一种水位循环升降引起的地面沉降试验装置及试验方法
【专利摘要】本发明涉及一种水位循环升降引起的地面沉降试验装置及试验方法。该装置包括盛放试验用土的模型柱(23)、供水单元、排水单元、数据测量单元和数据采集单元，模型柱底部设有模型柱进水口(18)和模型柱出水口(19)，供水单元连接模型柱进水口(18)，排水单元连接模型柱出水口(19)，数据测量单元设置于模型柱(23)内的试验用土中，数据采集单元连接数据测量单元；调节供水单元和排水单元的开启或关闭状态进行水位循环升降调节，数据测量单元测量模型柱(23)内试验用土的数据信息，数据采集单元采集该数据信息并进行分析处理。与现有技术相比，本发明能有效研究水位循环升降导致的不同土层的沉降量、土压力及孔隙水压力的变化规律。
【专利说明】
一种水位循环升降引起的地面沉降试验装置及试验方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种地面沉降试验装置及试验方法，尤其是涉及一种水位循环升降引起的地面沉降试验装置及试验方法。【背景技术】
[0002]地面沉降作为一种普遍存在且由来已久的地质灾害，受到各国学者的广泛关注， 由此开展了大量有关地面沉降监控理论及技术的科学研究工作，使得部分区域的地面沉降发展得到有效控制。但是，国内外许多学者研究由地下水位下降引起的地面沉降时，通常的做法是采用监测地下水位的初始水位及终止水位直接求沉降值或直接量测地面沉降值，没有考虑水位在总体下降过程中受季节性降水或河流水位反复涨落对土体沉降的影响，而这实际上将水位循环升降时带来的荷载循环加卸、土层反复压缩回弹问题简化成了求恒定渗透下固结力作用的问题。然而水位循环升降也是地面自然沉降过程中一个重要的制约因素，尤其是沿江近海地区更是如此。因此，研究水位循环升降引起的地面沉降机理具有非常重要的现实意义。
[0003]目前，在地面沉降研究领域，尚无相关模型试验装置和试验方法来测试水位循环升降引起土体沉降的相关参数，主要是各种测量和监测地面沉降的装置及方法的研究，如中国科学院力学研究所孟祥跃等人的发明专利“地面沉降量的测量方法及其装置”(专利号:CN1731109A)、上海交通大学许烨霜等人的专利“地面沉降控制施工方法”(申请专利号: CN101713185A)、上海交通大学丁勇春等人的专利“地下空间开挖引起的地面沉降测试方法”(专利号:CN101319894A)、同济大学唐益群等人的专利“一种由工程环境效应引起的地面沉降模型及其试验方法”(专利号:CN102094432A)及中国地质调查局水文地质环境地质调查中心张青等人的专利“地面沉降分层原位监测装置及监测方法”(专利号: CN104132640A)。此外，地面沉降的测量和监测仪器还有全站测量仪、GPS定位测量仪及水准测量仪等。此类装置与方法，都是现场地面沉降量的测量或观测，并未涉及到水位循环升降引起的地面沉降机理方面的研究。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种水位循环升降引起的地面沉降试验装置及试验方法。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006]—种水位循环升降引起的地面沉降试验装置，该装置包括盛放试验用土的模型柱、供水单元、排水单元、数据测量单元和数据采集单元，所述的模型柱底部设有模型柱进水口和模型柱出水口，所述的供水单元连接模型柱进水口，排水单元连接模型柱出水口，所述的数据测量单元设置于模型柱内的试验用土中，所述的数据采集单元连接数据测量单元；
[0007]调节供水单元和排水单元的开启或关闭状态进行水位循环升降调节，数据测量单元测量模型柱内试验用土的数据信息，数据采集单元采集该数据信息并进行分析处理。
[0008]该装置还包括反滤单元，所述的反滤单元包括第一 PVC管、第二PVC管和第三PVC 管，所述的第一 PVC管和第二PVC管上设有渗透孔，第一 PVC管和第二PVC管垂直设置在模型柱底部，所述的第一PVC管设置在模型柱进水口上方并连通模型柱进水口，所述的第二PVC 管设置在模型柱出水口上方并连通模型柱出水口，所述的第一PVC管和第二PVC管中部通过水平设置的第三PVC管连通。
[0009]所述的模型柱为有机玻璃浇筑而成的上端开口的容器。
[0010]所述的供水单元包括水箱、水箱托架、进水管和升降机构，所述的水箱放置于水箱托架内，所述的水箱托架连接升降机构，所述的水箱上设有水箱源水进水口和水箱出水口， 所述的水箱源水进水口连接外部自来水，所述的水箱出水口通过进水管连接模型柱进水口，所述的进水管和模型柱进水口间设有第一阀门，所述的进水管上还设有第一流量计。
[0011]所述的升降机构包括升降架、第一滑轮、第二滑轮、钢绳索和变速手摇绞盘，所述的升降架为门式升降架，该门式升降架固定于地面，所述的第一滑轮设置在门式升降架的横梁中部，第二滑轮设置在门式升降架的横梁端部，所述的第一滑轮和第二滑轮位于同一水平位置，所述的变速手摇绞盘设置在门式升降架的侧框上，所述的变速手摇绞盘与所述的第二滑轮位于同一垂直位置，所述的钢绳索一端连接水箱托架顶部，另一端通过第一滑轮和第二滑连接至变速手摇绞盘形成滑轮升降结构，所述的门式升降架的两个侧框的内侧面对称设有滑动槽，所述的水箱托架侧面对应设有滑动轮，所述的滑动轮滑动连接滑动槽。
[0012]所述的排水单元包括排水管、第二阀门和第二流量计，所述的排水管通过第二阀门连接所述的模型柱出水口，所述的第二流量计设置在排水管上。
[0013]该装置还包括测压单元，所述的测压单元包括第四PVC管、测压管和测压管固定支架，所述的测压管设置多个，所述的测压管均垂直于地面设置并安装在测压管固定支架上， 测压管底部通过第四PVC管连通至模型柱中的试验用土中。
[0014]所述的数据测量单元包括埋设于试验用土的不同土层中的沉降标尺、位移传感器和压力传感器，所述的位移传感器连接沉降标尺，所述的压力传感器包括土压力传感器和孔隙水压力传感器，所述的位移传感器、土压力传感器和孔隙水压力传感器均连接至数据采集单元，所述的位移传感器测量试验用土的不同土层的沉降量，土压力传感器测量试验用土的不同土层的土压力，孔隙水压力传感器测量试验用土的不同土层的孔隙水压力。
[0015]所述的数据采集单元包括位移采集仪、压力采集仪和PC机，所述的位移传感器连接至位移采集仪，所述的土压力传感器和孔隙水压力传感器均连接压力采集仪，所述的位移采集仪和压力采集仪均连接PC机，所述的PC机内安装有相应的数据处理软件，所述的数据处理软件对采集的试验用土的不同土层的沉降量、土压力和孔隙水压力进行处理分析。
[0016]—种水位循环升降引起的地面沉降试验方法，该方法包括如下步骤:
[0017](1)搭建地面沉降试验装置，在模型柱内壁利用玻璃胶粘上一层砂砾层；
[0018](2)在模型柱底部铺设一层设定厚度的砂卵石；
[0019](3)制备试验用土并将试验用土按照不同土层的设定厚度逐层铺设于模型柱(23) 内的砂卵石上方；
[0020](4)在不同土层内埋设沉降标尺、位移传感器、土压力传感器和孔隙水压力传感器，将沉降标尺连接位移传感器，同时将位移传感器、土压力传感器和孔隙水压力传感器连接至数据采集单元；
[0021](5)调节供水单元和排水单元的开启或关闭状态进行水位循环升降测试，水位循环升降具体为水位上升阶段、水位保持阶段和水位下降阶段三个阶段的循环运行，每个阶段保持设定时间，同时在每个阶段数据采集单元实时获取不同土层中位移传感器、土压力传感器和孔隙水压力传感器测量得到的对应的沉降量、土压力和孔隙水压力，数据采集单元对数据进行分析处理；[〇〇22]其中，水位上升阶段通过下述方式实现:开启供水单元，关闭排水单元；
[0023]水位保持阶段通过下述方式实现:关闭供水单元和排水单元；
[0024]水位下降阶段通过下述方式实现:关闭供水单元，开启排水单元。
[0025]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0026](1)通过供水单元和排水单元开启和关闭状态模拟水位循环升降调节，同时通过传感器单元测量试验用土中不同土层的沉降量、土压力及孔隙水压力三个参数，从而研究水位循环升降引起的不同土层的沉降量、土压力及孔隙水压力的变化规律，以及水位循环升降引起的地面沉降机理；
[0027](2)本发明模型柱装置底部设置的反滤单元可以加快向模型柱内注水的速度以及从模型柱向外排水的速度，从而减弱黏性试验用土渗透系数小和渗径长导致的土压力测量值偏大的问题，进而提高试验结果准确性，同时反滤单元还能防止黏性试验用土的细小颗粒堵塞模型柱注水口和模型柱出水口，提高试验的成功率；
[0028](3)本发明试验装置中设置的测压单元能够实时观测模型柱中水压大小，从而可以反馈至供水单元，调节供水单元的高度，保证注入模型柱中压力大小在土体承受范围类， 不至于因压力过大导致模型柱与试验土体的边壁效应加强，从而影响试验；
[0029](4)本发明通过调节供水单元和排水单元供水和排水单元开启还关闭状态进行水位循环升降测试，能够有效模拟实际水位循环升降，方法简单，便于实现，操作方便。【附图说明】
[0030]图1为本发明水位循环升降引起的地面沉降试验装置的结构示意图；
[0031]图2为本发明模型柱的剖视图。
[0032]1为水箱源水进水口，2为水箱进水口阀门，3为第一滑轮，4为第二滑轮，5为钢绳索，6为变速手摇绞盘，7为升降架，8为底座，9为滑动槽，10为水箱托架，11为水箱，12为曝气溢出孔，13为高水位溢出口，14为滑动轮，15为水箱出水口，16为进水管，17为第一流量计， 18为模型柱进水口，19为模型柱出水口，20为模型柱支架，21为排水管，22为反滤单元，23为模型柱，24为测压管，25为测压管固定支架，26为位移传感器，27为压力传感器，28为位移采集仪，29为压力采集仪，30为PC机，31为第一阀门，32为第二阀门，33为第二流量计，a为砂卵石层，b为第一黏土层，c为第一粉质黏土层，d为第二黏土层，e为第二粉质黏土层，f为粉细砂层；1-1为砂卵石层埋设的沉降标尺，1-2、1_3、1-4和1-5为每层土层中埋设的沉降标尺， 2-1、2-2、2-3和2-4为每层土层中埋设的土压力计，3-1、3-2、3-3和3-4为每层土层中埋设的孔隙水压力传感器。【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。[〇〇34] 实施例
[0035]如图1所示，一种水位循环升降引起的地面沉降试验装置，该装置包括盛放试验用土的模型柱23、供水单元、排水单元、反滤单元22、数据测量单元和数据采集单元，模型柱23 底部设有模型柱进水口 18和模型柱出水口 19,供水单元连接模型柱进水口 18,排水单元连接模型柱出水口 19，反滤单元22包括第一 PVC管、第二PVC管和第三PVC管，第一 PVC管和第二 PVC管上设有渗透孔，第一 PVC管和第二PVC管垂直设置在模型柱23底部，第一 PVC管设置在模型柱进水口 18上方并连通模型柱进水口 18，第二PVC管设置在模型柱出水口 19上方并连通模型柱出水口 19，第一 PVC管和第二PVC管中部通过水平设置的第三PVC管连通，数据测量单元设置于模型柱23内的试验用土中，数据采集单元连接数据测量单元;调节供水单元和排水单元的开启或关闭状态进行水位循环升降调节，数据测量单元测量模型柱23内试验用土的数据信息，数据采集单元采集该数据信息并进行分析处理。本实施例中第一 PVC管和第二PVC管高30cm，直径16cm，管壁从上到下每隔2cm打一个直径2cm小孔，第三PVC管长30cm， 直径10cm。由于黏性试验用土渗透系数很小，注水和排水时间较长，另外黏性土层渗径较大，水在土中停留时间过长，会造成土压力偏大，影响试验效果，因此设置反滤单元可以加快注水和排水速度，同时反滤单元也可以防止黏性试验用土的细小颗粒堵塞模型柱进水口 18和模型柱出水口 19，从而提高试验的成功率。[〇〇36]其中，模型柱23为有机玻璃浇筑而成的上端开口的容器，具体的该模型柱23高为 2m，壁厚为2cm，直径为lm，密封不漏水，内壁粘有一层厚度2?3mm的砂烁层，目的为了最大限度的减弱模型柱23与试验土体的边壁效应。模型柱23内盛放的试验用土为研究区域的扰动土体，根据相应的模型比设计厚度并分层铺设各土层。
[0037]供水单元包括水箱11、水箱托架10、进水管16和升降机构，水箱11放置于水箱托架 10内，水箱托架10连接升降机构，水箱11上设有水箱源水进水口 1和水箱出水口 15,水箱源水进水口 1连接外部自来水，水箱出水口 15通过进水管16连接模型柱进水口 18，进水管16和模型柱进水口 18处设有第一阀门31，进水管16上还设有第一流量计17。升降机构包括升降架7、第一滑轮3、第二滑轮4、钢绳索5和变速手摇绞盘6,升降架7为门式升降架，该门式升降架侧框高为2.5m，横梁宽为1.2m，侧框和横梁的材质为槽型钢，门式升降架的底座8由膨胀螺丝直接打入地面实现与地面的固定。为了装卸水箱11方便，水箱托架10由上下两部分组成，上半部为三角架，下半部为栅格圆柱体，上下两部分由螺母连接。门式升降架的两个侧框的内侧面对称设有滑动槽9，水箱托架10侧面对应设有滑动轮14，该实施例中水箱托架10 两侧分别设有2个滑动轮14,滑动轮14滑动连接滑动槽9。另外第一滑轮3设置在门式升降架的横梁中部，第二滑轮4设置在门式升降架的横梁端部，本实施例设置在横梁左侧端部，第一滑轮3和第二滑轮4位于同一水平位置，变速手摇绞盘6设置在门式升降架的侧框上，变速手摇绞盘6与第二滑轮4位于同一垂直位置，钢绳索5—端连接水箱托架10顶部，另一端通过第一滑轮3和第二滑轮14连接至变速手摇绞盘6形成滑轮升降结构，钢绳索5型号为? 56mm X 10m，通过变速手摇绞盘6控制钢绳索5的长短来控制水箱11的高低，进而控制水压的大小。水箱11采用直径为〇.8m、高为lm水桶加工制作而成，桶盖上设有曝气溢出孔12，桶壁上设计了三个水路出口:水箱源水进水口 1、高水位溢出口 13和水箱出水口 15,以上三个水路出口均设有控制通断的球型阀门。水箱源水进水口 1通过水箱进水口阀门2连接自来水水源，试验开始前先向水箱11中注入自来水到高水位溢出口 13所限定的最高水位，试验开始后将水箱进水口阀门2微开，确保试验过程中所消耗的水体获得补充。水箱出水口 15通过进水管16连接模型柱23底部的模型柱进水口 18,模型柱23底部的模型柱出水口 19连接排水管 21〇[〇〇38]排水单元包括排水管21、第二阀门32和第二流量计33,排水管21通过第二阀门32 连接模型柱出水口 19，第二流量计33设置在排水管21上。
[0039]另外，该装置还包括测压单元，所述的测压单元包括第四PVC管、测压管24和测压管固定支架25,所述的测压管24设置多个，所述的测压管24均垂直于地面设置并安装在测压管固定支架25上，本实施例中测压管24设置4根，测压管24底部通过第四PVC管连通至模型柱23中的试验用土中，通过观察测压管24中的水位高度能够计算出模型柱23中水压大小，进而根据测压管24中的水位高低来调节水箱11高度。
[0040]数据测量单元包括埋设于试验用土不同土层中的沉降标尺、位移传感器26和压力传感器27,所述的位移传感器26连接沉降标尺，所述的压力传感器27包括土压力传感器和孔隙水压力传感器，所述的位移传感器26、土压力传感器和孔隙水压力传感器均连接至数据采集单元，沉降标尺埋设于不同土层顶面，位移传感器26接触沉降标尺上表面从而测量出每层土层的沉降量，土压力传感器测量试验用土的不同土层的土压力，孔隙水压力传感器测量试验用土的不同土层的孔隙水压力，因此土压力传感器和孔隙水压力传感器布设于每层土层的中部。所述的数据采集单元采用DH-3816N静态应变测试分析系统，包括位移采集仪28、压力采集仪29、PC机30以及安装在PC机30中相应的数据处理软件，所述的位移传感器26连接至位移采集仪28,所述的土压力传感器和孔隙水压力传感器均连接至压力采集仪 29,所述的位移采集仪28和压力采集仪29均连接至PC机30,所述的数据处理软件对采集的试验用土的不同土层的沉降量、土压力和孔隙水压力进行处理分析。
[0041] —种由水位循环升降引起的地面沉降模型试验方法，包括以下具体步骤:
[0042] (1)搭建地面沉降试验装置，具体是模型柱23设计:为了模型柱23从底部注排水方便，模型柱23下方布设一个模型柱支架20,该模型柱支架20为一个高为40cm的梯形支撑铁架，为了最大限度的减弱模型柱23与试验土体的边壁效应，利用玻璃胶将模型柱23内壁粘上一层厚2?3mm的砂烁层。
[0043] (2)在模型柱23底部铺设一层设定厚度的砂卵石形成砂卵石层a。具体地在模型柱 23底部放置反滤单元22后将第一 PVC管和第一 PVC管里面从下到上填满直径为5?6cm的鹅卵石，再在第一PVC管和第一PVC管外部包裹一层网眼为200目的玻璃纱，防止细粒土进入管内堵塞造成水流不畅，最后在模型柱23底部铺一层厚度为40cm的砂卵石层a，从下到上依次为:直径为5?6cm的卵石，直径为2?3cm的石子，然后依次为砾砂、粗砂、中砂、粉细砂，卵石与砾砂中间用网眼为160目的玻璃纱隔离，防止细小颗粒被水流带走。[〇〇44] (3)制备试验用土并将试验用土按照不同土层的设定厚度逐层铺设于模型柱23内的砂卵石上方;试验用土为研究区域的扰动土体，为了保持待测量试验土体含水率保持不变，利用有塑料内衬的编织袋从野外运回的新鲜扰动土以备试验。根据模型设计的土层厚度逐层铺设。本实施例土层铺设如图2所示，由下而上分别是60cm高度的第一黏土层b，30cm 高度的第一粉质黏土层c，30cm高度的第二黏土层d和30cm高度的第二粉质黏土层e。在铺设每一层土层时，将试验用土碾碎过筛制成小于2mm的颗粒，称取所需土的质量，每5cm—层均匀摊铺在模型柱23中，用木板刮平，然后再用抹子轻轻压平，击实至试验要求高度，将表面刨毛，确保土层在同一水平面上，再洒少量的水湿润，然后再逐层加土料，击实直至完成最后一层土。为了减弱外界温度和湿度对模型土体影响，再在最上面铺设一层5cm厚的粉细砂层f进行隔离。[〇〇45](4)在不同土层内埋设沉降标尺、位移传感器26、土压力传感器和孔隙水压力传感器，将沉降标尺连接位移传感器26，同时将位移传感器26、土压力传感器和孔隙水压力传感器连接至数据采集单元。为了提高土压力传感器在试验用土中的存活率，在土压力计表面涂上一层厚度小于0.5mm的防水胶；为了防止细小颗粒堵塞孔隙水压力传感器，埋放前用 200目的玻璃纱把孔隙水压力计包裹一下，在每一层土体的中间位置埋放土压力计和孔隙水压力计，埋放时在预埋位置挖一个直径3cm小坑，填入少量的砂子抹平，水平放入土压力计和孔隙水压力计，再用砂子盖住轻轻压实，这样可使压力计表面与土接触紧密，同时可在孔隙水压力计表面形成过滤层，有助于量测;将沉降标尺放置在每层土体表面上，同时将位移传感器26接触沉降标尺上表面，随着土体的沉降，沉降标尺下移，从而位移传感器26测得沉降量的大小，另外在砂卵石层a表面也埋设有一个沉降标尺以及相应的位移传感器26。具体的沉降标尺、位移传感器26、土压力传感器和孔隙水压力传感器的埋设位置如图2所示， 1-1为砂卵石层a埋设的沉降标尺，1-2、1-3、1-4和1-5分别为由下至上每层土层中埋设的沉降标尺，2_1、2_2、2_3和2_4为由下至上每层土层中埋设的土压力计，3_1、3_2、3_3和3_4为由下至上每层土层中埋设的孔隙水压力传感器。
[0046](5)进行水位循环升降模拟及测量:开启PC机30调试运行数据采集系统，进行水位循环升降模拟试验。通过调节供水单元和排水单元的开启或关闭状态进行水位循环升降测试，水位循环升降具体为水位上升阶段、水位保持阶段和水位下降阶段三个阶段的循环运行，每个阶段保持设定时间，同时在每个阶段数据采集单元实时获取不同土层中位移传感器26、土压力传感器和孔隙水压力传感器测量得到的对应的沉降量、土压力和孔隙水压力， 数据采集单元对数据进行分析处理;其中，水位上升阶段通过下述方式实现:开启供水单元向模型柱注水口 18注水，关闭排水单元，即开启第一阀门31，关闭第二阀门32;水位保持阶段通过下述方式实现:关闭供水单元和排水单元，即关闭第一阀门31和第二阀门32;水位下降阶段通过下述方式实现:关闭供水单元，开启排水单元，即关闭第一阀门31，开启第二阀门32。三个阶段的时间根据土层性质而定，水位循环次数及水位升降幅值根据试验要求进行;通过PC机30控制采集数据单元工作，并对试验用土进行实时监测。另外进水管16中的第一流量计17对进水流量进行计量，出水管中的第二流量计33对进水流量进行计量，从而能计算出进入模型柱23中水量大小。
【主权项】
1.一种水位循环升降引起的地面沉降试验装置，其特征在于，该装置包括盛放试验用 土的模型柱(23)、供水单元、排水单元、数据测量单元和数据采集单元，所述的模型柱(23) 底部设有模型柱进水口(18)和模型柱出水口(19)，所述的供水单元连接模型柱进水口 (18)，排水单元连接模型柱出水口(19)，所述的数据测量单元设置于模型柱(23)内的试验 用土中，所述的数据采集单元连接数据测量单元；调节供水单元和排水单元的开启或关闭状态进行水位循环升降调节，数据测量单元测 量模型柱(23)内试验用土的数据信息，数据采集单元采集该数据信息并进行分析处理。2.根据权利要求1所述的一种水位循环升降引起的地面沉降试验装置，其特征在于，该 装置还包括反滤单元(22)，所述的反滤单元(22)包括第一 PVC管、第二PVC管和第三PVC管， 所述的第一 PVC管和第二PVC管上设有渗透孔，第一 PVC管和第二PVC管垂直设置在模型柱 (23)底部，所述的第一PVC管设置在模型柱进水口(18)上方并连通模型柱进水口(18)，所述 的第二PVC管设置在模型柱出水口(19)上方并连通模型柱出水口(19)，所述的第一PVC管和 第二PVC管中部通过水平设置的第三PVC管连通。3.根据权利要求1所述的一种水位循环升降引起的地面沉降试验装置，其特征在于，所 述的模型柱(23)为有机玻璃浇筑而成的上端开口的容器。4.根据权利要求1所述的一种水位循环升降引起的地面沉降试验装置，其特征在于，所 述的供水单元包括水箱(11)、水箱托架(10)、进水管(16)和升降机构，所述的水箱(11)放置 于水箱托架(10)内，所述的水箱托架(10)连接升降机构，所述的水箱(11)上设有水箱源水 进水口(1)和水箱出水口(15 )，所述的水箱源水进水口( 1)连接外部自来水，所述的水箱出 水口(15)通过进水管(16)连接模型柱进水口(18)，所述的进水管(16)和模型柱进水口(18) 间设有第一阀门(31)，所述的进水管(16)上还设有第一流量计(17)。5.根据权利要求4所述的一种水位循环升降引起的地面沉降试验装置，其特征在于，所 述的升降机构包括升降架(7)、第一滑轮(3)、第二滑轮(4)、钢绳索(5)和变速手摇绞盘(6)， 所述的升降架(7)为门式升降架，该门式升降架固定于地面，所述的第一滑轮(3)设置在门 式升降架的横梁中部，第二滑轮(4)设置在门式升降架的横梁端部，所述的第一滑轮(3)和 第二滑轮(4)位于同一水平位置，所述的变速手摇绞盘(6)设置在门式升降架的侧框上，所 述的变速手摇绞盘(6)与所述的第二滑轮(4)位于同一垂直位置，所述的钢绳索(5)—端连 接水箱托架(10)顶部，另一端通过第一滑轮(3)和第二滑连接至变速手摇绞盘(6)形成滑轮 升降结构，所述的门式升降架的两个侧框的内侧面对称设有滑动槽(9)，所述的水箱托架 (10)侧面对应设有滑动轮(14)，所述的滑动轮(14)滑动连接滑动槽(9)。6.根据权利要求1所述的一种水位循环升降引起的地面沉降试验装置，其特征在于，所 述的排水单元包括排水管(21)、第二阀门(32)和第二流量计(33)，所述的排水管(21)通过 第二阀门(32)连接所述的模型柱出水口(19)，所述的第二流量计(33)设置在排水管(21) 上。7.根据权利要求1所述的一种水位循环升降引起的地面沉降试验装置，其特征在于，该 装置还包括测压单元，所述的测压单元包括第四PVC管、测压管(24)和测压管固定支架 (25)，所述的测压管(24)设置多个，所述的测压管(24)均垂直于地面设置并安装在测压管 固定支架(25)上，测压管(24)底部通过第四PVC管连通至模型柱(23)中的试验用土中。8.根据权利要求1所述的一种水位循环升降引起的地面沉降试验装置，其特征在于，所述的数据测量单元包括埋设于试验用土的不同土层中的沉降标尺、位移传感器(26)和压力 传感器(27)，所述的位移传感器(26)连接沉降标尺，所述的压力传感器(27)包括土压力传 感器和孔隙水压力传感器，所述的位移传感器(26)、土压力传感器和孔隙水压力传感器均 连接至数据采集单元，所述的位移传感器(26)测量试验用土的不同土层的沉降量，土压力 传感器测量试验用土的不同土层的土压力，孔隙水压力传感器测量试验用土的不同土层的 孔隙水压力。9.根据权利要求8所述的一种水位循环升降引起的地面沉降试验装置，其特征在于，所 述的数据采集单元包括位移采集仪(28)、压力采集仪(29)和PC机(30)，所述的位移传感器 (26)连接至位移采集仪(28)，所述的土压力传感器和孔隙水压力传感器均连接压力采集仪 (29 )，所述的位移采集仪(28)和压力采集仪均(29)连接PC机(30)，所述的PC机(30)内安装 有相应的数据处理软件，所述的数据处理软件对采集的试验用土的不同土层的沉降量、土 压力和孔隙水压力进行处理分析。10.—种采用权利要求1所述的水位循环升降引起的地面沉降试验装置进行试验的试 验方法，其特征在于，该方法包括如下步骤:(1)搭建地面沉降试验装置，在模型柱(23)内壁利用玻璃胶粘上一层砂砾层；(2)在模型柱(23)底部铺设一层设定厚度的砂卵石；(3)制备试验用土并将试验用土按照不同土层的设定厚度逐层铺设于模型柱(23)内的 砂卵石上方；(4)在不同土层内埋设沉降标尺、位移传感器(26)、土压力传感器和孔隙水压力传感 器，将沉降标尺连接位移传感器(26)，同时将位移传感器(26)、土压力传感器和孔隙水压力 传感器连接至数据采集单元；(5)调节供水单元和排水单元的开启或关闭状态进行水位循环升降测试，水位循环升 降具体为水位上升阶段、水位保持阶段和水位下降阶段三个阶段的循环运行，每个阶段保 持设定时间，同时在每个阶段数据采集单元实时获取不同土层中位移传感器(26)、土压力 传感器和孔隙水压力传感器测量得到的对应的沉降量、土压力和孔隙水压力，数据采集单 元对数据进行分析处理；其中，水位上升阶段通过下述方式实现:开启供水单元，关闭排水单元；水位保持阶段通过下述方式实现:关闭供水单元和排水单元；水位下降阶段通过下述方式实现:关闭供水单元，开启排水单元。
【文档编号】G01N33/24GK105974088SQ201610290138
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】张英平, 唐益群, 严婧婧, 赵文强, 尹叶鹏
【申请人】同济大学