[发明专利]一种浸水-潜蚀耦合作用对土体力学特性影响的试验装置及方法

说明书

本发明提供一种浸水‑潜蚀耦合作用对土体力学特性影响的试验装置及方法，属于岩土工程技术领域。试验装置包括压力系统、供水系统、砂水分离测量系统及自动化围压系统：压力系统用于放置土样并形成力学测试环境；供水系统用于提供水源形成浸水、潜蚀作用环境；自动化围压系统用于提供围压并测试土样体积变化；砂水分离测量系统用于搜集流失的颗粒并称重。本发明相应的试验方法为：对每组土样，先进行不同浸水时间的处理，再进行不同潜蚀时间的处理，然后测试不同应力路径下土样的力学特性，研究浸水、潜蚀及二者耦合作用对土体力学特性的影响。本发明的装置及方法能通过独立控制土体浸水、潜蚀处理来研究二者及其耦合作用对土体力学特性影响。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体的，涉及一种用于开展浸水及潜蚀耦合作用对土体力学特性影响的试验装置及试验方法。

背景技术

如今，我国东南部多雨地区滑坡地质灾害频发，这些滑坡灾害多与降雨入渗有关，而降雨作用下土体强度的降低是导致滑坡的主要原因。降雨作用下土体强度降低的机理是多方面的。首先，随着降雨入渗，边坡土体中饱和度逐渐上升，基质吸力相应减小，有效应力减小，导致土的剪切强度降低。其次，在浸水作用下土体会发生软化导致强度降低。再次，在渗流侵蚀作用下，有些内部不稳定土体中的细颗粒会被渗流带出，发生潜蚀破坏，引起土的强度降低。因此，为研究降雨诱发滑坡的机理，有必要对上述导致土体强度降低的因素分别开展研究。

对于饱和度上升这一因素，目前已有成熟的非饱和仪及相应的试验方法可供研究。对于浸水作用和潜蚀作用这两个因素，研究人员已开发了各自的试验设备。事实上，对于渗流侵蚀作用下的内部不稳定土体而言，浸水作用和潜蚀作用往往是同时存在的，且两者之间有明显的耦合效应，即浸水作用和潜蚀作用相互促进，导致土的强度急剧降低。然而，同时考虑浸水作用和潜蚀作用的还未见有相应的试验设备，同时还缺乏浸水-潜蚀耦合作用对土体力学特性影响的试验方法，制约着降雨诱发滑坡机理的研究。

发明内容

本发明的目的在于围绕降雨诱发滑坡机理研究需求，开发能模拟浸水-潜蚀耦合作用对土体力学特性影响的试验装置和方法。

为了实现上述目的，本发明涉及的试验装置和试验方法是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种浸水-潜蚀耦合作用对土体力学特性影响的试验装置，包括依次连接的压力系统、供水系统、自动化围压系统以及砂水分离测量系统。其中，所述压力系统用于放置土样，形成复杂应力路径的力学特性测试环境；所述供水系统用于在浸水及潜蚀试验时提供水源，形成浸水作用和潜蚀作用环境；自动化围压系统用于提供不同应力路径下的围压，并测试土样的体积变化；砂水分离测量系统用于在潜蚀试验过程中搜集流失的颗粒并进行称重。

具体的，所述压力系统包括透明压力室、底座、漏斗基座、多孔土样底盘、土样、轴压加载杆、压力传感器、位移传感器、带卡栓土样帽、排气孔、真空泵、循环管路、出流管路、循环控制阀以及潜蚀出流阀。其中，所述透明压力室设置于所述底座上，透明压力室外壁为透明有机玻璃；所述漏斗基座设置于透明压力室底部，所述多孔土样底盘设置于漏斗基座上，所述土样放置于所述多孔土样底盘上，土样外部应包裹橡皮膜；所述轴压加载杆设于所述透明压力室上方，所述轴压加载杆上方设置有压力传感器与位移传感器；所述带卡栓土样帽设置于土样与所述轴压加载杆之间；所述排气孔设置于透明压力室顶部，所述真空泵连接至排气孔口；漏斗基座下方出口端连接有所述循环管路与所述出流管路，其中所述循环管路设有循环控制阀，所述循环管路与供水系统相连接；所述出流管路设置有潜蚀出流阀，通过潜蚀出流阀与砂水分离测量系统相连接。

具体的，所述供水系统包括压力控制器、供水筒、空气压缩机、通气孔、水质取样孔、供水管路、供水阀、压力表以及蠕动泵，其中所述压力控制器通过管路连接至所述供水筒上方；所述空气压缩机通过管路连接至压力控制器；所述通气孔设置于供水筒顶部，所述水质取样孔设置于供水筒底部；所述供水筒的供水管路通过所述供水阀连接至透明压力室，供水管路的出口端连接至带卡栓土样帽顶端，所述压力表设置供水管路上；所述压力室的循环管路通过所述蠕动泵连接至供水筒。