毛细阻滞覆盖层的防护功能测试系统

1.本实用新型涉及岩土工程技术领域，特别是涉及一种毛细阻滞覆盖层的防护功能测试系统。


背景技术：

2.雨水入渗是导致边坡发生滑坡的主要原因，这是因为雨水入渗造成边坡土体的含水率增高或地下水位提升，导致土体的抗剪强度降低，从而造成边坡失稳，而发生滑坡；对此，加强边坡的排水防渗能力是边坡防护工作的重点。近年来，有科研人员提出在边坡上铺设毛细阻滞覆盖层，毛细阻滞覆盖层包括细粒层和细/粗粒层，细粒层可以进行储水和侧向排水，细/粗粒层具有毛细阻滞效应，可以阻止雨水下渗；然而，目前关于毛细阻滞覆盖层边坡防护技术的研究，主要的试验方法为现场实测试验法和室内缩尺模型试验法，其中，现场实测试验法主要是通过在边坡上铺设毛细阻滞覆盖层，并在各个土层中埋设不同的传感器，以监测各个土层中的相关参数的变化，以此来研究毛细阻滞覆盖层在边坡上的排水防渗功能，但此方法试验成本较高，降雨条件难以控制，也难以收集各个土层的排水量；而室内缩尺模型试验法一般采用对构筑在容器中的毛细阻滞覆盖层加水进行渗透或模拟降雨，但其难以对具有一定坡度的毛细阻止覆盖层进行有效的压实，也难以模拟出坡度对毛细阻滞覆盖层的排水防渗功能的影响。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是：现有的毛细阻滞覆盖层边坡防护功能的测试方法，难以同时模拟出坡度和降雨对毛细阻滞覆盖层排水防渗功能的影响，难以收集各个土层的排水量；针对上述存在的问题，提出一种能够同时模拟坡度和降雨对毛细阻滞覆盖层排水防渗功能的影响的毛细阻滞覆盖层测试系统。
4.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种毛细阻滞覆盖层的防护功能测试系统，其包括：支架，其用于安装至地面上；试验箱，其与所述支架相铰接，所述试验箱内设有试验腔，所述试验腔用于承装毛细阻滞覆盖层；驱动装置，其动力输出端与所述试验箱连接，所述驱动装置能够驱动所述试验箱相对于所述支架转动；喷淋装置，其设于所述试验箱的上方，用于朝向毛细阻滞覆盖层喷水；第一集水槽，其安装于所述试验箱，且与所述试验腔的侧部连通；第二集水槽，其安装于所述试验箱，且与所述试验腔的底部连通；控制器，所述驱动装置、所述喷淋装置均与所述控制器电连接。
5.作为优选方案，所述试验箱与所述第一集水槽之间设置有第一滤网。
6.作为优选方案，毛细阻滞覆盖层包括从下至上依次铺设的多层土样层，所述第一集水槽内设有多个隔板，多个所述隔板将所述第一集水槽分隔成多个与各所述土样层一一对应连通的水槽。
7.作为优选方案，所述试验箱与所述第二集水槽之间设置有第二滤网。
8.作为优选方案，所述驱动装置为驱动气缸。
9.作为优选方案，所述试验箱的侧壁设有指针，所述支架上设有刻度盘，所述指针和所述刻度盘相配合用于指示所述试验箱相对于所述支架转动的角度。
10.作为优选方案，所述试验箱包括设置于其侧围的且用于观察毛细阻滞覆盖层的透明面板，所述透明面板上设有坐标网格。
11.作为优选方案，所述喷淋装置包括供水箱、进水管及喷头，所述供水箱与所述控制器电连接，所述供水箱与所述进水管的一端连接，所述进水管的另一端与所述喷头连接。
12.作为优选方案，所述进水管上还安装有控制水流量的控制阀。
13.作为优选方案，还包括若干传感探头，所述传感探头设置于所述试验腔内用于检测毛细阻滞覆盖层的孔隙水压力和含水率，所述传感探头与所述控制器电连接。
14.本实用新型实施例提供了一种毛细阻滞覆盖层的防护功能测试系统，与现有技术相比，其有益效果在于：
15.在本实施例中，试验箱内设有试验腔，用于承装毛细阻滞覆盖层；试验箱与支架相铰接，驱动装置的动力输出端与试验箱连接，驱动装置能够驱动试验箱相对于支架转动，以调整试验箱相对于地面的坡度，即调整毛细阻滞覆盖层相对于地面的坡度；喷淋装置用于给毛细阻滞覆盖层喷水，以模拟降雨，使水能够在毛细阻滞覆盖层的表面或者内部流动，第一集水槽与试验腔的侧部连通用于收集从毛细阻滞覆盖层的侧边排出的水，第二集水槽与试验腔的底部连通用于收集从毛细阻滞覆盖层的底部渗出的水，根据第一集水槽和第二集水槽所收集到的水量，来量化毛细阻滞覆盖层侧向排水量和底部渗水量，从而评判毛细阻滞覆盖层的排水防渗的能力；驱动装置、喷淋装置均与控制器电连接，控制器可控制驱动装置驱动试验箱转动的角度，实现控制毛细阻滞覆盖层的坡度，从而精准地模拟出坡度对毛细阻滞覆盖层排水防渗功能的影响；并控制喷淋装置给毛细阻滞覆盖层喷水的量和喷水的时间，以此模拟真实降雨，从而试验降雨对毛细阻滞覆盖层的排水防渗能力的影响。
附图说明
16.图1是本实用新型实施例的一种毛细阻滞覆盖层防护功能测试系统的结构示意图；
17.图2是本实用新型实施例的一种毛细阻滞覆盖层防护功能测试系统测试工作时的示意图；
18.图3是图2中a区域的放大图；
19.图4是本实用新型实施例的一种毛细阻滞覆盖层防护功能测试系统透明面板的结构示意图；
20.图5是本实用新型实施例的一种毛细阻滞覆盖层防护功能测试系统第一集水槽的侧面示意图；
21.图6是本实用新型实施例的一种毛细阻滞覆盖层防护功能测试系统第一滤网或第二滤网的示意图；
22.图7是本实用新型实施例的一种毛细阻滞覆盖层防护功能测试系统第二集水槽俯视视角的示意图；
23.图8是本实用新型实施例的一种毛细阻滞覆盖层防护功能测试系统的电路连接图；
24.图9是本实用新型实施例的一种毛细阻滞覆盖层防护功能测试方法的流程图；
25.图中，1、地面；2、支架；3、试验箱；31、试验腔；32、毛细阻滞覆盖层；33、第一滤网；34、第二滤网；35、透明面板；351、线孔；36、刻度盘；37、指针；4、驱动装置；41、驱动气缸；5、喷淋装置；51、供水箱；511、水箱；512、水泵；52、进水管；53、喷头；54、控制阀；55、加强支杆；6、第一集水槽；61、隔板；62、水槽；63、第一排水管；7、第二集水槽；71、第二排水管；8、控制器；81、接收器；9、传感探头。
具体实施方式
26.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
27.在本实用新型的描述中，应当理解的是，本实用新型中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
28.如图1
‑
图2所示，本实用新型实施例在第一方面提供了一种毛细阻滞覆盖层的防护功能测试系统，其包括：支架2，其用于安装至地面1上；试验箱3，其与支架2相铰接，试验箱3内设有试验腔31，试验腔31开口朝上，用于承装毛细阻滞覆盖层32；驱动装置4，其动力输出端与试验箱3连接，驱动装置4能够驱动试验箱3相对于支架2转动，即驱动试验箱3相对于地面1转动；喷淋装置5，其设于试验箱3的顶部用于朝向毛细阻滞覆盖层32喷水；第一集水槽6，其安装于试验箱3，且与试验腔31的侧部连通；第二集水槽7，其安装于试验箱3，且与试验腔31的底部连通；控制器8，驱动装置4、喷淋装置5均与控制器8电连接。
29.基于上述技术方案，在本实施例中，试验箱3内设有试验腔31，试验腔31开口朝上、用于承装毛细阻滞覆盖层32；试验箱3与支架2相铰接，驱动装置4的动力输出端与试验箱3连接，驱动装置4能够驱动试验箱3相对于支架2转动，即驱动试验箱3相对于地面1转动，以调节试验箱3相对于地面1的坡度，即调节毛细阻滞覆盖层32相对于地面1的坡度；喷淋装置5用于给毛细阻滞覆盖层32喷水，以模拟降雨，使水能够在毛细阻滞覆盖层32的表面或者内部流动，第一集水槽6与试验腔31的侧部连通用于收集从毛细阻滞覆盖层32侧向排出的水，第二集水槽7与试验箱3的底部连通用于收集从毛细阻滞覆盖层32底部渗出的水，根据第一集水槽6和第二集水槽7所收集到的水量，来量化毛细阻滞覆盖层32的侧向排水量和底部渗水量，从而评判毛细阻滞覆盖层32的排水防渗的功能；驱动装置4、喷淋装置5均与控制器8电连接，控制器8能够控制驱动装置4驱动试验箱3相对于地面1转动的角度，即控制毛细阻滞覆盖层32相对于地面1的坡度，也能够控制喷淋装置5往毛细阻滞覆盖层32喷水的喷水量，从而实现同时模拟坡度和降雨对毛细阻滞覆盖层32排水防渗功能的影响，以此来评判在不同坡度或不同降水时毛细阻滞覆盖层32的排水防渗功能。
30.毛细阻滞覆盖层由在粗粒土层的上方覆上一层细粒土层而成，细粒土层具有侧向排水的功能，细/粗土层具有毛细阻滞效应，可以防止雨水下渗。本实施例的毛细阻滞覆盖层32可由不同颗粒度的细粒土层和粗粒土层组合而成，本实施例优选地毛细阻滞覆盖层32的土样层组合有以下几种(自下而上分层布置)：
31.土样层组合1；黄土、黏土、粗砂、黏土、细砂；
32.土样层组合2；黄土、黏土、粗砂、粉土、细砂；
33.土样层组合3；黄土、膨润土+红土、碎石土、黏土、细砂；
34.土样层组合4；黄土、膨润土+红土、碎石土、粉土、细砂；
35.土样层组合5；黄土、膨润土+红土、粗砂、黏土、细砂；
36.土样层组合6；黄土、膨润土+红土、粗砂、粉土、细砂；
37.其中，黄土为边坡土样层。
38.本实施例中，如图5
‑
图7所示，试验箱3与第一集水槽6之间设置有第一滤网33，用于防止毛细阻滞覆盖层32中的土粒进入第一集水槽6，对第一集水槽6收集水产生干扰；具体地，由于毛细阻滞覆盖层32包括从下至上依次铺设的多层土样层，第一集水槽6内设有多个隔板61，多个隔板61将第一集水槽6分隔成多个与各土样层一一对应连通的水槽62，毛细阻滞覆盖层32的各个土样层中的水从侧向流入到对应的水槽62内，以便于后续分析各个土样层的侧向排水能力。进一步地，水槽62的一侧设有第一排水管63，水槽62所收集的水便经第一排水管63流入具有刻度的容器内，以便快速读出水槽62所收集的水的量，即是毛细阻滞覆盖层32的各个土样层侧向排水的量，同时，排出水槽62内收集到的水也可加速试验工作的进行。
39.本实施例在试验箱3与第二集水槽7之间也设置有第二滤网34，也是用于防止毛细阻滞覆盖层32中的土粒随水流入第二集水槽7，影响第二集水槽7收集水；在第二集水槽7背离试验箱3的一侧设有第二排水管71，第二集水槽7所收集的水便经第二排水管71流入到带刻度的容器内，从而实现快速读出第二集水槽7内所收集到的水的量。
40.本实施例中，驱动装置4为驱动气缸41，驱动气缸41的动力输出端相抵于试验箱3的底部，其与控制器8电连接，控制器8控制驱动气缸41驱动试验箱3相对于支架2转动，即驱动试验箱3相对于地面1转动，以根据试验需要，精准地控制试验箱3转动的角度，实现精准地控制毛细阻滞覆盖层32相对于地面1的坡度，从而精准地模拟坡度对毛细阻滞覆盖层32排水防渗能力的影响；本实施例中，如图3所示，在试验箱3上设有指针37，在支架2上设有刻度盘36，指针37可与试验箱3同步转动而相对于刻度盘36转动，指针37在刻度盘36上所指示的角度即为试验箱3相对于支架2转动的角度，即毛细阻滞覆盖层32相对于地面1的坡度。
41.本实施例中，如图4所示，试验箱3包括设置于其侧围的透明面板35，本实施例优选为在试验箱3的两侧均设置透明面板35，通过透明面板35，可以肉眼观察到试验箱3内的毛细阻滞覆盖层32，对在不同坡度、不同降雨时的毛细阻滞覆盖层32有一个直接地观察；透明面板35上设有坐标网格，用于观察并记录雨水渗入毛细阻滞覆盖层32的深度及流动路径，统计毛细阻滞覆盖层32的土样层的层高。
42.本实施例中，喷淋装置5包括供水箱51、进水管52及喷头53，具体地，供水箱51包括水箱511及设于水箱511内的水泵512，水泵512与进水管52的一端连接，进水管52的另一端与喷头53连接，在进水管52与地面之间设有用于支撑进水管52的加强支杆55，进水管52上还安装有控制水流量的控制阀54，水泵512及控制阀54均与控制器8电连接，控制器8控制水泵512将水吸入进水管52内，并通过控制阀54来控制瞬时水流量，实现控制水经喷头53喷洒而出的流量，以模拟降雨，从而进行毛细阻滞覆盖层32在降雨时的排水防渗能力的试验。
43.本实施例还包括若干传感探头9，传感探头9设置于试验腔31内用于检测毛细阻滞覆盖层32的孔隙水压力和含水率，传感探头9的电源输入端连接一接收器81，接收器81与控
制器8电连接，传感探头9实时检测毛细阻滞覆盖层32的孔隙水压力和含水率，并将检测结果发送至控制器8，控制器8针对检测结果进行处理，并判断毛细阻滞覆盖层32的稳定性及排水防渗能力。
44.如图8
‑
图9所示，本实用新型在第二方面提出一种毛细阻滞覆盖层的防护功能的测试方法，基于第一方面所述的毛细阻滞覆盖层的防护功能测试系统，其包括以下步骤：
45.s1、在试验箱3内铺设有毛细阻滞覆盖层32；
46.s2、驱动装置4驱动试验箱3相对于支架2转动，以调整试验箱3的坡度，即调整毛细阻滞覆盖层32的坡度；
47.s3、控制器8设定喷淋装置5朝毛细阻滞覆盖层32喷水的量，并控制喷淋装置5朝向毛细阻滞覆盖层32喷水；
48.s4、第一集水槽6收集从试验箱3侧边流出的水，第二集水槽7收集从试验箱3底部流出的水，根据第一集水槽6和第二集水槽7所收集到的水的量，来量化毛细阻滞覆盖层32的排水防渗能力。
49.基于上述测试方法，在试验箱3内铺设有毛细阻滞覆盖层32；驱动装置4驱动试验箱3相对于支架2转动，以调整试验箱3相对于地面1的坡度，即调整毛细阻滞覆盖层32相对于地面1的坡度，以此来模拟坡度对毛细阻滞覆盖层32的排水防渗功能的影响；控制器8设定喷淋装置朝向毛细阻滞覆盖层32喷水的量，并控制喷淋装置5朝向毛细阻滞覆盖32喷水，以模拟降雨，使水能够从毛细阻滞覆盖层32的侧向排出或底部渗出，第一集水槽6收集毛细阻滞覆盖层32侧向排出的水，第二集水槽7收集毛细阻滞覆盖层32底部渗出的水，根据所收集到的水的量，来量化毛细阻滞覆盖层32侧向排水能力和底部防渗能力；本测试方法能够同时模拟降雨和坡度对毛细阻滞覆盖层32排水防渗功能的影响，对毛细阻滞覆盖层32的防护功能的研究具有重大意义。
50.本实施例中，如下表格中所示：
[0051][0052]
本实施例优选雨强为60mm/h
‑
100mm/h，择优选取60mm/h、80mm/h、100mm/h数值下的雨强，优选坡度为10
°‑
30
°
，择优选取10
°
、15
°
、20
°
、25
°
、30
°
数值下的坡度，以进行毛细阻滞覆盖层32的排水防渗能力的试验，所控制的雨强与自然状态下的降雨强度一致，所控制的坡度与实际生活中的大部分边坡的坡度一致，使得试验时所获得的毛细阻滞覆盖层32的
侧向流出的水和底部渗出的水的量为可靠数据，能够真实反应在此坡度、此雨强时的毛细阻滞覆盖层32的排水防渗能力。
[0053]
本实施例还包括以下步骤：
[0054]
s5、传感探头9设置于试验腔31内用于检测毛细阻滞覆盖层32的孔隙水压力和含水率，并将检测结果发送至控制器8，控制器8针对检测结果进行分析，并判断降雨和坡度对毛细阻滞覆盖层32的稳定性及排水防渗能力的影响。
[0055]
s6、第一集水槽6内设有多个隔板61，多个隔板61将第一集水槽6分隔成多个水槽62，在试验箱3内从下至上依次铺设有多层土样层以制成毛细阻滞覆盖层32，多个水槽62与各土样层一一对应连通，各水槽62用于收集与其对应的土样层侧向流出的水，根据水槽62所收集到的水的量来判断其对应的土样层的排水能力。
[0056]
s7、在试验箱3内从上至下依次铺设不同的土样层以组合成不同的毛细阻滞覆盖层32，并进行重复试验，以测试不同的毛细阻滞覆盖层32的排水防渗能力。
[0057]
本实施例中可优选地土样组合有(自上而下分层布置)：
[0058]
土样层组合1；黄土、黏土、粗砂、黏土、细砂；
[0059]
土样层组合2；黄土、黏土、粗砂、粉土、细砂；
[0060]
土样层组合3；黄土、膨润土+红土、碎石土、黏土、细砂；
[0061]
土样层组合4；黄土、膨润土+红土、碎石土、粉土、细砂；
[0062]
土样层组合5；黄土、膨润土+红土、粗砂、黏土、细砂；
[0063]
土样层组合6；黄土、膨润土+红土、粗砂、粉土、细砂；
[0064]
其中的黄土为边坡土层；本实施例采用以上土样层制成的毛细阻滞覆盖层32，能够保证本试验的真实性，使试验所获得的数据均是真实可靠的。
[0065]
本测试系统的工作过程为：
[0066]
控制器8控制驱动装置4驱动试验箱3相对于支架2转动，即试验箱3相对于地面1转动，以此调整试验箱3相对于地面1的坡度，即调整毛细阻滞覆盖层32相对于地面的坡度；传感探头9预先检测毛细阻滞覆盖层32的初始孔隙水压力和初始含水率，并将检测结果发送至控制器8；接着，控制器8控制供水箱51给进水管52供水，水经进水管52流入喷头53，再经喷头53喷洒在毛细阻滞覆盖层32上，以模拟降雨，水会在毛细阻滞覆盖层32的侧向流动或渗入毛细阻滞覆盖层32的底部，第一集水槽6用于收集从毛细阻滞覆盖层32侧向流出的水，第二集水槽7用于收集从毛细阻滞覆盖层32底部渗出的水，同时，传感探头9检测到毛细阻滞覆盖层的实时孔隙水压力和实时含水率，并将检测结果发送至控制器8；根据第一集水槽6、第二集水槽7所收集到的水的量，来评判毛细阻滞覆盖层32的排水防渗功能，并通过初始孔隙水压力、初始含水率和实时孔隙水压力、实时含水率进行对比，来论证坡度和降雨对毛细阻滞覆盖层32稳定性和排水防渗能力的影响。
[0067]
综上，本实用新型实施例提供了一种毛细阻滞覆盖层的防护功能测试系统及测试方法，其有益效果在于：
[0068]
在本实施例中，试验箱内设有试验腔，用于承装毛细阻滞覆盖层；试验箱与支架相铰接，驱动装置的动力输出端与试验箱连接，驱动装置能够驱动试验箱相对于支架转动，以调整试验箱相对于地面的坡度，即调整毛细阻滞覆盖层相对于地面的坡度；喷淋装置用于给毛细阻滞覆盖层喷水，以模拟降雨，使水能够在毛细阻滞覆盖层的表面或者内部流动，第
一集水槽与试验腔的侧部连通用于收集从毛细阻滞覆盖层的侧边排出的水，第二集水槽与试验腔的底部连通用于收集从毛细阻滞覆盖层的底部渗出的水，根据第一集水槽和第二集水槽所收集到的水量，来量化毛细阻滞覆盖层侧向排水量和底部渗水量，从而判断毛细阻滞覆盖层的排水防渗的能力；驱动装置、喷淋装置均与控制器电连接，控制器可控制驱动装置驱动试验箱转动的角度，实现控制毛细阻滞覆盖层的坡度，从而精准地模拟出坡度对毛细阻滞覆盖层排水防渗功能的影响；并控制喷淋装置给毛细阻滞覆盖层喷水的量和喷水的时间，以此模拟真实降雨，从而试验降雨对毛细阻滞覆盖层的排水防渗能力的影响。本实施例还提供了一种毛细阻滞覆盖层的防护功能测试方法，其在试验箱内铺设有毛细阻滞覆盖层，通过驱动装置驱动试验箱转动以实现调节毛细阻滞覆盖层的坡度，通过喷淋装置朝毛细阻滞覆盖层喷水以模拟降雨，再收集从毛细阻滞覆盖层侧向排出的水和底部渗出的水，以此量化毛细阻滞覆盖层的排水防渗能力，从而判断降雨对毛细阻滞覆盖层排水防渗功能的影响；本测试方法能够同时模拟降雨和坡度对毛细阻滞覆盖层排水防渗功能的影响，试验结果真实可靠，对毛细阻滞覆盖层的防护功能的研究具有重大意义。
[0069]
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。