[发明专利]冻土侵蚀模拟试验装置及其试验方法

说明书

本发明涉及一种冻土侵蚀模拟试验装置及其试验方法，包括：呈封闭状的试验容器，第一侧设有进水口，第二侧设有出水口，进水口的高度大于出水口的高度；与进水口连通的供水组件，通过供水组件向试验容器内输送水；可拆卸且间隔地设于试验容器内的两个隔板，设有贯穿隔板的穿孔，通过两个隔板将试验容器分隔成相互连通的进水空间和试验空间以及出水空间；填充于试验空间内的冻土，内自一隔板处向另一隔板处设有贯穿冻土的试验孔；埋固于试验孔周围的冻土内的测温组件，供检测试验孔周围的冻土的温度。通过不断地进水和出水以冲刷冻土从而实现水流对冻土的侵蚀模拟。

技术领域

本发明涉及岩土工程试验技术领域，特指一种冻土侵蚀模拟试验装置及其试验方法。

背景技术

人工地层冻结法(以下简称“冻结法”)是一种有显著止水效果的地层加固技术，越来越广泛地应用于城市地下工程施工中。然而，冻结法在不断的工程实践中也发生过一些事故或险情，轻则延缓工程进度、重则造成较大人员伤亡和财产损失。对人工冻结工程灾害过程的研究表明，灾害的发生与地下水对冻土的侵蚀作用密切相关。由于先天地层原因(如存有空洞、裂隙)或是人为原因(如冻结参数选取不合理、冻结管施工不到位或是保温不到位等)在冻土帷幕的某个局部，尤其是冻土与结构交界面处，存在冻结薄弱区，该处冻土平均温度较高，强度偏低，渗透性较强，若有地下水流作用于此处则随着时间的推移就有可能使薄弱区逐渐成为完整的渗透通道，当开挖施工出现临空面时即发生涌水破坏。目前现有对冻结法涌水灾害的研究多是工程经验的总结，缺乏系统性的定量研究。

目前针对冻土形成后水流对其侵蚀过程的模拟研究较少，更是缺乏相应的试验装置和方法。因此亟需开发一套能够模拟水流对冻土侵蚀作用的试验装置以观测经水流侵蚀后冻土的变化情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种冻土侵蚀模拟试验装置及其试验方法，以解决现有技术中缺乏模拟水流侵蚀冻土的试验装置的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种冻土侵蚀模拟试验装置，包括：

呈封闭状的试验容器，第一侧设有进水口，第二侧设有出水口，所述进水口的高度大于所述出水口的高度；

与所述进水口连通的供水组件，通过所述供水组件向所述试验容器内输送水；

可拆卸且间隔地设于所述试验容器内的两个隔板，设有贯穿所述隔板的穿孔，通过两个所述隔板将所述试验容器分隔成位于所述试验容器第一侧和其中一隔板之间的进水空间、位于两个所述隔板之间的试验空间以及位于所述试验容器第二侧和另一隔板之间的出水空间，所述进水空间和所述试验空间以及所述出水空间通过所述穿孔相连通；

填充于所述试验空间内的冻土，内自一隔板处向另一隔板处设有贯穿所述冻土的试验孔；以及

埋固于所述试验孔周围的冻土内的测温组件，供检测所述试验孔周围的冻土的温度。

本发明通过在试验容器内设置隔板以将试验容器分隔成相互连通的进水空间和试验空间以及出水空间，试验空间内填充有冻土，进水口和出水口的高度差是为了产生水压以模拟水压对冻土的侵蚀作用，供水组件通过进水口向进水空间内通水，水经过穿孔渗透入试验空间的冻土内，再经过穿孔流入出水空间并通过出水口排出，通过不断地进水和出水以冲刷冻土，在水流的冲刷下试验孔周围的冻土会被侵蚀，通过测温组件采集试验孔周围的冻土的温度，并计算所采集位置的初始温度和当前温度的温差值；将温差值与设定值进行比较，若温差值大于设定值，则该温度对应的冻土的位置被水流侵蚀，从而能够检测出经水流侵蚀后冻土的变化情况。

本发明冻土侵蚀模拟试验装置的进一步改进在于，所述测温组件包括位于所述试验容器外的多路温度测试仪、与所述多路温度测试仪连接的若干根导线；

所述导线远离所述多路温度测试仪的一端形成有测温端，所述测温端伸入所述试验容器内且埋固于所述试验孔周围的冻土内，相邻两个所述测温端间隔设置。