本发明涉及一种土建技术，尤其是一种强度衰减路基变形和应力变化规律试验模型及试验方法。
背景技术：
我国是一个季风气候明显的国家，降水的季节分配差异较大，雨季降水量约占年总量的70％左右，一般南方雨季为4-9月，北方为6-9月。相对而言旱季则干旱少雨，从而造成地下水位下降，导致土体产生干缩开裂，红黏土作为一种收缩性明显的土体其产生的开裂破坏比一般黏土更明显，破坏性也更大。通过前期研究以及对红黏土地区高速公路进行的现场病害及地质情况调查后发现，水分来源丰富、水分变化大的地方容易出现路基沉降病害。本课题主要开展季节性地下水对红黏土路基的沉降影响分析。随着高速铁路的快速发展及高速公路的不断增加，迫切需要解决雨水导致的路基沉降变形灾害。
技术实现要素：
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种不同地下水位下红黏土的沉降规律试验模型及试验方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种控制地下水位监测路基沉降规律试验模型，其特征在于，包括模型体，所述模型体内为空腔结构，该空腔结构通过一竖直隔断板分成两部分，一部分为竖向水井，另一部分底部铺设有一层碎石垫层，碎石垫层上面设有与半幅公路路基构造相同的红黏土路基，竖向水井部分模型壁外有水位控制系统。
所述红黏土路基的边坡坡率为1：1.5。
一种控制地下水位监测路基沉降规律试验模型试验方法，步骤如下：
1)试验路基的填筑及设备仪器的安装与埋设；
2)试验地下水位控制与数据的采集；
3)进行数据处理分析。
所述步骤1)中试验路基的填筑分5层填筑，包括以下步骤：
a.第一层为碎石垫层，填筑厚度为10cm，填筑完后平整，上铺一层土工布；
b.第二层至第五层填筑红黏土，采用电动冲击夯分层夯实，并检测每层填土的含水量、密度及压实度物理指标；
c.同时路基填筑过程中，根据各层填土的不同夯实遍数，通过土壤刚度模量测试仪测量压实土的弹性模量，建立红黏土压实度与弹性模量的关系。
所述步骤1)中的设备仪器的安装与埋设，包括在路基填筑过程中根据实际设计在路基的不同位置埋设检测仪器，检测仪器埋设过程中通过水准测量精确标定仪器的具体深度同时,路基填筑完成后，在路基边坡中间部分设置若干位移观测点，通过钢尺和水准仪检测边坡的水平及竖向位移。
所述步骤2)中的地下水位控制采用水位控制系统，具体的地下水位控制及数据采集包括以下内容：
a.新建路基，在路基达到最终工后沉降后使用地下水位控制系统控制竖向水井地下水位在距离模型体底部20cm处，保持地下水位20cm15天时间，再打开排水口进行排水，排干净水之后保持7天时间，此为第一次地下水水位循环，期间采集、路基顶面及边坡位移观测点的高程、边坡位移观测点到试槽的水平位移、土压力盒的读数、土壤水分计的读数、单点沉降仪的读数、路基顶面百分表的读数以及监测边坡内水平位移百分表的读数，全部数据均采用计算机读数方式采集；
b.第一次地下水水位循环后再使用地下水位控制系统控制竖向水井地下水位在距离模型体底部30cm处，保持地下水位30cm15天时间，再打开排水口进行排水，排干净水之后保持7天时间，此为第二次地下水水位循环，期间采集、路基顶面及边坡位移观测点的高程、边坡位移观测点到试槽的水平位移、土压力盒的读数、土壤水分计的读数、单点沉降仪的读数、路基顶面百分表的读数以及监测边坡内水平位移百分表的读数，全部数据均采用计算机读数方式采集；
直至地下水水位循环到距离模型体底部80cm时试验结束。
本发明的模型材料及尺寸
通过查阅大量文献资料，由于道路工程的填土弹性模量很小，很难根据弹性模量相似找到替代的材料，所以在大型的道路工程相关的模型试验中，往往采用原状土进行试验，所以本实验模型采用实体工程所用的填料。
路基为带状结构物，受力状态属于平面应变问题同时，常见路堤为对称形式，因此可选用半幅路基进行试验研究。本实验模型选用常见路基结构形式及尺寸(路基长度10m；半幅路基顶面宽度：8m；填土高度：8m；边坡坡率：1：1.5)，按照1：10比例，因此，试验模型尺寸为：路基长度1m；半幅路基顶面宽度：0.8m；填土高度：0.8m；边坡坡率：1：1.5。
模型路基采用红黏土分层填筑并夯实；为模拟地下水上升现象，模型路基的地基开始首先填筑10cm的碎石垫层，通过竖向水井的水位变化，模拟地下水位的波动，从而实现模型路基不同高度含水量的变化。
与现有技术相比,本发明的有益效果是,
根据试验模型、方案及工艺，能够分析不同地下水位影响下红黏土路基的沉降规律，并且可通过水位控制系统精准控制地下水位高度，为路基填筑加固维修提供合理的技术借鉴和理论指导。
附图说明
图1是本发明模型路基结构示意图；
图2(a)是测试仪器布置平面图；
图2(b)是测试仪器布置剖面图；
其中1.模型体，2.竖向隔板，3.竖向水井，4.碎石垫层，5.红黏土路基，6.水位控制系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种控制地下水位监测路基沉降规律试验模型，包括模型体1，所述模型体1内部为空腔结构，该空腔结构通过一竖向隔板2分成两部分，一部分为竖向水井3，另一部分底部铺设有一层碎石垫层4，碎石垫层4上面设有与半幅路基构造相同的红黏土路基5，模型体外安装有水位控制系统6。红黏土路基5的边坡坡率为1：1.5。
通过查阅大量文献资料，由于道路工程的填土弹性模量很小，很难根据弹性模量相似找到替代的材料，所以在大型的道路工程相关的模型试验中，往往采用原状土进行试验，所以本实验模型采用实体工程所用的填料。
路基为带状结构物，受力状态属于平面应变问题同时，常见路堤为对称形式，因此可选用半幅路基进行试验研究。本实验模型选用常见路基结构形式及尺寸(路基长度10m；半幅路基顶面宽度：8m；填土高度：8m；边坡坡率：1：1.5)，按照1：10比例，因此，试验模型尺寸为：路基长度1m；半幅路基顶面宽度：0.8m；填土高度：0.8m；边坡坡率：1：1.5。
模型路基采用红黏土分层填筑并夯实；为模拟地下水上升现象，模型路基的地基开始首先填筑10cm的碎石垫层，通过竖向水井的水位变化，模拟地下水位的波动，从而实现模型路基不同高度含水量的变化。
试验仪器布置及测试内容
试验仪器布置如图2(a)、图2(b)所示。
测试内容包括：路基竖向压力分布、路基竖向含水率的变化、路基竖向位移的变化、路基竖向孔隙水压力分布。
路基竖向压力的分布通过zlk-ylh土压力盒测量，路基竖向含水率的变化通过nhsf48ar土壤水分传感器测量，路基竖向位移的变化通过百分表测量，路基竖向孔隙水压力的分布通过zlk.kxyl孔隙水压力计测量。
控制地下水位监测路基沉降规律试验模型试验方法如下：
一、试验路基的填筑及设备仪器的安装与埋设：
试验路基的填筑分5层填筑，包括以下步骤：
a.第一层为碎石垫层，填筑厚度为10cm，填筑完后平整，上铺一层土工布；
b.第二层至第五层填筑红黏土，采用电动冲击夯分层夯实，并检测每层填土的含水量、密度及压实度物理指标；
c.同时路基填筑过程中，根据各层填土的不同夯实遍数，通过土壤刚度模量测试仪测量压实土的弹性模量，建立红黏土压实度与弹性模量的关系。
设备仪器的安装与埋设，包括在路基填筑过程中根据实际设计在路基的不同位置埋设检测仪器，检测仪器埋设过程中通过水准测量精确标定仪器的具体深度同时,路基填筑完成后，在路基边坡中间部分设置若干位移观测点，通过钢尺和水准仪检测边坡的水平及竖向位移。
二、试验地下水位控制与数据的采集；
地下水位控制采用水位控制系统，具体的地下水位控制及数据采集包括以下内容：
a.新建路基，在路基达到最终工后沉降后使用地下水位控制系统控制竖向水井地下水位在距离模型体底部20cm处，保持地下水位20cm15天时间，再打开排水口进行排水，排干净水之后保持7天时间，此为第一次地下水水位循环，期间采集、路基顶面及边坡位移观测点的高程、边坡位移观测点到试槽的水平位移、土压力盒的读数、土壤水分计的读数、单点沉降仪的读数、路基顶面百分表的读数以及监测边坡内水平位移百分表的读数，全部数据均采用计算机读数方式采集；
b.第一次地下水水位循环后再使用地下水位控制系统控制竖向水井地下水位在距离模型体底部30cm处，保持地下水位30cm15天时间，再打开排水口进行排水，排干净水之后保持7天时间，此为第二次地下水水位循环，期间采集、路基顶面及边坡位移观测点的高程、边坡位移观测点到试槽的水平位移、土压力盒的读数、土壤水分计的读数、单点沉降仪的读数、路基顶面百分表的读数以及监测边坡内水平位移百分表的读数，全部数据均采用计算机读数方式采集；直至地下水水位循环到距离模型体底部80cm时试验结束。
三、进行数据处理分析。