一种用于边坡冻融循环模拟的试验装置及试验方法

本发明属于道路工程试验装置，涉及一种考虑地下水渗透影响的用于边坡冻融循环模拟的试验装置及试验方法。

背景技术：

1、冻融现象是威胁寒区岩土工程稳定性、安全性和耐久性的隐形杀手，由其导致的一次灾害、次生灾害将会造成巨大的经济损失。有效的防止病害的发生并及时排除病害对公路使用功能的影响，是一个具有实际应用和研究性的课题。边坡是公路整体构造中不可缺少的一部分，关于非冻土区边坡稳定性的保护措施相对于冻土较多，所以积极的开展季冻区相关技术的研究对保持边坡的稳定性有着尤为重要的作用。

2、目前国内关于冻融循环实验场景分为室外现场试验和室内模型箱试验。室外现场试验基本采用的是原尺模型，在这种情况下不仅要花费大量的经济成本，同时依靠原生气候环境，试验所要经历的时间周期相当的长，如此一来大大降低了试验的高效性。室内模型试验虽然克服了试验周期长的缺点，但在降低试验的经济成本方面并不明显，同时极少有室内模型箱试验考虑到地下水持续补给的影响因素，水分的源源不断补给对于边坡冻融循环研究的影响是至关重要的。

3、同时，目前的模型箱试验在低温能量传递的均匀性方面还比较欠缺，不能很好的满足实验要求，部分专利设计内容理论程度过高，实际难以落地投入使用，本发明专利具有可生产性强、造价相比之下较低、可操作性高，能够很好的解决在试验中遇到的问题，解决了此前尚未很好解决的设备温度控制性能、工程实况还原度、可操作性、可实施性等难题。

4、为了解决上述的试验设备缺陷，为了使模型箱试验更加贴合现场的实际情况，因此在模型箱内设置水箱并采用透水网、透水石将土体模型隔开是非常有必要的，同时对深入研究寒区路基边坡的破坏机理以及防护措施是具有非常重大的意义。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种考虑地下水渗透影响的用于边坡冻融循环模拟的试验装置，包括：

2、用于设置试验边坡土体的试验箱体；

3、用于为试验箱体内的试验边坡土体制冷、加热的冷温板装置；

4、用于为试验箱体内的试验边坡土体提供地下水渗透模拟的地下水系统；

5、用于在冻融循环模拟试验过程中采集温度、水分、土压力、土体位移等数据的数据采集系统；

6、以及用于为冷温板装置提供冷源和热源的温度控制装置。

7、在上述方案的基础上，所述冷温板装置覆盖在试验边坡土体的上表面且与试验边坡土体不接触，同时，在试验边坡土体冻胀的过程中，冷温板装置也不与试验边坡土体的上表面接触。

8、在上述方案的基础上，所述冷温板装置包括冷凝管、冷却板以及将冷凝管固定在冷却板上的压板。

9、在上述方案的基础上，所述冷温板装置为独立的三段式结构，分别覆盖在试验边坡土体的上顶面、下底面和坡面上。

10、在上述方案的基础上，所述地下水系统包括设置在试验边坡土体的坡顶侧与试验箱体的侧壁之间的水槽和设置在水槽与试验边坡土体的坡顶侧之间的侧部透水层。

11、在上述方案的基础上，所述透水层与水槽之间设置有用于支撑侧部透水层的支撑网。

12、在上述方案的基础上，所述试验边坡土体与试验箱体之间设置有用于及时排出试验边坡土体底部聚集的模拟地下水的底部透水层；并在试验箱体坡底侧的壁上设置有用于将从试验边坡土体和底部透水层渗出的模拟地下水排出试验箱体的出水口。

13、在上述方案的基础上，所述侧部透水层和底部透水层的材料选用透水石板。

14、一种考虑地下水渗透影响的用于边坡冻融循环模拟的试验方法，包括如下步骤：

15、(1)利用试验土样按照试验要求在试验箱体内制作试验边坡土体；制作过程中按照试验要求布设用于采集温度、水分、土压力、土体位移等数据的传感器；

16、(2)将冷温板装置覆盖在试验边坡土体的上顶面、下底面和坡面上；所述冷温板装置覆盖在试验边坡土体的上表面且与试验边坡土体不接触，同时，在试验边坡土体冻胀的过程中，冷温板装置也不与试验边坡土体的上表面接触；

17、(3)将冷温板装置的冷凝管与制冷机连接，并按照试验要求在水槽内加注模拟用水；

18、(4)按照试验要求开启制冷机开展考虑地下水渗透影响的边坡冻融循环模拟试验。

19、本发明的有益效果是：

20、本申请的考虑地下水渗透影响的用于边坡冻融循环模拟的试验装置，通过设置提供地下水渗透模拟的地下水系统，可以实现考虑地下水渗透影响的边坡冻融循环模拟，地下水系统中使用了侧部透水层和底部透水层，为模拟试验边坡土体的地下水渗透条件提供了良好的试验条件。冻融模拟所需要的条件由覆盖并悬空在试验边坡土体表面的冷温板装置提供，能够以面荷载的形式均匀地向土体模型传递温度，有效地降低由于热量传递不均导致的结果偏差，同时，不会因为冷温板装置的重量影响试验土体的受力。试验装置中在冷温板装置上加装若干个为试验边坡土体提供模拟降雨的喷淋头不但可以模拟不同的雨量下的边坡稳定性，同时也可以模拟降雨+冻融+地下水渗透多因素耦合条件下边坡稳定性。

技术特征：

1.一种用于边坡冻融循环模拟的试验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于边坡冻融循环模拟的试验装置，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的用于边坡冻融循环模拟的试验装置，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的用于边坡冻融循环模拟的试验装置，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的用于边坡冻融循环模拟的试验装置，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的用于边坡冻融循环模拟的试验装置，其特征在于，

7.根据权利要求5所述的用于边坡冻融循环模拟的试验装置，其特征在于，

8.根据权利要求5所述的用于边坡冻融循环模拟的试验装置，其特征在于，

9.一种用于边坡冻融循环模拟的试验方法，其特征在于，使用权利要求1-8任一项所述的试验装置。

10.根据权利要求9所述的用于边坡冻融循环模拟的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及一种用于边坡冻融循环模拟的试验装置及试验方法，其中，试验装置包括用于为试验箱体内的试验边坡土体提供地下水渗透模拟的地下水系统。本申请的考虑地下水渗透影响的用于边坡冻融循环模拟的试验装置，通过设置提供地下水渗透模拟的地下水系统，可以实现考虑地下水渗透影响的边坡冻融循环模拟，地下水系统中使用了侧部透水层和底部透水层，为模拟试验边坡土体的地下水渗透条件提供了良好的试验条件。冻融模拟所需要的条件由覆盖并悬空在试验边坡土体表面的冷温板装置提供，能够以面荷载的形式均匀地向土体模型传递温度，有效地降低由于热量传递不均导致的结果偏差，同时，不会因为冷温板装置的重量影响试验土体的受力。

技术研发人员：滕继东,宋俊,辛格.詹妮莎
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12