现场人工降雨边坡试验中隔渗和减阻的侧向边界实现方法与流程

本发明属于岩土工程测试技术领域，具体涉及一种现场人工降雨边坡试验中隔渗和减阻的侧向边界实现方法。

背景技术：

在边坡工程中，由自然降雨引发的滑坡灾害不仅给居民的生命和财产造成了巨大损失，也严重影响了交通及其它基础设施的安全运营，因此研究降雨诱发滑坡的失稳模式和机理具有重要意义。

近年来，虽然已有许多学者做了大量人工降雨边坡现场试验研究，并取得了有意义的研究成果，然而这些研究并没有对试验中人工降雨测试边坡的两侧边界进行相应的处理，也就无法考虑侧向边界条件对边坡的降雨效果与边坡入渗特性、坡体变形及可能的滑坡失稳的影响，尤其针对现场人工局部降雨导致的测试边坡存在的三维效应问题更是缺乏考虑，最终使得人工降雨边坡测试结果与实际自然降雨边坡响应特征有显著差异。

通过分析可知，如果在人工降雨边坡测试中边坡的侧向边界条件设置不当，一方面会导致降雨入渗过程中水分的侧向散失，使得测试边坡的入渗响应失真；另一方面导致测试边坡两侧摩擦阻力较大，使得测试边坡的变形响应失真。这些因素对于研究测试边坡的降雨效果与边坡入渗特性、坡体变形及可能的滑坡失稳影响是不可忽略的。因此，现场边坡试验中，设置合理的侧向边界条件对提高现场人工降雨边坡测试的可靠性具有十分重要的实际意义。

此外，在现场试验中，降雨入渗规律的研究也越来越重要，而研究降雨入渗规律需要动态观测降雨入渗深度，因此动态观测试验过程中降雨入渗深度问题也亟需解决。

技术实现要素：

本发明的目的是为现场人工降雨边坡试验研究奠定了一个合理的边界设置的方法基础。

为了实现上述目的，本发明提供了的技术方案如下：

现场人工降雨边坡试验中隔渗和减阻的侧向边界实现方法，包括以下步骤：

步骤1）开挖隔离槽：根据实际降雨测试边坡的需要，首先在自然边坡中选取测试边坡，然后从测试边坡平台到测试边坡斜坡的表面确定测试边坡两侧边界位置并做好标记，之后分别在测试边坡平台和测试边坡斜坡的两侧边界从上至下开挖隔离槽，开挖至预设深度，其中，隔离槽的形状与测试边坡的两侧截面相似；

步骤2）放置隔离布：在隔离槽内靠近测试边坡的一侧壁布置fdr探管，然后将隔离布放入隔离槽，使隔离布、fdr探管与测试边坡土体充分接触，其中，所述fdr探管竖直设置且至少为两个，分别设于测试边坡平台的侧壁和测试边坡斜坡的侧壁，所述fdr探管通过导线连接设于地面上的数据采集仪；

步骤3）回填密实：在隔离槽内远离测试边坡的另一侧与隔离布之间空隙中逐步放入回填土，并分层夯实，最后平整表面。

所述隔离槽在测试边坡平台中的开挖预设深度低于测试边坡在常规边坡稳定性计算中潜在滑动面的最低点。

所述fdr探管包括外层的pvc管和设于pvc管内的多个电极，所述多个电极通过同轴电缆连接，一对电极组成一个电容，多对电极组成多组电容，组成多组信号感知元件。

所述隔离槽的开挖宽度为10~15cm。

所述隔离布由软聚氯乙烯材料制成，厚度为0.3~0.8mm。

所述fdr探管长度与所在位置的隔离槽深度一致。

所述fdr探管内电容的间距布设分为上、下两部分，上部1.5m电容间距为10~20cm，下部电容间距为30~50cm。

本发明的有益效果是：

本发明为测试边坡设置了侧向隔渗和纵向减阻的边界条件，通过隔离布的不透水性有效阻挡了降雨入渗过程中水分的侧向散失，通过隔离布的光滑性减小了测试边坡两侧的摩擦阻力，通过埋设fdr探管和数据采集可以实时观测各深度的土壤体积含水量，不仅解决了以往动态观测降雨入渗深度的难题，而且还避免了在测试边坡内埋设大量水分传感器引起的边坡土体加筋的负面影响。

本发明为现场人工降雨边坡试验研究奠定了一个合理的边界设置的方法基础，使得现场人工降雨边坡更加真实地模拟了实际自然降雨边坡，对提高现场人工降雨边坡测试的可靠性具有十分重要的应用价值。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明测试边坡中边界设置的三维示意图；

图2是测试边坡中边界设置的右视图；

图3是图2中隔离槽中的a-a断面图；

图4是紧贴隔离布的fdr探管示意图。

图中：1、自然边坡；2、测试边坡平台；3、测试边坡斜坡；4、隔离槽；5、隔离布；6、fdr探管；7、回填土；8、pvc管；9、同轴电缆；10、电极；11、电容；12、数据采集仪。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供了一种现场人工降雨边坡试验中隔渗和减阻的侧向边界实现方法，包括以下步骤：

步骤1）开挖隔离槽4：根据实际降雨测试边坡的需要，首先在自然边坡1中选取测试边坡，然后从测试边坡平台2到测试边坡斜坡3的表面确定测试边坡两侧边界位置并做好标记，之后分别在测试边坡平台2和测试边坡斜坡3的两侧边界从上至下开挖隔离槽4，开挖至预设深度，其中，隔离槽4的形状与测试边坡的两侧截面相似；

步骤2）放置隔离布5：在隔离槽4内靠近测试边坡的一侧壁布置fdr探管6，然后将隔离布5放入隔离槽4，使隔离布5、fdr探管6与测试边坡土体充分接触，其中，所述fdr探管6竖直设置且至少为两个，分别设于测试边坡平台2的侧壁和测试边坡斜坡3的侧壁，所述fdr探管6通过导线连接设于地面上的数据采集仪12；

步骤3）回填密实：在隔离槽4内远离测试边坡的另一侧与隔离布5之间空隙中逐步放入回填土7，并分层夯实，最后平整表面。

如图1—图3所示，由于测试范围有限，所取测试边坡往往是自然边坡1的一部分，根据实际人工降雨测试边坡的需要，确定测试边坡两侧边界位置并做好标记。测试边坡分为测试边坡平台2和测试边坡斜坡3，在对测试边坡进行现场人工降雨试验前，在测试边坡平台2和测试边坡斜坡3两侧的边界处开挖隔离槽4，开挖至预设深度。隔离槽4开挖完成后，首先在隔离槽4内靠近测试边坡的一侧缓缓放置fdr探管6，然后布置隔离布5，保证隔离布5、fdr探管6与测试边坡土体充分接触，接触部分不留间隙。最后用回填土7将隔离槽4中隔离布5后的空隙分层夯实并平整。

本发明通过隔离布5的不透水性有效阻挡了降雨入渗过程中水分的侧向散失，通过隔离布5的光滑性减小了测试边坡两侧的摩擦阻力，通过埋设fdr探管6和数据采集可以实时观测各深度的土壤体积含水量，不仅解决了以往动态观测降雨入渗深度的难题，而且还避免了在测试边坡内埋设大量水分传感器引起的边坡土体加筋的负面影响。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种现场人工降雨边坡试验中隔渗和减阻的侧向边界实现方法，所述隔离槽4在测试边坡平台2中的开挖预设深度低于测试边坡在常规边坡稳定性计算中潜在滑动面的最低点。

如图4所示，所述fdr探管6包括外层的pvc管和设于pvc管内的多个电极10，所述多个电极10通过同轴电缆9连接，一对电极10组成一个电容11，多对电极10组成多组电容11，组成多组信号感知元件。在测试中由于电磁波信号可以自由穿透pvc管8，同时pvc管8起到支撑和防水作用，可有效保护电极10。fdr探管6测试土壤水分的基本原理是由上下两个电极10构成一个振荡回路，利用振荡电路产生的电磁波在电极10间土体中的振荡频率变化来测定土体的介电常数，由于介电常数的大小受土壤体积含水量变化的影响，即当土壤体积含水量变化时会引起土壤介电特性发生改变，而土壤介电特性发生变化又会使得电容11发生变化，将电容11变化引起的振荡回路频率变化映射到测试电路上并形成电压信号，经过处理形成数字信号传输给数据采集仪12。

在本实施例中，所述隔离槽4的开挖宽度为10~15cm。开挖宽度适中，在埋设好fdr探管6及隔离布5后，回填隔离槽4的工作量相对较小。

所述隔离布5由软聚氯乙烯材料制成，厚度为0.3~0.8mm。具有表面光滑、防水、抗老化、轻便柔软、可剪裁和易折叠等特点。在现场人工降雨边坡试验中，通过隔离布5的光滑性减小了测试边坡两侧的摩擦阻力，实现了测试边坡纵向减阻的边界条件；通过隔离布5的不透水性有效阻挡了降雨入渗过程中水分的侧向散失，实现了测试边坡侧向隔渗的边界条件，成功解决了在以往现场人工降雨边坡试验中不设置侧向边界而造成测试结果与实际自然降雨边坡响应特征有所差异的问题。

所述fdr探管6长度与所在位置的隔离槽4深度一致。所述fdr探管6内电容11的间距布设分为上、下两部分，上部1.5m电容11间距为10~20cm，下部电容11间距为30~50cm。电容11的数量和间距设置适宜，可以满足在现场人工降雨边坡试验中动态观测试验时降雨入渗深度的要求。

综上所述，本发明为现场人工降雨边坡试验研究奠定了一个合理的边界设置的方法基础，使得现场人工降雨边坡更加真实地模拟了实际自然降雨边坡，对提高现场人工降雨边坡测试的可靠性具有十分重要的应用价值。

以上实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。