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一種“鍋蓋效應(yīng)”現(xiàn)場模型試驗的方法及裝置與流程

文檔序號:11431354閱讀:540來源:國知局
一種“鍋蓋效應(yīng)”現(xiàn)場模型試驗的方法及裝置與流程

本發(fā)明提供一種“鍋蓋效應(yīng)”現(xiàn)象的現(xiàn)場模型試驗方法及裝置,屬于非飽和土體水分遷移現(xiàn)場試驗方法及裝置領(lǐng)域。



背景技術(shù):

作為干旱半干旱寒冷地區(qū)機場跑道易發(fā)的工程災(zāi)害之一,“鍋蓋效應(yīng)”引起了工程領(lǐng)域的廣泛關(guān)注?!板伾w效應(yīng)”是指由于道面密閉導(dǎo)致道基上部水分不能排出而引起的道基淺層土體含水量增加強度降低的現(xiàn)象。干旱地區(qū)地下水位低,地下水毛細作用向上輸水范圍有限,幾乎不能直接補充道基上部土體水分,淺層土體中水分一般來源于溫差效應(yīng)引起的水分遷移在上部形成的冷凝水。道面溫度降低使淺層土體溫度隨之降低,近道面土中水蒸氣在道基底部附近區(qū)域凝結(jié),同時淺層道基土與溫度較為恒定的深層道基土之間也有溫差,導(dǎo)致深層土孔隙氣中的水蒸氣隨空氣流動向上遷移,深層土體中的水氣平衡維持孔隙氣體濕度恒定,故深層土體中的液態(tài)水會變成水蒸氣被空氣流動運送到淺層,淺層土中水蒸氣繼續(xù)在道面處凝結(jié)而導(dǎo)致上層土含水量持續(xù)增加。嚴重地可引發(fā)道基土強度降低、道基翻漿等嚴重工程災(zāi)害。

目前國內(nèi)還沒有專門針對“鍋蓋效應(yīng)”這一工程災(zāi)害現(xiàn)象有效的現(xiàn)場模型試驗方法,這對分析不同地區(qū)的“鍋蓋效應(yīng)”災(zāi)害的成因及防治十分不利。因此,針對“鍋蓋效應(yīng)”災(zāi)害,提出一種邊界條件明確,試驗方法簡單并能夠真實反映土體中“鍋蓋效應(yīng)”現(xiàn)象的現(xiàn)場模型試驗方法成為亟須解決的問題。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明旨在提供一種大尺寸、邊界條件明確、試驗方法簡單的“鍋蓋效應(yīng)”現(xiàn)場模型試驗方法及裝置,該模型試驗方法及裝置通過設(shè)置大尺寸隔水隔氣試驗試筒、設(shè)置碎石層能夠保證試驗土體中測得的數(shù)據(jù)真實反映“鍋蓋效應(yīng)”現(xiàn)象,為研究“鍋蓋效應(yīng)”這一工程災(zāi)害現(xiàn)象提供了一種有力的手段。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的一種“鍋蓋效應(yīng)”現(xiàn)場模型試驗裝置,試驗試筒放置在試驗坑底部,在試驗試筒的側(cè)壁設(shè)置傳感器引線管,傳感器引線管一側(cè)外壁緊貼試驗試筒的內(nèi)壁,另一側(cè)外壁根據(jù)需要開設(shè)若干個傳感器引線孔,在試驗試筒頂部設(shè)置混凝土蓋板,用來模擬混凝土道面,在試驗試筒中回填試驗土體,試驗試筒底部設(shè)置碎石層。

所述試驗試筒的材料為隔水隔氣的水泥管,內(nèi)徑為1.5米,高度為2.5米,試驗土體的土質(zhì)與試驗坑底部土體的土質(zhì)一致,依據(jù)試驗的需要設(shè)定試驗土體的含水率和干密度。

所述傳感器引線管分為水平段和垂直段,兩段緊密連接為一個整體,傳感器引線管的材料為pvc材料,傳感器引線管垂直段緊貼試驗試筒內(nèi)壁,傳感器引線管水平段緊貼試驗試筒頂部邊緣。

所述傳感器引線孔開設(shè)在傳感器引線管垂直段遠離試驗試筒一側(cè)的管壁上,傳感器引線孔開設(shè)位置與溫濕度集成傳感器探頭在試驗土體中的埋深位置一致,傳感器引線孔為圓形孔。

所述傳感器引線管一部分水平段設(shè)置在混凝土蓋板底部,混凝土蓋板底面與試驗試筒頂面、試驗土體頂面緊密接觸。

所述碎石層的材料為粗粒碎石,厚度為0.3米。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的一種“鍋蓋效應(yīng)”現(xiàn)場模型試驗方法,包括如下步驟:

a.試驗坑土方開挖并鑒別試驗坑底部土體的土質(zhì),測定試驗坑底部土體的含水率及干密度;

b.將試驗試筒固定在試驗坑底部,試驗坑與試驗試筒的空隙用回填土填充并夯實;

c.在固定好的試驗試筒內(nèi)底部填充0.3米厚的碎石層,保證碎石層平整;

d.將傳感器引線管垂直段緊貼試驗試筒內(nèi)壁,傳感器引線管水平段緊貼試驗試筒頂部邊緣安裝,將連接不同深度位置溫濕度集成傳感器探頭的傳感器數(shù)據(jù)線由傳感器引線孔穿入傳感器引線管內(nèi),再由傳感器引線管出口穿出,最終與數(shù)據(jù)采集儀相連接;

e.根據(jù)試驗土體的含水率和干密度以及試驗試筒除去碎石層所占體積后的容積,計算出制備試驗土體所需土的質(zhì)量和需加入水的質(zhì)量,然后將試驗土體制出;

f.將制備好的試驗土體分層回填至試驗試筒內(nèi)部的碎石層上方,每0.05米厚度作為一個分層,分層回填過程中,當回填至溫濕度集成傳感器探頭設(shè)計埋深位置時,埋設(shè)溫濕度集成傳感器探頭,試驗土體全部回填完成后,將埋設(shè)的所有傳感器數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集儀連接,進行讀數(shù)確保每個位置的溫濕度集成傳感器探頭工作正常;

g.在試驗試筒頂部設(shè)置混凝土蓋板,確保混凝土蓋板底面與試驗試筒頂面、試驗土體頂面及傳感器引線管水平段外壁緊密接觸;

h.引線管出口附近安裝數(shù)據(jù)采集儀;

i.完成a至h操作后,開始進行試驗數(shù)據(jù)的采集、記錄,資料整理及計算。

本發(fā)明的優(yōu)點和產(chǎn)生的有益效果是:

1.本發(fā)明是首個提出的專門針對“鍋蓋效應(yīng)”工程災(zāi)害所設(shè)計的現(xiàn)場模型試驗,對于“鍋蓋效應(yīng)”現(xiàn)象的研究有重要意義;

2.本發(fā)明采用大尺寸的試驗試筒,使得試驗土體具有足夠大的深度和直徑,從而能夠保證在試驗土體中測得的數(shù)據(jù)能夠真實反映現(xiàn)場土體中的水氣遷移現(xiàn)象;

3.試驗試筒底部碎石層的設(shè)置,可以使氣態(tài)水順利向上遷移,阻止液態(tài)水通過毛細作用向上遷移,使試驗土體內(nèi)只有氣態(tài)水補充而沒有液態(tài)水補充,從而確保試驗土體底部邊界條件清晰;

4.本發(fā)明采用了防水隔氣的材料來制作試驗試筒,能夠使試驗土體模擬處于自然狀態(tài)下的土體;

5.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單,容易操作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明試驗裝置布置剖面圖。

圖2為傳感器引線管的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖3為傳感器引線管的開孔位置圖。

圖1中,1為試驗試筒;2為溫濕度集成傳感器探頭;3為傳感器引線管;4為傳感器引線孔;5為傳感器數(shù)據(jù)線;6為引線管出口;7為混凝土蓋板;8為數(shù)據(jù)采集儀;9為試驗土體;10為碎石層。

具體實施方式

為便于理解本發(fā)明的內(nèi)容,下面便對其具體過程做詳細陳述。在此需要說明的是,對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明,但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。

如圖1所示,本發(fā)明所涉及的一種“鍋蓋效應(yīng)”現(xiàn)場模型試驗裝置,所述試驗試筒1放置在試驗試驗坑底部,在試驗試筒1的側(cè)壁設(shè)置傳感器引線管3,傳感器引線管3一側(cè)外壁緊貼試驗試筒1的內(nèi)壁,另一側(cè)外壁根據(jù)需要開設(shè)若干個個傳感器引線孔4,在試驗試筒1頂部設(shè)置混凝土蓋板7,用來模擬混凝土道面,在試驗試筒1中回填試驗土體9,試驗試筒1底部設(shè)置碎石層10。試驗試筒1的材料為隔水隔氣的水泥管,內(nèi)徑為1.5米,高度為2.5米。由于采用了隔水隔氣材料來制作試驗試筒1,能夠使試驗試筒1內(nèi)的試驗土體9模擬處于自然狀態(tài)下的土體。由于采用較大體量的試驗試筒1設(shè)計,從而能夠保證在試驗土體中測得的數(shù)據(jù)能夠真實反映現(xiàn)場土體中的水氣遷移現(xiàn)象。試驗土體9的土質(zhì)與試驗坑底部土體的土質(zhì)一致,依據(jù)試驗的需要設(shè)定試驗土體9的含水率和干密度。傳感器引線管3分為水平段和垂直段,兩段緊密連接為一個整體,傳感器引線管3的材料為pvc,直徑為0.15米。由于采用pvc材料來制作傳感器引線管3,可以保證傳感器引線管3的強度,從而可以確保傳感器引線管3對傳感器數(shù)據(jù)線5起到有效的保護作用。傳感器引線管3垂直段緊貼試驗試筒1內(nèi)壁,傳感器引線管3水平段緊貼試驗試筒1頂部邊緣。用強力膠水將傳感器引線管3按上述位置固定在試驗試筒1內(nèi)壁。

傳感器引線孔4開設(shè)在傳感器引線管3垂直段遠離試驗試筒1一側(cè)的管壁上。傳感器引線孔4開設(shè)位置與溫濕度集成傳感器探頭2在試驗土體9中的埋深位置一致,這樣設(shè)置可以方便溫濕度集成傳感器探頭2的埋設(shè)。傳感器引線孔4為圓形孔,圓形孔的設(shè)計在滿足傳感器數(shù)據(jù)線5能夠穿入的前提下,可以使孔的面積盡量小。

傳感器引線管3一部分水平段設(shè)置在混凝土蓋板7底部,混凝土蓋板7底面與試驗試筒1頂面、試驗土體9頂面緊密接觸。碎石層10的材料為粗粒碎石,厚度為0.3米。試驗試筒1底部粗粒碎石層10的設(shè)計,使試驗土體9與試驗坑底部土體隔離開,碎石層10可以使氣態(tài)水順利通過,同時阻止液態(tài)水通過毛細作用向上遷移,使試驗土體9內(nèi)只有氣態(tài)水補充而沒有液態(tài)水補充,從而確保試驗土體9底部邊界條件清晰。

設(shè)備安裝及試驗過程如下:

本發(fā)明所涉及的一種“鍋蓋效應(yīng)”現(xiàn)場模型試驗方法,包括如下步驟:

a.試驗坑土方開挖并鑒別試驗坑底部土體的土質(zhì),測定試驗坑底部土體的含水率及干密度;

b.將試驗試筒1固定在試驗坑底部,試驗坑與試驗試筒1的空隙用回填土填充并夯實;

c.在固定好的試驗試筒1底部填充0.3米厚的碎石層10,保證碎石層平整;

d.將傳感器引線管3垂直段緊貼試驗試筒1內(nèi)壁,傳感器引線管3水平段緊貼試驗試筒1頂部邊緣安裝,將連接不同深度位置溫濕度集成傳感器探頭2的傳感器數(shù)據(jù)線5由傳感器引線孔4穿入傳感器引線管3內(nèi),再由傳感器引線管出口6穿出,最終與數(shù)據(jù)采集儀8相連接;

e.根據(jù)試驗土體9的含水率和干密度以及試驗試筒1除去碎石層10所占體積后的容積,計算出制備試驗土體9所需土的質(zhì)量和需加入水的質(zhì)量,然后將試驗土體9制出;

f.將制備好的試驗土體9分層回填至試驗試筒1內(nèi)部的碎石層10上方,每0.05米厚度作為一個分層,分層回填過程中,當回填至溫濕度集成傳感器探頭2設(shè)計埋深位置時,埋設(shè)溫濕度集成傳感器探頭2,試驗土體9全部回填完成后,將埋設(shè)的所有傳感器數(shù)據(jù)線5與數(shù)據(jù)采集儀8連接,進行讀數(shù)確保每個位置的溫濕度集成傳感器探頭2工作正常;

g.在試驗試筒1頂部設(shè)置混凝土蓋板7,確?;炷辽w板7底面與試驗試筒1頂面、試驗土體9頂面及傳感器引線管3水平段外壁緊密接觸;

h.引線管出口6附近安裝數(shù)據(jù)采集儀8;

i.完成a至h操作后,開始進行試驗數(shù)據(jù)的采集、記錄,資料整理及計算。

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