[发明专利]一种测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置及方法，属于黄土渗透和湿陷性测试领域。本发明能够更有利于控制试验过程中的变量，可以精确控制入渗速度，更为有效的控制边界状态，同时集水箱入渗能够更为方便和准确的记录每次试验的用水量，自动渗水装置简便且节省人力。在铺设土层的过程中加入彩砂作为标志层，能够更加直观的展现黄土湿陷的试验过程，更为计算不同深度的湿陷量提供依据。同时，通过玻璃板直观的观察试验过程中水分在土体中的运移规律，亦可通过不同位置土体沉降的差异性反演土体水分运移规律，还可以根据试验完成后不同位置、不同深度土体的含水率变化情况分析水分在土体中的运移规律以及湿陷沉降与水分迁移的变化规律。

技术领域

本发明属于黄土渗透和湿陷性测试领域，尤其是一种测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置及方法。

背景技术

湿陷性和渗透性是黄土类土最主要的工程地质特征，自重湿陷性黄土场地的湿陷变形是工程建设中的难点问题，也是工程建设中必须解决的关键问题。天然湿度下湿陷性黄土的压缩性较低，强度较高；受水浸湿后，在土体自重应力或自重应力与外部附加应力共同作用下，强度降低。当土体中的残余强度不足以抵抗土体中的结构应力时，土体结构迅速破坏并发生显著的沉陷。可见，水是诱发黄土湿陷的关键外因，因此，解决上述问题的根源不仅在于查清黄土的工程地质特征，关键在于查清黄土的湿陷变形和渗透(水分运移)规律。

室内试验、现场浸水试验、模型试验及数值模拟是四种重要手段。室内试验操作简便，易测定不同深度土层的渗透系数，但对试样土体的扰动影响不可忽视；浸水试验能够真实地反映土体实际的入渗场状态，但其关注重点在于土体的变形及沉降方面，对影响水分运移的渗透特性关注较少，且这两种方法由于试验条件存在差异(包括应力状态、饱和条件、边界效应、尺寸效应等)常导致湿陷量计算值和实测值相差甚远。数值模拟实施成本低，能较为简便的模拟不同工况下场地的渗流及变形情况，但受限于软件算法和参数选取，无法反映场地真实情况；模型试验可控制主要参数，易于进行对比试验且试验所得规律可与实际情况大致吻合，但无法完全还原实际条件，只能考虑重点因素而忽略次要因素。

综上述，现场浸水试验是得到广泛认可且试验结果最贴近实际的试验方法，但其耗时长、成本高，且对水分运移过程及其与湿陷变形发展相关性，以及对水分扩散产生影响的地层结构方面有待进一步研究。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置，包括模型箱，模型箱的底部两端设有垫高垫，模型箱的个侧面为玻璃板，模型箱内交替设有填充土层和彩砂层，其中，最底部为土工布包裹的填充层；

模型箱的顶部设有铁丝网架，铁丝网架与最上端的填充土层间隔设置，铁丝网架上固定有多个渗流管，所述渗流管的另一端连接有集水箱，所述集水箱的放置位置高于模型箱顶部；

所述渗流管固定在铁丝网架上的位置对应选定的渗水区设置。

进一步的，所述渗流管上设有滑轮控制器。

进一步的，所述模型箱的尺寸按《湿陷性黄土地区建筑标准》中现场试坑浸水试验的布设要进行等比放缩。

一种测试黄土渗透和湿陷性的模型试验方法，基于本发明所述的测试黄土渗透和湿陷性的模型试验装置进行，包括以下操作：

在选定的渗水口位置上方固定铁丝网架，将集水箱放置在高于模型箱的位置；

将模型箱的底部两侧垫高，将模型箱的底部用土工布围住，填入粗砂，粗砂的顶部高度与模型箱底部的高度保持一致，作为土工布包裹的填充层；

在土工布包裹的填充层之上填入黄土，压实刮平得到填充土层，在靠近玻璃板一侧铺设彩砂层，作为分界层；