[发明专利]一种验证岸坡土体内存在动水压力的试验方法

权利要求书

1.一种验证岸坡土体内存在动水压力的试验方法，其特征在于：包括以下步骤:

步骤一：对常规的渗透装置进行改进，在渗透仪主体上增加多组可以测得土体内部水头的测压管；

步骤二：根据渗透系数大小制备若干组试验土样，每组土样装样时，在渗透仪主体内部的土样中铺设多组应变片；

步骤三：每组土样装样后进行渗透试验并模拟水库水位下降过程，得到土体内部水位及总应力的变化情况；

步骤四：分析不同渗透系数土样在同一起始水头及同一时刻下的土体内部水头以及总压力变化规律来证明动水压力的存在；

步骤一中，渗透装置包括渗透仪主体(2)，渗透仪主体(2)一侧与供水装置(1)连接、另一侧与集水装置(3)连接；

所述供水装置(1)包括储水箱(8)、供水桶(5)，储水箱(8)连接供水桶(5)，供水桶(5)通过橡胶管(6)路连接渗透仪主体(2)，给渗透仪主体(2)供水；

所述渗透仪主体(2)包括盛样筒(13)、上盖板(9)、透水板(18)、支撑管(11)、下盖板(14)，所述盛样筒(13)上间隔布置有一排测压管(10)；

所述集水装置(3)包括集水桶(16)，集水桶(16)通过橡胶管(6)连接渗透仪主体(2)；

步骤一中，测压管(10)从上盖板(9)边界起5cm处每隔10cm布置一根测压管，共布置5根，测压管(10)距装盛样筒(13)下边界5cm；

步骤三中的试验方法包括以下步骤：

1)、装样完成后，将渗透装置竖直倒立固定，由供水桶从上盖板处进水口给仪器缓慢供水使土样自下而上进水饱和，当下盖板处出水口有水流时算起，将试样静置24小时充分饱和；

2)、把供水装置(1)的供水桶(5)调整至需要的水头高度，同时在集水装置(3)的集水桶(16)处出水稳定时起，根据库水位最大下降速率Vmax，每隔一段时间调整一次供水桶(5)的高度；

3)、根据步骤2)中确定的水位下降速度，将试验开始时刻记为t0，每隔6h记一次时段，并将供水桶(5)高度下降30cm，静置1-2分钟，待装置中渗流稳定后记录测压管水位与应变仪读数，得到t₁……t_n时刻的试验数据；

4)、根据土样分组情况，重复1)、-3)、得到不同渗透系数下试验土样的测压管水位与应变仪数据；

从上盖板（ 9） 边界起2.5cm处起，每隔5cm处埋设一个应变片（ 15） ，共计10个；

动水压力计算公式为：

△F＝γ_w·△i·V_d

△h＝h₀-h_t

其中△F为动水压力(单位：N)；γ_w为水的重度， 单位：N/m³；V_d为土体浸润线以下的体积， 单位：m³；△i为水力梯度， 量纲为1；△d为土体水平方向宽度， 单位：m；h_t为土体内水位、库水位同步下降时的水位， 单位：m；h₀为水位快速下降时，坡体内水位滞后于库水位下降时的水位， 单位：m；

根据动水压力的概念，动水压力是库水位快速下降过程中，土体孔隙水的消散滞后于库水的消落，因在土体内形成不平衡的水压力差而产生的一种体力；即若岸坡土体内存在动水压力，随着库水位的快速下降，其土体内部浸润线会高于土体正常排水时的浸润线，而导致这一现象的因素为岸坡土体的渗透系数较小；为了验证动水压力的存在，在步骤二中制配了5中不同渗透系数的土样：分别记为K₁，K₂……K₅，同时为了避免实验过程中产生的误差设置了3组平行试样；并通过步骤三中1)～4)，在相同起始水头H₀以及水位下降速率v的条件下获取了每组试验土样在不同时刻t下的测压管水位h以及土体内部应力P；

现以试验土样组K1与K2为例，比较在同一时刻t下，不同渗透系数试验土样的测压管水位以及土体内部应力的变化规律：

比较在相同时刻t_n下试验土样K₁与K₂的测压管水头，分别根据每组土样得到的五个测压管数据绘制该组土样内部水头线L_K1以及L_K2，由于试验土样的渗透系数K1＞K2，若土样内部水位线L_K2明显高于L_K1，则证明随着渗透系数减小，土体内部孔隙水的消散产生了滞后现象，两者的水位差则会导致动水压力产生；现取两组土样的内部水头连线L_K1与L_K2的中点水头即h_k1与h_K2，可以得到在该时刻下两组不同渗透系数试验土样的水位差：

试验仪器的水平长度d为0.5m，则可得到该时刻下的水力梯度：

则根据K2组试验土样的湿重度γ_wK2以及土体浸润线以下的体积V_d可以得到该时刻下土体渗透系数为K2时，相较于渗透系数为K1时产生的动水压力：

其次，通过比较得到的两组试验土样的体力内部应力P_K1以及P_K2，若P_K2＞P_K1则证明随着渗透系数的减小，土体内部应力会增加； 同时可以得到土体内部应力的增量，即：

若与相近，则可进一步佐证动水压力的存在；

同理，比较在同一时刻下，其余各组试验土样所得到的测压管水头h以及土体内部应力P，若随着渗透系数减小，测压管水位h升高，土体内部应力P变大，则证明动水压力存在。