[发明专利]一种模拟堤防工程堆载预压法下土体位移场和渗流场可视化的试验装置和试验方法

说明书

一种模拟堤防工程堆载预压法下土体位移场和渗流场可视化的试验装置和试验方法，装置包括：一水头调节装置，包括供水箱、支架、弹簧、卡槽等；一模型试验槽，所述模型试验槽内放置饱和透明土，所述饱和透明土内插入塑料排水板，所述饱和透明土上方铺设PVC薄膜，所述PVC薄膜上部放置加载板；一竖向加载系统，由加载竖杆、顶板、定滑轮、钢丝绳、电机等组成；一数据采集分析系统，由激光器、工业相机、计算机等组成。本发明利用饱和透明土技术和计算机图像处理软件实现了堆载预压法的室内模拟和土体位移场和渗流场的可视化观测，装置简单，操作方便，经济可行性高。

技术领域

本发明涉及岩土工程可视化技术领域，特别涉及一种模拟堤防工程堆载预压法下土体位移场和渗流场可视化的试验装置和试验方法。

背景技术

随着我国经济社会持续快速进步，沿江沿海城市由于其地理上的优势得到了持续发展，对于土地的需求量和基础设施的建设也急速增加，然而国家“耕地红线”政策的限制使得沿江沿海人均可利用国土资源面积急剧下降，建设用地的不足已成为制约沿江沿海城市经济继续快速增长的瓶颈。为了缓解这种用地紧张的局面，东部沿海省市纷纷选择利用滩涂围海、围江造陆，大面积的吹填软土应运而生。但新沉积的吹填土具有天然含水率高、天然孔隙比大、高压缩性、低强度性等特点，因此不能直接作为建筑物地基使用，需要进行预先处理以满足承载力要求。目前常用的处理吹填软土的方法是堆载预压法，利用土体表面形成的真空环境，同时对土体表面施加一定的荷载，将土体中的水沿着排水体排出土体。但堆载预压法的施工要求大都来自于工程实践，对其研究还不够深入，这需要科研工作者投入更多的精力对其作用机理进行清楚的解释，以更好地指导工程实践。室内模型试验就是一种非常好的方法。

在本发明前，中国申请发明专利“真空预压和堆载预压相结合的沉降柱试验仪和试验方法”(申请号201710603195.2)，公布了一种由真空管、水囊、孔压传感器、排水板、底座等组成的真空预压和堆载预压相结合的沉降柱试验装置和试验方法，该技术方案不仅可以有效获取不同径向位置孔压在固结过程中的变化，而且可以实现通过改变水压大小来改变堆载值，结构简单，易于上手。但该发明技术没有考虑到渗流场对堆载预压下土体排水固结的影响，并且，由于土体的不透明性，难以对尤其是堤防工程中软黏土堆载预压过程中土体的应力、应变和渗流场等变化过程进行可视化观测，因此存在一定的局限性。

饱和透明土材料是由物理力学性质与天然土颗粒相似的透明颗粒材料混和具有相同折射率的液体制备而成，因固、液两相折射率相同而呈现透明状，并且其物理力学性质与天然土相似；饱和透明土材料因其具备透明可视性好、制备容易、与土的性质相似等优点在土木工程试验领域得到了广泛的应用。因此，利用饱和透明土材料，提出一种模拟堤防工程堆载预压法下土体位移场和渗流场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，提出一种模拟堤防工程堆载预压法下土体位移场和渗流场可视化的试验装置和试验方法，解决了室内堤防工程软黏土堆载预压法下土体位移场和渗流场不可见的难题，实现了模拟堤防工程软黏土堆载预压法下土体位移场和渗流场的可视化观测。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种模拟堤防工程堆载预压法下土体位移场和渗流场可视化的试验装置和试验方法，其特征在于：

一水头调节装置，包括供水箱2、支架4、弹簧3、卡槽5等；

一模型试验槽16，所述模型试验槽16内放置饱和透明土15，所述饱和透明土15内插入塑料排水板12，所述饱和透明土15上方铺设PVC薄膜23，所述PVC薄膜23上部放置加载板22；

一数据采集分析系统，由激光器13、工业相机10、计算机11等组成，其中所述激光器13安放在模型试验槽16的右方，所述工业相机10安放在模型试验槽16的正前方；

所述计算机11与工业相机10、激光位移传感器19、电机6相连；