[发明专利]冻土路堤模型制作及冻土路堤模型热融滑坡试验装置和试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩土工程中的模型试验，具体地说是一种冻土路堤模型制作及冻土路堤模型热融滑坡试验装置和试验方法，特别是涉及一种可视化冻土路堤模型制作及冻土路堤模型热融滑坡试验装置和试验方法。

背景技术

在岩土工程方面的模型试验中，研究土体内部变形规律和机理，对探索岩土工程问题本质具有重要意义。特别是地球上多年冻土、季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50﹪，其中，多年冻土分布面积3500万㎞²，约占陆地面积的25﹪。冻土是一种对温度极为敏感的土体，随着温度的升高，其强度显著降低，土体融化后的强度相对于冻结时的强度以几何数量级的降低。相关研究结果表明，青藏高原等多年冻土区腹部地带的低山丘陵区，在大于3°的坡地上，其热融过程中都有可能形成热融滑塌。当表层冻土由于气温升高而融化，在高含冰量条件下，滑动土体表现为坚硬的岩土块体和液状泥浆组成的混合物，容易产生大致平行于坡面的滑动面。如青藏公路K3035里程段里程碑附近五道梁和沱沱河之间区域，整体坡度为7°左右，就发生了纵向长约95m、最宽约72m的典型热融滑塌现象。因此，开展对低角度边坡的热融滑塌特性及机理研究显得尤为重要。

专利号为201110074794.2，发明名称为一种用于高含冰冻土试样的制备方法的专利公开了一种利用常规设备制备高含冰冻土试样的技术方法，该法可以根据实际需要的尺寸制作高含冰人工冻土试样，基于制配完成的冻土试样，利用土工测试仪器对冻土的工程特性进行测试。

文献《青藏高原多年冻土区热融滑塌模型试验研究》（靳德武等.  工程勘察，2006，9：1-6.）设计了一套与青藏公路K3035里程段热融滑塌体几何、坡体结构相似的物理模型（1：10比例尺缩小），试验过程分为冰盒加工及冰层制作、土样碾压及配置、监测仪器的校正与标定、模型箱内斜坡比例模型的制作和仪器埋设几个环节；试验过程中使用一台专伺冰层控温，温度设定为-1^oC、另一台控制土体温度，共完成4个冻融周期循环，基于预埋的常规温度探头、位移传感器和伸张仪可以测得边坡的位移场和温度场。但是，传统的土体变形测量方法是在土体内部埋设一系列传感器，得到某些离散点的位移，其传感器容易受外界环境扰动的影响，测量结果往往不够准确，同时不能给出土体内部连续变形的整个位移场。现代数字图像技术也只局限于测量土体的宏观或边界变形，不能实现对土体内部变形的可视化；X-射线、γ-射线、计算机层析扫描（CAT扫描）及磁共振成像技术（MRI）虽然可以用来测量土体内部的连续变形，但昂贵的费用限制了这些技术的广泛应用。

利用人工合成透明土结合光学观测和图像处理技术可以实现土体内部变形的可视化，其费用低廉，操作简便，可以广泛应用在岩土工程方面的模型试验中，研究土体内部规律和机理，对探索岩土工程问题本质具有重要意义。其前提是获得透明度较高，且性质与天然土体相似的人工合成透明土。目前，已有采用不同材料来制配透明土，并得到了一些成果。但是，现有技术资料表明，配制透明土的固体颗粒主要选用石英类材料，其固体颗粒本身的折射率在1.44～1.46之间，选用硼硅玻璃材料，其固体颗粒本身的折射率在1.46～1.48之间，远大于水的1.33折射率和冰的1.31折射率。因此，利用现有的配制透明土的固体颗粒无法配制出饱和透明冻土试样。

含氟聚合物为美国杜邦公司生产的Teflon AF 1600，折射率1.31，密度2.1g/㎝³～2.3g/㎝³；具有耐高温、耐低温、耐化学腐蚀、无粘性、无毒、无污染、高透明度、低折射率的特性，还具有气体渗透性结构、疏水性、化学惰性等特性，与天然土体性质的相似性好。Teflon AF 1600可溶解于氟系溶剂中，可以形成薄膜或熔融压缩成型；目前，其主要用在涂层、浸渍或制成纤维，制成的液芯波导在吸收、荧光、拉曼光谱分析、气体传感器等诸多领域也有运用。由于含氟聚合物具有高透明度，折射率与冰相同，因此，可以在配制透明冻土中用作透明固体材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种冻土路堤模型制作及冻土路堤模型热融滑坡试验装置和试验方法，特别是一种可视化冻土路堤模型制作及冻土路堤模型热融滑坡试验装置和试验方法。

本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种冻土路堤模型制作方法，它包括以下步骤：