升降高度的水箱、用于连接所述水箱和环向水管的管线、设置在所述管线上的三通阀、流量表和压力表，两个水箱各自连接一根环向水管，环向水管上设置有面向土体的出水口；测量系统包括通过安装孔放置到受试土体中的测压管、环向电阻率测试电极、垂向电阻率测试电极、微型孔压计和微型位移计，以及通过预留通孔插入受试土体中的微型静力触探贯入仪。

本发明装置的优选方案中，标定罐体的外侧横向环绕设置有多道环形钢护环。

本发明装置的优选方案中，标定罐体的内侧壁上沿环向设置有环向凹槽，所述环向水管置于环向凹槽内。

本发明装置的优选方案中，标定罐体周向侧壁上对称设置四组安装孔阵列，每组所述安装孔阵列包括8个安装孔，各安装孔分别作为安装进水管、排水管和测试元件导线的通道。

本发明装置的优选方案中，加压活塞上沿圆周间隔45°角布置8个预留圆孔，作为微型静力触探贯入仪的贯入通道。