[发明专利]一种高铁地基泥岩上覆荷载下渗透系数原位智能测定方法

摘要

本发明涉及高速铁路路基技术领域，一种高铁地基泥岩上覆荷载下渗透系数原位智能测定方法，通过在现场挖基坑，在横向、竖向的分内外、上下的布置多个湿度传感器，向渗流通道注水，在堆载物提供目标上覆荷载值情况下，观察记录湿度传感器数据，而且具备数量自动控制功能，通过测量数据计算，得到现场原状泥岩在上覆荷载作用下的横向渗透系数和竖向渗透系数。优点：克服了野外长期现场驻守的不便。该方式可真实、有效反映泥岩在实际工作中渗透系数，对实际工程意义更大。

主权项

1.一种高铁地基泥岩上覆荷载下渗透系数原位智能测定方法，其特征是：所用装置包括加载顶板（1），加载顶板（1）上表面放置堆载物（2），加载顶板（1）下表面为加载立柱（3），所述加载立柱（3）下端放在加载底板（4）上，所述加载底板（4）中心开设上下贯通孔，贯通孔中设置渗流通道（5），渗流通道（5）向下延伸，内部中空，侧壁、底壁设有渗水孔（40）；所述加载底板（4）底面布置防水膜（25）和砂（26）；所述渗流通道（5）内壁固定有湿度感应器（6），所述湿度感应器（6）通过第一湿度信号线（7）与湿度控制开关（8）连接，所述湿度控制开关（8）通过电线（9）与电动执行机构（10）连接，所述电动执行机构（10）连接电动阀门（11），电动执行机构（10）控制电动阀门（11）开闭，所述电动阀门（11）设置于输水管（12）上，输水管（12）一头连接蓄水桶（13）、另一头伸入渗流通道（5）中；所述湿度控制开关（8）通过电源线（14）与控制器（15）相连，输水管（12）上设置有流量计（22）、手动阀门（23）；所述渗流通道（5）横向位置和竖向位置布设横向湿度传感器（16）和竖向湿度传感器（17），所述横向湿度传感器（16）和竖向湿度传感器（17）通过第二湿度信号线（18）连接于湿度巡检仪（19），所述湿度巡检仪（19）通过电源线（14）与控制器（15）相连，横向湿度传感器（16）以渗流通道为圆心分多层布设，竖向湿度传感器（17）在渗流通道下方分上下向的多层布设；所述控制器（15）有3对接线头，一对接线头正负极连接电源装置、一对接线头正负极连接蓄电池（21）、一对接线头正负极与湿度控制开关（8）和湿度巡检仪（19）相连；操作、测定过程：1）在计划测量区域选择一块场地，清除地表浮土，开挖试验基坑，基坑开挖完成后，对坑底整平；2）在基坑一侧开挖临空面，临空面深度大于基坑深度；3）基坑底部开挖圆形试验区域，完成后对各试验区域进行整平；4）将基坑圆形区域中心钻竖向注水孔；5）沿注水孔周围竖直方向的钻横向湿度传感器放置孔；在基坑下方的临空面侧壁上开挖竖向湿度传感器放置孔；6）将横向湿度传感器（16）和竖向湿度传感器（17）分别放置在横向湿度传感器放置孔、竖向湿度传感器放置孔中，注意传感器探头与孔壁实土接触，将横向、竖向湿度传感器信号线与湿度巡检仪（19）相连，湿度巡检仪开机，查看湿度传感器运行是否正常，如有异常立即更换；7）基坑圆形区域表面铺一层砂，砂上表面整水平，砂层要为渗流通道留孔且防止砂落进注水孔中，在砂表面铺防水膜，防止注水时水分从土体表面蒸发，防水膜中心为渗流通道通过而有挖孔；8）渗流通道（5）上端插入加载底板（4）的贯通孔中，渗流通道（5）放入注水孔中，加载底板（4）放置于防水膜上；9）加载底板（4）上表面安装加载立柱（3），加载立柱（3）上放置加载顶板（1），加载顶板（1）上表面放置堆载物（2），使其达到目标上覆荷载值；10）将湿度控制开关（8）接电，打开手动阀门，输水管（12）通水，电动执行机构、电动阀门与湿度控制开关联动，当湿度感应器湿度为设定低值，湿度控制开关接收湿度信号设定低值，湿度控制开关控制电动执行机构、电动阀门开启，水流入渗流通道中；当湿度感应器湿度为设定高值，湿度控制开关接收湿度信号设定高值，湿度控制开关控制电动执行机构、电动阀门关闭，停止向渗流通道注水，达到渗流通道有水但不外溢的要求；11）观察记录横向湿度传感器和竖向湿度传感器读数，所有的横向湿度传感器和竖向湿度传感器读数稳定后，表明试验区域泥岩已均匀、完全渗水；12）泥岩渗流速率计算：以三层为例，从内到外的，第一层、第二层、第三层横向湿度传感器距离渗水通道边缘的距离分别为h₁、h₂、h₃，h₁＜h₂＜h₃，从上到下的，第一层、第二层、第三层竖向湿度传感器距离渗水通道底部的距离分别为s₁、s₂、s₃，s₁＜s₂＜s₃；第一层横向湿度传感器从开始测量体积含水率到最终体积含水率稳定所用的时间分别为t₁₁、t₁₂、t₁₃、t₁₄，第二层横向湿度传感器从开始测量体积含水率到最终体积含水率稳定所用的时间分别为t₂₁、t₂₂、t₂₃、t₂₄，第三层横向湿度传感器从开始测量体积含水率到最终体积含水率稳定所用的时间分别为t₃₁、t₃₂、t₃₃、t₃₄，第一层、第二层、第三层竖向湿度传感器从开始测量体积含水率到最终体积含水率稳定所用的时间分别为t₁、t₂、t₃；泥岩横向渗流速率：第一层：v₁₁=h₁/t₁₁、v₁₂=h₁/t₁₂、v₁₃=h₁/t₁₃、v₁₄=h₁/t₁₄，平均值v_1p=（v₁₁+ v₁₂+ v₁₃ +v₁₄）/4第二层：v₂₁=h₂/t₂₁、v₂₂=h₂/t₂₂、v₂₃=h₂/t₂₃、v₂₄=h₂/t₂₄，平均值v_2p=（v₂₁+ v₂₂+ v₂₃ +v₂₄）/4第三层：v₃₁=h₃/t₃₁、v₃₂=h₃/t₃₂、v₃₃=h₃/t₃₃、v₃₄=h₃/t₃₄，平均值v_3p=（v₃₁+ v₃₂+ v₃₃ +v₃₄）/4泥岩竖向渗流速率：第一层：v₁=s₁/t₁、第二层：v₂=s₂/t₂、第三层：v₃=s₃/t₃距离的单位采用m，时间的单位采用s，于是横向渗流速率和竖向渗透速率的单位为m/s，该渗透速率与渗透系数量纲一致，由于是在现场测量，且测量的是原状泥岩，由此得到现场原状泥岩在上覆荷载作用下的横向渗透系数和竖向渗透系数，当堆载物重量大小变换、湿度传感器位置不同时，就得出原状泥岩在不同上覆荷载下、不同渗透距离处的横向渗透系数和竖向渗透系数。