[发明专利]一种雨水入渗下土柱渗流侵蚀实验装置以及土—水分离实验方法

说明书

本发明公开了一种雨水入渗下土柱渗流侵蚀实验装置以及一种土—水分离实验方案。雨水入渗下土柱渗流侵蚀实验装置包括，实验装置支架、上游水头控制系统、刚性壁渗流室、侵蚀混合流体收集系统，实验装置支架包括可调节高度的底板、顶板、中间活动板，上游水头控制系统用于控制土柱承受的类降雨强度以及监测土柱承受的水力梯度，刚性壁渗流室是装置的核心部分，用以容纳土柱试样完成渗流侵蚀过程，侵蚀流体混合收集系统用以收集阶段内的侵蚀混合流体；土—水分离实验方案，包括检测侵蚀混合流体中粘土颗粒浓度、砂粒砾石混合颗粒质量、侵蚀流体质量。本发明能够有效实现雨水入渗条件下土柱的内部侵蚀实验和分析。

技术领域

本发明属于岩土工程领域，涉及一种土柱渗流实验装置、一种土—水分离实验方案，具体为一种雨水入渗下渗流侵蚀实验装置以及土—水分离实验方法。

背景技术

我国三峡库区的地貌中，大多山坡都是由残积层、风化岩石、坡积物、岩溶崩塌堆积等形成的堆积边坡，这类边坡的松散度大、孔隙率高、渗透性强，在这类地质材料的边坡中地质灾害较为严重，灾种类型全面，灾害事故数量大，最为常见的就是滑坡、崩塌等。

2014年8月31日，重庆东北部地区出现大面积强降雨，致使渝东北开县、云阳、巫溪、奉节、巫山等5个县的48个雨量站超过250mm，其中云阳、奉节、开县和主城区等地9月1日的降雨量破历史同期纪录，巫溪8月31日的降雨量也达到了历史同期最高。据统计，这次强降雨过程中，山洪灾害监测预警平台发布预警信息107个，发布预警短信条数9072条，启动预案114个，紧急转移安置5万余群众。从统计数据看，此次安置转移群众大都位于堆积体分布区域，堆积体区域滑坡隐患大。

原生堆积体受人类活动扰动，加上降雨的作用，一般认为是造成堆积体坡体变形失稳的主要因素，但在“8.31”特大暴雨后观测到的一些现象表明：堆积体自身所具有的高孔隙率、强透水性特征也是引起堆积体变形的原因之一，由降雨导致的内部侵蚀进而引起的沉降变形加剧了坡体及其上建筑物的变形。例如：在对奉节县康乐镇李坪村苦草坪区域出现的大范围滑坡险情排查中发现，地裂缝主要集中在滑坡前缘，裂缝方向总体与主滑方向垂直；但又同时观察到，某些裂缝的变形方向与滑坡主滑方向差异大，延伸性差，房屋(砖房)变形裂缝以“八”字形为主，体现为区域内的不均匀沉降变形。

目前针对堆积体在降雨条件下变形-失稳发展机理的认识都还停留在传统的土-水两相两场耦合问题上，忽略了内部侵蚀对堆积体自身微观结构、物理力学性质的影响进而引起潜在的沉降变形，当前也没有可用于研究雨水入渗条件下松散堆积体土柱渗流侵蚀实验的装置以及实验方案。

因此，开发了适用于研究雨水入渗下土柱渗流侵蚀实验装置以及土—水分离实验方法，可以揭示雨水入渗条件下土柱侵蚀破坏的机理、影响堆积体土柱内部稳定性的因素以及内部侵蚀破坏对松散堆积体土柱物理力学性质的影响。

发明内容

针对现有背景技术存在的不足，为了研究含碎石粉质粘土松散堆积体在雨水入渗条件下潜在的内部侵蚀机理(即发生内部侵蚀所需的必要条件)、影响松散堆积体内部稳定性的因素、内部侵蚀对松散堆积体的物理力学可能造成的影响，研发了可室内模拟雨水入渗条件下松散堆积体土柱潜在的内部侵蚀过程的可调速定流量渗流侵蚀实验装置和土—水分离实验方案以及相应的实验装置。其中可调速定流量渗流侵蚀实验装置可以完成土柱的内部侵蚀过程的室内模拟，土—水分离实验方案以及相应的实验设备可揭示侵蚀过程中，粘土颗粒侵蚀速率、砂粒砾石混合颗粒侵蚀速率、侵蚀流体出渗速率、饱和渗透系数等侵蚀特征参数的变化。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种雨水入渗下土柱渗流侵蚀实验装置，包括实验装置支架、上游水头控制系统、刚性壁渗流室、侵蚀混合流体收集系统；

所述实验装置支架包括底板、中间活动板、顶板、螺纹杆和螺帽；所述底板、中间活动板和顶板相互平行且水平设置，所述螺纹杆穿过中间活动杆并沿竖直方向固定于顶板与底板之间；所述螺帽通过螺纹连接于螺纹杆，用于固定所述活动板；