[发明专利]一种土体竖向裂隙模型观测试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种土体竖向裂隙模型观测试验装置及试验方法，包括支架，支架竖向固定，土体容器竖向设置在支架中；土体容器为中空长方体型结构，观测土样压实设置在土体容器中，土体容器的顶部开口；CIS扫描模块竖向滑动设置在支架上，CIS扫描模块的影像传感器与土体容器的立面紧贴；驱动机构与CIS扫描模块连接，用于带动CIS扫描模块沿土体容器的立面竖向移动；本发明通过对土体容器中的观测土样进行增湿或减湿，使观测土样产生竖向裂隙，实现对土体竖向裂隙的模拟；通过驱动机构带动CIS扫描模块沿土体容器的立面竖向滑动，实现对观测土样的竖向裂隙信息的获取，实现对土体开裂过程的位移场变化的精确确定；本发明试验装置简单，精度较高。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，特别涉及一种土体竖向裂隙模型观测试验装置及试验方法。

背景技术

土体结构完整时，降雨入渗影响深度有限，但受周期性含水量变化影响，压实土体在水平方向与竖向会出现不同程度的裂隙。裂隙的出现一方面会破坏土体结构完整性导致强度降低，另一方面会为水分入渗提供通道，增加水分入渗影响范围并进一步加剧了裂隙的发展。自然边坡中的原状土体经过长期自然环境的作用已处于相对稳定的状态，相比之下填方边坡主要由压实重塑土构成，其结构相比原状土而言仍处于未经干湿循环等自然因素影响的状态，处于一种不稳定状态，因而针对填方边坡的压实土进行干湿循环研究更有必要；同时竖向裂隙相较于水平裂隙而言，对于土体的整体性与结构性影响更大，因而对于裂隙竖向发展的规律研究意义重大，但受限于裂隙观测手段与技术限制，裂隙竖向发展的相关研究较少。

现有技术中，大多以横向裂隙试验为主，观测手段多以相机成像、CT扫描成像为主，针对竖向裂隙的观测方法多为现场试验，可重复性不强；成像手段中，相机拍摄成像成本低、可连续观测，但成像质量受相机像素、光线情况及环境扰动影响大，且由相机镜头畸变成像质量也有一定的负面影响。CT扫描成像能够获取试样的三维分布，但造价高、试样尺寸受限，且难以长时间观测。

对于中国专利申请“观测裂土裂隙发展演化过程的试验装置(申请号为：201220428318.6)”中公开了针对水平裂隙的相机成像观测试验方法，其试样较小且无法对竖向裂隙进行观测；对于中国专利申请“膨胀土裂隙纹理特征定量化获取方法(申请号为：201811062789.8)”中公开了通过CT成像试验对土体裂隙进行观测，能够获取三维裂隙模型，但试样尺寸小且难以长期连续观测。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种土体竖向裂隙模型观测试验装置及试验方法，以解决现有技术大多以横向裂隙试验为主，无法对竖向裂隙进行观测的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种土体竖向裂隙模型观测试验装置，包括支架、土体容器、CIS扫描模块、驱动机构及观测土样；支架竖向固定，土体容器竖向设置在支架中；

土体容器为中空长方体型结构，观测土样压实设置在土体容器中，土体容器的顶部开口；CIS扫描模块竖向滑动设置在支架上，CIS扫描模块的影像传感器与土体容器的立面紧贴；驱动机构与CIS扫描模块连接，用于带动CIS扫描模块沿土体容器的立面竖向移动。

进一步的，土体容器与支架之间采用非接触固定；土体容器的下端与地面接触，土体容器与地面之间设置有称重装置。

进一步的，还包括缓冲层，缓冲层设置在土体容器中，且置于观测土样的顶部；缓冲层采用碎石层或砂层。

进一步的，还包括加热板，加热板紧贴设置在土体容器的外侧。

进一步的，土体容器的内表面上均匀涂刷有疏水涂料；观测土样的竖向表面设置有参考砂层，参考砂层靠近CIS扫描模块一侧设置。

进一步的，支架包括导轨及两个横向支撑架；导轨竖向固定在地面上，两个横向支架分别设置在导轨的上下两端；土体容器竖向设置在导轨之间，且位于两个横向支架之间；