[发明专利]一种路基空洞模型的模拟装置

说明书

一种路基空洞模型的模拟装置，包括模型箱、路面加载机构、给水压力机构、土体冻结机构、PIV机构和含水量检测机构等；该模型箱顶面开口，内部填充有待观测土体和有机玻璃管，该有机玻璃管上开设有破损口；该路面加载机构设有荷载板，该载荷板位于模型箱顶面以对待测土体施压；该给水压力机构与有机玻璃管连接以提供可控的稳压水；该土体冻结机构设有液氮传输管以提供氮气，该液氮传输管贴合于有机玻璃管外侧，其管口与破损口齐平；该PIV机构用于采集控制点处土体的位移和坐标图像；该含水量检测机构设有若干传感器，分别设置于有机玻璃管周围。本发明能满足对不同水压、不同地面荷载的情况下空洞发展规律及周边土体变形和强度的研究需求。

技术领域

本发明涉及路基空洞模型领域，特别是一种路基空洞模型的模拟装置。

背景技术

近年来，路面不均匀沉降及路面塌陷的严重事故在全国各地频频发生，危害着人们的生命及财产安全。经过调查分析发现此类事故的主要原因是由于地下给水管道破损，有压水渗漏造成的路基空洞。此类事故常有报道，然而相关研究却寥寥无几，尚无完整严谨的模型装置用于测量由给水管道的破损引起的路基空洞的大小、空洞附近土体强度大小、空洞形成过程中的土体迁移特性。因此，研究给水管道的破损引起的路基空洞模型装置及方法对地下隐伏土洞的防治，道路与建构筑物不均匀沉降的预防与处理具有重大意义。

然而，现有的测量路基空洞模型装置与方法大多忽略了土洞发展过程中，管道破损处周边土的位移和强度。其次无法对土洞的形状进行量测，特别是砂性土这类无黏聚性的土。

为研究实际条件下，在压力场和渗流场的耦合作用下的地下土体空洞形成机理，常规的测量土体空洞模型已不能满足要求。因此研制一种可提多种供水压力系统和能模拟真实路面荷载情况的给水管道破损引发的路基空洞模型装置具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种模拟有压给水管道渗漏和路面荷载耦合作用下的路基空洞模型装置，以便观测土洞发展过程中，管道破损处周边土体的位移和强度以及对土洞形状，特别是砂性土一类无黏聚性土体的土洞形状，满足对不同水压、不同地面荷载的情况下空洞发展规律及周边土体变形和强度的研究需求。

本发明采用如下技术方案：

一种路基空洞模型的模拟装置，其特征在于：包括模型箱、路面加载机构、给水压力机构、土体冻结机构、PIV机构和含水量检测机构；该模型箱顶面开口，内部填充有待观测土体和有机玻璃管，该有机玻璃管上开设有破损口；该路面加载机构设有荷载板，该载荷板位于模型箱顶面以对待测土体施压；该给水压力机构与有机玻璃管连接以提供可控的稳压水；该土体冻结机构设有液氮传输管以提供氮气，该液氮传输管贴合于有机玻璃管外侧，其管口与破损口齐平；该PIV机构用于采集控制点处土体的位移和坐标图像；该含水量检测机构设有若干传感器，分别设置于有机玻璃管周围。

所述模型箱相对所述有机玻璃管设有两管道接口，该管道接口与有机玻璃管和所述给水压力机构连通。

所述路面加载机构还包括千斤顶和反力架；所述模型箱安置于反力架底部；所述千斤顶安置于反力架顶部且与所述荷载板相连。

所述反力架包括横梁、底板和两立柱；所述横梁安装有所述千斤顶；所述底板安置有所述模型箱；所述立柱连接于横梁和底板之间。

所述给水压力机构包括空气压力机、储液罐和储液池；该空气压力机通过管道与储液罐连通，该储液罐通过管道与有机玻璃管一端连通；该储液池通过管道与有机玻璃管另一端连通。

所述给水压力机构还包括有若干减压阀，该减压阀安装于管道上。

所述土体冻结机构还设有液氮泵，该液氮泵与所述液氮传输管连通；所述液氮传输管位于所述有机玻璃管正上方。