[发明专利]土质边坡在侵蚀剥落情况下抗侵蚀性的测量装置及方法

说明书

本发明属于土木工程领域，涉及一种土质边坡在侵蚀剥落情况下抗侵蚀性的测量装置及方法；测量装置包括变温变湿箱以及均设置在变温变湿箱内部的内部圆柱形支撑架、外部圆柱形支撑架、带网眼金属方格网、金属方格板以及天平；内部圆柱形支撑架的顶部设置有带网眼金属方格网；外部圆柱形支撑架的顶部设置有金属方格板；外部圆柱形支撑架罩于天平的外部；内部圆柱形支撑架穿过金属方格板后置于天平上；内部圆柱形支撑架以及天平的高度之和大于外部圆柱形支撑架的高度；待测量的边坡坡面土样置于带网眼金属方格网上。本发明可有效利用实验室设备评价土质边坡坡面抗侵蚀性以及可减少轻现场试验的工作量和费用。

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种土质边坡抗侵蚀性的测量装置及方法，尤其涉及一种土质边坡在侵蚀剥落情况下抗侵蚀性的测量装置及方法。

背景技术

作为边坡工程、道路工程以及堤防工程等的建筑材料，土体直接暴露于大气环境中。土的含水率受环境变化、降水、水位交替等影响，边坡表层土体易产生侵蚀剥落和冲刷等病害，以至于破裂以及剥落进而降低工程稳定性。与岩质边坡不同，目前土质边坡最普遍的病害为坡面问题，伴随着大规模土木工程建设，由土质边坡坡面抗蚀性能降低而导致的坡体病害、局部滑坡和整体滑坡越来越多，造成经济损失严重危害人民生命安全。土质边坡坡面病害通常深度仅限于气候影响带内(约为1.5-2m)，由抗蚀性能不足引起的病害根据与自然条件的不同可分为侵蚀剥落与冲刷两种，其形成机理存在一定区别。

坡面侵蚀剥落出现于边坡的任何位置，一般为片状、鳞片状和层状剥落，形成原因包括坡面水分湿度变化(尤其向阳坡产生的干裂剥落表现更为突出)、坡脚拉压应力作用和风化干缩等，通常粉粒含量多、易溶盐含量高的土容易产生侵蚀剥落。坡面土层易风化剥落对边坡稳定不利，特别是古土壤层较厚且位于坡脚时更为不利；坡面剥落破坏除在坡脚形成凹形的反坡地形对坡体稳定有一定影响，如果不加以防护任由雨水下渗，会对边坡长期稳定性造成巨大影响；坡面剥落岩土体堵塞排水沟，影响整体排水性能。

坡面冲刷是指降雨及坡表水流破坏坡面表层土体造成冲沟、溜塌等现象。土质边坡的工程特性是干燥时强度较高，浸水后结构破坏，粘聚力迅速减小，变化幅度大，易水解剥落。坡面冲刷会引起大量的水土流失，土质边坡坡面冲刷与土层、土性、地形地貌条件、水文条件等有密切的关系。当降雨时间集中或者以暴雨形式出现，土质边坡极易受雨水及地表水的破坏；边坡采用台阶形式修筑时，排水处理不合理时也易引起冲刷破坏；降雨过后，坡面被分散的小径流冲成许多细密的小沟，坡度较陡且无植被的坡面上细沟侵蚀发育；当间歇性坡面流集中侵蚀冲刷，逐步形成浅沟侵蚀破坏坡面及平台。

土质边坡抗侵蚀性能并不是一个简单的物理或化学指标，而是一个综合性因子。因此，定量测量土质边坡抗侵蚀性不容易实现。现行的各类规范规程中尚未有评价土质边坡抗侵蚀性的试验方法，仅有土的湿化试验和边坡降雨试验能部分的测量和反映土质边坡的抗侵蚀性，并不能完全反映土质边坡的抗侵蚀性，仅能反映饱水(冲刷)状态下这一特殊情况，通过测量坡面土质某一参数作为土质边坡坡面抗侵蚀性指标。

土的湿化试验的基本原理是测量土体崩解过程中体积的变化，即在试验过程中将土样放入湿化仪中的网板中央，迅速浸入水筒中，开动秒表，测记开始时浮筒齐水面处刻度的瞬间稳定读数，然后再按照不同的时间间隔来测记浮筒水面的读数，计算崩解量与崩解速度。由于在试验过程中体积的变化量测误差比较大，而且需凭借肉眼观察瞬间读数，人为因素比较多，计算结果非常不准确，由于读数间隔大，并不能对土质边坡的冲刷特性进行预测。

边坡降雨试验是现场试验的一种，通过现场工程试验路段进行人工降雨冲刷试验，获取了不同的边坡冲刷破坏过程及其抗冲刷效果。一般试验需要测量4个内容：⑴测量降雨前、后及过程中边坡土体的含水量变化；⑵测量形成地表径流的时间；⑶测量在不同时段水样的含泥量；⑷观测坡面冲蚀沟的形成和演化规律。模拟降雨装置一般采用仰喷式模拟降雨机。降雨喷头的高度可根据实际情况自由调节，与天然降雨的相似性能达到80％。现场降雨试验能较真实的完成对边坡的冲刷问题分析，但降雨机理和降雨大小形式与天然降雨有一定区别，不能完全正确的反映实际问题，并且试验复杂繁琐费用很高。