[发明专利]模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置及试验方法

说明书

本发明涉及一种模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置及试验方法，包括试验土槽，试验土槽中间设置有将其内部空间分隔成两个试验区的中间隔板；其中一个底部为水泥浇筑的折线型基岩面，另一个底部为水泥浇筑的台阶型基岩面，折线型基岩面和台阶型基岩面均带有斜度并且两者形成倒V形结构；两试验区内在基岩面上方均装填有花岗岩风化土，花岗岩风化土上表面铺设一层缓冲层；两试验区侧壁上部分别设有多个进水口、下部在基岩面较低处分别设有出水口，两试验区在花岗岩风化土所在区域的侧壁上开设有若干测压孔。本发明原理简单、操作方便，应用性强，直观对比不同形态的基覆界面对花岗岩二元结构边坡粘粒迁移集聚特征的影响。

技术领域

本发明涉及岩土工程渗流试验领域，特别是一种模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置。

背景技术

花岗岩二元结构边坡由上部风化土体（包括残积层、全风化层或砂土状强风化层）和下部风化岩体（碎块状强风化或弱风化层）共同构成，其突出特点是边坡的上下两个部分存在明显的差异风化，形成渗透性突变和控制边坡稳定的不连续面。大量工程实践表明，同等岩土性质条件下，二元结构边坡通常比同样高度的类土质边坡稳定性差很多，成为工程中极容易破坏的边坡类型。

花岗岩风化土是一种易崩解、饱水软化的疏松多孔介质。在渗流作用下，花岗岩风化土中的细颗粒在大孔隙的粗颗粒土架空结构或残存的结构面发生迁移运动，迁移至下部基岩面时，由于上部土体和下部岩体表现为剧烈的风化过渡和岩土透水性的显著差异，细颗粒运动速度减缓，依附基覆界面（即上部风化土和下部基岩的接触面）聚集形成低强度的泥膜或高粘滞层，使基覆界面的渗透性降低而形成临时滞水面，在边坡蠕滑过程中扮演了“填充剂”和“润滑剂”角色，成为对边坡稳定性具有重要控制的软弱夹层。研究表明，在花岗岩风化土内部侵蚀过程中，基覆界面附近的水岩相互作用十分活跃，往往会导致基覆界面因聚集粘粒而强度软化，进而诱发边坡变形破坏。

在边坡勘察过程中，由于基覆界面的粘粒集聚隐蔽性较强，难以发现，导致设计是忽略其对敏感性，进而影响对边坡失稳机制的理解及稳定性的正确评价。因此，对花岗岩二元结构边坡粘粒迁移集聚特征进行系统而深入的研究非常必要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种原理简单、操作方便，应用性强的模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置，可以模拟实际工况中粘粒在基岩面顶部集聚的过程，直观对比不同形态的基覆界面对花岗岩二元结构边坡粘粒迁移集聚特征的影响。

本发明采用以下方案实现：一种模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置，包括顶部敞开的试验土槽，所述试验土槽中间设置有将其内部空间分隔成两个试验区的中间隔板；其中一个试验区内底部为水泥浇筑的折线型基岩面，另一个试验区内底部为水泥浇筑的台阶型基岩面，折线型基岩面和台阶型基岩面均带有斜度并且两者形成倒V形结构；两试验区内在基岩面上方均装填有花岗岩风化土，花岗岩风化土上表面铺设一层缓冲层；两试验区侧壁上部分别设有多个进水口、下部在基岩面较低处分别设有出水口，两试验区在花岗岩风化土所在区域的侧壁上开设有若干测压孔。

进一步的，还包括位于试验土槽前侧的照相机和核素识别仪；试验区侧壁上的测压孔沿竖向间隔排列，所述测压孔上安装有孔隙水压力计，所述孔隙水压力计与数据采集仪电性连接；出水口下方集水箱，所述集水箱上安装有浊度仪。

进一步的，试验区侧壁上的进水口沿竖向间隔排列，进水口处安装有控制水阀。

进一步的，所述试验土槽为长方体结构并由透明有机玻璃制成，试验土槽下方设有钢架底座；出水口处设置有出水多孔板，出水多孔板上布设有孔径为1mm的出水孔。

进一步的，所述中间隔板由上部的透水板和下部的隔水板组成，透水板上开设有若干直径为2mm的透水孔，缓冲层高度不高于透水板上位置最低的透水孔高度。

本发明另一技术方案：一种模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验方法，采用如上所述的模拟花岗岩二元结构边坡的渗流试验装置，包括以下步骤：