[发明专利]一种地震管涌破坏时土体位移精确可视化试验装置和试验方法

说明书

一种地震管涌破坏时土体位移精确可视化的试验装置和试验方法，装置包括：一供水装置，一透明模型箱，所述透明模型箱的高度低于所述供水装置的高度，透明模型箱的底部设有与供水装置相连通的接口；透明模型箱内等距布设有多个孔隙压力测量装置；一振动平台，用于安放所述透明模型箱；水头调节机构，用于调节所述供水装置的水头高度；数字观测系统。本发明将饱和透明土样和粒子图像处理技术相结合，解决了地震作用下土体管涌破坏时土体内部变形和位移场测量不连续和不可见的难题，从而实现了地震作用下管涌破坏过程可视化的目的。

技术领域

本发明涉及岩土工程可视化试验技术领域，特别涉及一种地震管涌破坏时土体位移精确可视化试验装置和试验方法。

背景技术

岩土工程是土木工程学科的分支，是一门涉及土力学、岩石力学、工程地质学等以解决各类实际工程中关于岩石、土等工程技术问题的学科，与人们的生活紧密相连。地震是指地壳快速释放能量过程中造成的振动，并且振动过程中会产生地震波的一种自然现象，地震既会引起各类建筑物、构筑物的倒塌，设备和设施的损坏，交通、通讯的中断等直接灾害，也会引起滑坡、泥石流、管涌等次生灾害，对经济社会发展带来了巨大的威胁。相关研究表明，对比于原状土，受到扰动的土体会在相对较小的渗透坡降下发生破坏，而地震管涌就是土体在地震扰动作用下最常见的一种破坏形式。地震管涌是指地震产生的地震波引起土体中应力的变化，使得在渗流作用下土体中的细土颗粒在粗土粒形成的孔隙通道中发生移动并被带出的现象。强烈地震作用下时，地震诱发的管涌地质灾害，特别是在西南地区结构松散、岩性不连续、物理力学性质不均匀的深层覆盖层，其造成的经济损失和人员伤亡甚至比地震直接造成的还要大，因此地震所造成的管涌破坏是最为常见的、破坏力最大的次生灾害之一。

地震管涌因为其发生具有突然性和破坏性大等特点，所以对其进行研究比较困难。测量土体在各种应力状态下的变形，尤其是在地震作用下土体管涌破坏时土体内部的连续变形和位移场，一直是岩土工作者长期面临的问题。传统的方法是在原状土中预埋一些离散的传感器，但土体中的传感器不能提供土体内部的连续变形特征，而且易受到周围环境的影响，因此其结果往往是不准确的，并且由于土体的不透明性，限制了对其应力、应变的深入研究。研究人员曾经采用CT、X射线成像技术、核磁共振等方法来研究土体的连续变形和流动，但高昂的设备费和技术上的难点在很大程度上限制了这些技术的广泛应用。

目前已有学者提出将透明土技术应用到管涌试验中，但传统有关透明土的试验中，一般直接对所获得的散斑场照片进行分析，忽略了由于光线入射材料折射率的不同所导致的误差，由于管涌发生发展初期所涉及的局部颗粒运移是小变形，这种人为观测引起的误差会使得实际的土体位移与所观测到的位移相差甚远，对深入开展管涌发生发展机理的研究产生不利影响。因此基于透明土材料和数字图像处理技术，利用与透明土相同材料制成的参照格栅，提出一种既经济又切实可行的地震管涌破坏时土体位移精确可视化的试验装置和试验方法就显得尤为必要了。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足和缺陷，提出了一种地震管涌破坏时土体位移精确可视化的试验装置和试验方法，解决了地震作用下土体管涌破坏时土体内部变形、位移场测量的不连续和不可见难题，从而实现了地震作用下管涌破坏过程精确可视化模型试验的目的。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种地震管涌破坏时土体位移精确可视化的试验装置，包括：

一供水装置，供水装置的顶部设有进水口，供水装置的底部设有进水管，进水管上设有进水管水阀和流量计；

一透明模型箱，所述透明模型箱的高度低于所述供水装置的高度，透明模型箱的底部设有与供水装置上的进水管相连通的接口；透明模型箱内等距布设有多个孔隙压力测量装置；透明模型箱的底部设有预留空间，预留空间内设置多层卵石，多层卵石的上方设置有饱和透明土样；透明模型箱的顶部设有出水管，出水管上设有出水管水阀；

一振动平台，用于安放所述透明模型箱；