[发明专利]可以模拟浸水路堤的试验模型

说明书

本发明涉及一种可以模拟浸水路堤的试验模型，包括容纳用于模拟路堤的土体的模型箱(10)、储水箱和静力加载装置，静力加载装置用于对模拟路堤施加压力，储水箱为两个，第一储水箱(3)和第二储水箱(4)分别通过第一止水阀(6)和第二止水阀(7)与模型箱(10)的两侧连通，用于对相应侧的模拟路堤实施浸水；所述的第一储水箱(3)和第二储水箱(4)为密封箱体，两者的上部空腔分别与第一储气箱(13)、第二储气箱(14)气路相连；第一储气箱(13)通过第一阀门控制器与空气压缩机相连，第二储气箱(14)通过第二阀门控制器与空气压缩机相连，通过调节气体压力实现对模型箱两侧的注水控制。

技术领域

本发明涉及一种可以模拟浸水路堤的试验模型。

背景技术

近年来，国家在基础设施方面的投入巨大，而公路方面的投资建设尤为突出。根据《国家公路网规划(2013-2030)》，新规划的路网总投资达到4.7万亿元。随着公路建设的大规模进行，工程建设穿越地区的地形地质条件越来越复杂，包括平原微丘区、山岭重丘区、沿海软土区、滩涂区等等。在这些地质条件下，公路路堤不可避免的将会受到水流的侵蚀，包括丘陵区山间溪沟水、雨水、湖泊水以及浅海滩涂处的潮汐水等。这种沿江河湖海修筑，可能受到一侧或两侧浸水的路堤称为浸水路堤。

浸水路堤除承受自重和行车荷载作用之外，还受到水浮力和动水压力的作用。在路堤长期受到雨水侵蚀和地下水位条件改变引起的反复浸水的侵害，以及近海滩涂处路堤受到潮汐海水的周期性冲刷和山间溪流水的冲击等条件下，浸水路堤的填土强度软化，承载能力恶化，路堤内细粒填料大量流失，产生较大的沉降变形和侧向变形，路堤发生失稳性破坏。最终，影响行车安全甚至中断交通，造成生命财产损失。因此，对浸水路堤的稳定性、变形和沉降性状进行分析，已成为工程建设和科学研究领域亟需解决的重要问题。

目前，浸水路堤的研究工作大体可以分为三个方面理论研究、试验研究以及数值模拟。由于，浸水路堤的受力情况比较复杂，除了自重和行车荷载之外，还受水浮力和动水压力的作用，因此，浸水路堤的理论研究需要考虑的因素较多，推导过程较为繁琐，公式非常复杂且适用条件较为苛刻，不利于在工程实践中进行推广应用；现场试验成本较高，可控因素较少，研究变量不易控制，且不能重复进行试验，往往很少使用；而如果单独进行数值模拟，其结果一般不能令人信服，需要同其他研究方法结合使用，只能作为一种辅助手段；室内模型试验，可以较好的模拟路堤浸水情况，研究各种变量对路堤变形和稳定性的影响，且与现场试验相比成本很低，是一种很好的研究浸水路堤的变形和稳定性的方法。

有关浸水路堤的室内试验模型存在诸多不足。大多数试验采用半边路堤模型，很少采用全路堤模型。室内试验主要研究路堤高度、坡度、渗透特性以及浸水高度等因素对路堤的变形和稳定性的影响，较少考虑路堤浸水速度、水的动力因素对浸水路堤的影响。在模型试验设计中对路堤浸水高度的划分很粗糙，一般只是研究路堤不浸水、高水位、低水位三种情况；其中水位高低的定义是凭借经验确定，有关浸水高度对路堤变形和稳定性影响的研究不够细致。另外，在模型试验中大多数考虑路堤单侧浸水情况，鲜有试验进行路堤双侧浸水研究。在试验模型对路堤浸水和排水的模拟中，无法实现路堤两侧不同水位高低对路堤和变形的影响，每次试验都需要向模型箱中注水，使试验步骤较为繁琐，且浪费水资源，除此之外，多数的模型试验无法动态模拟涨潮落潮对路堤的影响。

针对浸水路堤室内试验模型的上述问题，亟需对现有试验模型进行改进，充分考虑路堤浸水的多种因素对其变形和稳定性的影响，简化路堤浸水的实现方式，从而设计出一种直观实用可重复的室内模型试验方法，为浸水路堤变形和稳定性的研究提供一种简单实用低成本的分析方法。因此，本发明设计出一种可以重复模拟浸水路堤的室内试验模型。

发明内容

针对上述问题，本发明设计一种可以模拟浸水路堤的试验装置，研究影响路堤的变形和稳定性的诸多因素，为浸水路堤的设计和施工提供理论指导。技术方案如下：