一种用于黄土湿陷性研究的室内物模试验系统及试验方法与流程

1.本发明属于岩土工程领域，具体涉及一种用于黄土湿陷性研究的室内物模试验系统及试验方法。


背景技术：

2.目前黄土湿陷性研究主要采用室内土工试验和现场试坑浸水试验，对于黄土、古土壤层状结构明显的黄土场地，室内土工试验和现场试坑浸水试验得到的黄土湿陷性结果往往存在较大差异，主要原因在于：室内土工试验单纯的将黄土场地各层土浸湿至饱和然后压缩，未考虑古土壤的顶托作用等导致试验取得的湿陷系数偏大；现场试坑浸水试验时间均不会太长，一般为15～30天，最长不超过3个月，导致试验取得的湿陷结果偏小。
3.虽然工程中已有一套成熟的根据现场试坑浸水试验和载荷试验确定地基处理方案和桩基础的方案，但部分项目仍出现在漏水后长期沉降造成的工程病害问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种用于黄土湿陷性研究的室内物模试验系统及试验方法，为分析黄土湿陷机理、湿陷过程、湿陷影响提供工具支持，有助于切实准确提供黄土场地湿陷系数、湿陷等级，有助于为地基处理或桩基础提供合理建议。
5.为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
6.第一方面，本发明的实施例提供了一种用于黄土湿陷性研究的室内物模试验系统，包括用于放置试验土样的物模试验箱，试验土样各层层序按项目现场地层层序叠放在物模试验箱当中；所述物模试验箱的顶部设置有能够对所述试验土样进行滴液的滴液系统，物模试验箱的内部两侧设置有土壤含水率监测仪；所述的物模试验箱采用透明材质制成，物模试验箱的正前方设置有用于拍摄所述试验土样变化情况的定时摄像装置。
7.作为一种可选的方案，所述试验土样的各层厚度与项目现场对应各地层厚度的比值为1:50～1:200。
8.作为一种可选的方案，所述的物模试验箱采用顶部开口的透明有机玻璃箱体，正面设置有便于观测的确定尺寸网格刻度。
9.作为一种可选的方案，所述的滴液系统具有与主管路相连且分别布置在所述试验土样两侧上方的滴管。
10.作为一种可选的方案，所述试验土样两侧与物模试验箱的两侧之间留有空隙，所述物模试验箱的两侧与试验土样两侧之间的空隙采用不透水材料进行密封。
11.作为一种可选的方案，所述滴液系统对所述试验土样进行滴液的液体添加有色素。
12.作为一种可选的方案，所述土壤含水率监测仪设有多个，采用等间距高度布置或按照试验土样各层高度对应布置。
13.更进一步的，作为一种可选的方案，所述土壤含水率监测仪采用具有温度补偿功能的土壤温湿度传感器，其探针插入试验土样；所述土壤含水率监测仪的量程为0-100％，并且在0-50％内的精度为
±
2％，在50％-100％内的精度为
±
3％。
14.第二方面，本发明实施例提供了一种如第一方面所述用于黄土湿陷性研究的室内物模试验系统的试验方法，包括以下步骤：
15.按项目现场地层层序在物模试验箱当中叠放制作试验土样；
16.控制滴液系统的注水量，设置模拟黄土场地工程项目长期浸水条件下的湿陷，或者模拟局部建、构筑物渗漏条件下的湿陷；
17.利用土壤含水率监测仪对所述试验土样进行土壤浸水饱和持续监测，获取试验土样随时间饱和度变化测量值，分析黄土渗透系数；
18.通过定时摄像装置观测并记录水的入渗情况及黄土湿陷情况。
19.更进一步的，作为本发明所述试验方法的一种优选方案，所述定时摄像装置采用前面间隔时间较短而后面间隔时间较长的方式，或采用等时间间隔的方式观测并记录水的入渗情况及黄土湿陷情况，获取水在试验土样中的渗流照片及试验土样湿陷变形过程照片。
20.相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
21.本发明试验系统适用于黄土湿陷性研究的室内试验，使用物模试验箱放置试验土样，通过滴液系统控制试验中的注水量，既可用于模拟黄土场地工程项目长期浸水条件下湿陷也可模拟局部建、构筑物渗漏条件下的湿陷。土壤含水率监测仪能实现土壤浸水饱和持续监测，分析黄土渗透系数，定时摄像装置可持续定量观测、记录水的入渗情况及黄土湿陷情况。放置于物模试验箱按比例缩小厚度的土样既反映了工程场地黄土特性，相对于现场试坑浸水试验又缩短了试验周期，有利于反映黄土、古土壤等不同地层在遇水湿陷时的表现差异和结构特征。本发明采用透明的物模试验箱，结合定时摄像装置能直观地显示试验过程，并提供了黄土随时间湿陷过程记录。本发明为分析黄土湿陷机理、湿陷过程、湿陷影响提供支持，有助于准确提供黄土场地湿陷系数、湿陷等级，最终有助于为地基处理或桩基础提供合理建议。
22.进一步的，本发明物模试验箱的正面设置有便于观测的确定尺寸网格刻度，例如，刻画1cm
×
1cm网格线，作为黄土湿陷变形观测标尺，便于准确、直观的进行观测评价。
23.进一步的，本发明滴液系统对试验土样进行滴液的液体可采用符合试验用水标准的水，或者在水中加入色素以便于观测长期浸水或建(构)筑物渗漏的过程。
附图说明
24.图1本发明用于黄土湿陷性研究的室内物模试验系统结构示意图；
25.附图中：1-物模试验箱；2-滴液系统；3-定时摄像装置；4-土壤含水率监测仪。
具体实施方式
26.下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
27.请参阅图1，本发明用于黄土湿陷性研究的室内物模试验系统主要包括物模试验箱1、滴液系统2、定时摄像装置3、土壤含水率监测仪4。
28.更进一步的，物模试验箱1用于放置试验土样，试验土样各层厚度与项目现场地层厚度比值优选1:50～1:200，当然也可能为其他较为合适的比值，具体根据实际情况进行选定，试验土样各层层序按项目现场地层层序叠放，以反映黄土场地地层特征及地层结构。
29.物模试验箱1的顶部设置有能够对试验土样进行滴液的滴液系统2，滴液系统2根据黄土渗透系数采用间隔滴液或连续滴液，也可采用在物模试验箱顶部保持一定液面高度，液体采用试验标准用水，可在水中加入色素以便于观测，以模拟长期浸水或建(构)筑物渗漏。
30.物模试验箱1的内部两侧设置有土壤含水率监测仪4，土壤含水率监测仪4设有多个，采用等间距高度布置或按照试验土样各层高度对应布置，以测定土壤含水率随时间变化关系。
31.物模试验箱1采用透明材质制成，具体的，提到的透明材质可以是透明有机玻璃，物模试验箱1的正前方设置有用于拍摄所述试验土样变化情况的定时摄像装置3。在一种可能的实施方式当中，在物模试验箱1的正面设置有便于观测的确定尺寸网格刻度，定时摄像装置3可采用具有定时功能的照相机或摄像机，定时的间隔可采用前面间隔短后面间隔长的方式，或采用等时间间隔的方式，以记录不同时段随浸水土层湿陷情况。
32.其他有关具体的设置方式还包括，滴液系统2具有与主管路相连且分别布置在试验土样两侧上方的滴管。此外，试验土样两侧与物模试验箱1的两侧之间留有空隙，物模试验箱1的两侧与试验土样两侧之间的空隙采用不透水材料进行密封。
33.在另一实施例中，物模试验箱1的长、宽均为30cm，高100cm，采用透明的有机玻璃制作而成，物模试验箱1的底面、侧面采用不漏水设计，顶面呈敞开式结构。
34.物模试验箱1的正面刻画有1cm
×
1cm网格线，用于黄土湿陷变形观测标尺。
35.试验土样按各层厚度与项目现场地层厚度比值为1:50制备，放入物模试验箱1。
36.滴液系统2布置在试验土样的顶部，本实施例采用保持试验土样液面高度约10cm的定水头，水中加入蓝色色素以便于观测。
37.土壤含水率监测仪4探针插入试验土样中，两侧各4个，本实施例采用的土壤含水率监测仪4为具有温度补偿功能的土壤温湿度传感器；土壤含水率监测仪的量程为0-100％，并且在0-50％内的精度为
±
2％，在50％-100％内的精度为
±
3％。
38.定时摄像装置3采用配三脚架的佳能eos r6相机配合笔记本电脑设置定时拍摄。
39.本发明基于所述用于黄土湿陷性研究的室内物模试验系统的试验方法，包括以下步骤：
40.按项目现场地层层序在物模试验箱1当中叠放制作试验土样；
41.控制滴液系统2的注水量，设置模拟黄土场地工程项目长期浸水条件下的湿陷，或者模拟局部建、构筑物渗漏条件下的湿陷；
42.利用土壤含水率监测仪4对所述试验土样进行土壤浸水饱和持续监测，获取试验土样随时间饱和度变化测量值，分析黄土渗透系数；
43.通过定时摄像装置3观测并记录水的入渗情况及黄土湿陷情况。
44.在一种可能的实施方式中，使用定时摄像装置3时，定时摄像装置3采用前面间隔时间较短而后面间隔时间较长的方式，或采用等时间间隔的方式观测并记录水的入渗情况及黄土湿陷情况，获取水在试验土样中的渗流照片及试验土样湿陷变形过程照片。
45.本发明用于黄土湿陷性研究的室内物模试验系统及试验方法，相对于现场试坑浸水试验又缩短了试验周期，有利于反映黄土、古土壤不同地层在遇水湿陷时的表现差异和结构特征。
46.以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用于对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书涵盖的保护范围之内。