一种模拟道路塌陷的试验装置

本技术属于道路工程试验方法，具体为一种模拟道路塌陷的试验装置。

背景技术：

1、随着城市化的发展，城市地下空间被广泛开发利用，城市道路下埋设着多种市政管线，如雨水管线、污水管线和供水管线等。然而，随着地下管线使用年限的增加，老旧埋地管线中普遍存在着渗漏、破裂和错口等病害，导致管线周边路基土体含水量增加，改变了路基中土体和水力条件，从而侵蚀周边土体形成路基空洞，随着路基空洞的不断发展和路面上交通荷载的作用，最终造成路面塌陷，严重危害交通出行安全。

2、在道路工程试验方法领域，目前已开发出各种检测路面结构及性能的试验装置，然而现有的试验装置与方法未考虑路面下路基土体的流失与道路塌陷问题，因此无法揭示道路塌陷的发展演化过程。

3、一种路基空洞模型的模拟装置（cn210091528u）公开了一种模拟装置，其包括模型箱、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。该模拟装置能满足对不同水压、不同路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，但该装置采用的千斤顶并不能准确模拟路面上方的交通荷载作用，适用范围较窄。一种模拟地层松动引发路面塌陷的试验装置（cn214374788u）公开了一种试验装置，该试验装置包括传感器支架、主试验箱、底部支架、边缘运移通道、边缘活动板、千斤顶、中部运移通道、中部活动板、激光位移传感器和松动尺寸控制板。该装置通过上下移动的活动板控制路面结构下的地层松动，可进行定量研究与重复性试验。上述模拟路面塌陷的装置虽为研究城市道路塌陷提供了一种直观、可控、便于操作的试验测试设备，但该装置未考虑水流作用影响和路基上方的路面荷载及交通荷载影响。目前，管线渗漏引发道路塌陷的研究并未形成体系，也缺少相应的试验设备进行研究和观测，尤其在交通荷载作用下，市政管线渗漏引发道路塌陷的机理缺乏相应的试验方法。因此设计一种模拟市政管线破损引发道路塌陷的试验装置和方法具有重要意义，有利于提升城市道路塌陷事故的试验研究水平。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种模拟城市道路市政管线破损引发道路塌陷的试验装置和方法。

2、本发明至少通过如下技术方案之一实现。

3、一种模拟道路塌陷的试验装置，包括试验箱系统、供水系统、加载系统、piv观测系统；其中，所述试验箱系统包括试验箱、支撑架和土体收集装置；试验箱两侧设有水槽，水槽与试验箱主体采用透水板隔开，试验箱的底面板设有长条形渗流孔；土体收集装置放置于渗流孔下方；支撑架用于支撑和固定试验箱；供水系统包括供水箱和水位控制器，所述供水箱通过供水软管与试验箱连接，水位控制器控制试验过程中供水箱内水位高度；加载系统设有荷载板和激振器，分别用以模拟路面荷载和交通荷载； piv系统用于对试验现象进行图像采集，获取土体的位移和速度信息。

4、优选的，所述试验箱为顶面开口的长方体形透明箱体，内部填充试验用土。

5、优选的，所述透水板设有若干个透水孔，透水孔中设有海绵垫块。

6、优选的，所述透水孔沿竖直方向等间距排列，并设置有三列，便于实时观测试验箱内水位情况。

7、优选的，所述的支撑架采用防锈的钢材焊接制成，用于支撑试验箱。

8、优选的，所述的供水系统还包括进水管、供水口、调速水阀、电磁流量计和供水软管；供水软管一端与供水箱的供水口相连接，另一端穿过长条形渗流孔固定于试验箱内。

9、优选的，所述调速水阀和电磁流量计安装于供水口外侧，调速水阀与供水软管相连接。

10、优选的，所述荷载板放置于试验土体上表面，激振器放置于荷载板上方。

11、优选的，所述荷载板采用钢板制成，并钻有螺纹孔，与激振器采用螺栓结构相连接。

12、优选的，所述piv系统包括高清摄像机、三脚架和图像单元，所述三脚架放置于试验箱正前方，并与高清摄像机相连接，所述图像单元设置于试验箱前面板上。

13、与现有的技术相比，本发明的有益效果为：

14、1、本实用新型的试验箱采用平面应变试验理论进行设计，试验人员可直观地观测道路塌陷中最不利的影响，便于试验人员进行后期的数据处理和试验现象的分析。

15、2、本实用新型的水位控制器位置可调节，可根据实验方案为试验提供不同水头高度的稳压水流，并保证了试验管线变量的相同，避免了因水头高度在实验过程中不一致造成数据记录误差现象的发生。

16、3、本实用新型的水槽可观测试验箱内的水位高度，从而直观地获取试验土体的饱和情况。

17、4、本实用新型采用荷载板和激振器分别模拟路基上方的路面结构荷载和交通荷载，可较真实的还原埋设于路基中的市政管线的受力情况。

18、5、本实用新型采用的piv系统，采用高清摄像机进行观测，不与试验土体接触，对实验结果无不利影响；观测数据经后期处理可获取试验土体的位移和速度矢量，结果较为精确。

技术特征：

1.一种模拟道路塌陷的试验装置，其特征在于：包括试验箱系统、供水系统、加载系统、piv观测系统；其中，所述试验箱系统包括试验箱（1）、支撑架（2）和土体收集装置（17）；试验箱（1）两侧设有水槽（3），水槽与试验箱主体采用透水板（4）隔开，试验箱（1）的底面板设有长条形渗流孔（6）；土体收集装置（17）放置于长条形渗流孔（6）下方；支撑架（2）用于支撑和固定试验箱（1）；供水系统包括供水箱（7）和水位控制器（9），所述供水箱（7）通过供水软管（13）与试验箱（1）连接，水位控制器（9）控制试验过程中供水箱（7）内水位高度；加载系统设有荷载板（14）和激振器（15），分别用以模拟路面荷载和交通荷载； piv系统用于对试验现象进行图像采集，获取土体的位移和速度信息。

2.根据权利要求1所述的模拟道路塌陷的试验装置，其特征在于：所述试验箱（1）为顶面开口的长方体形透明箱体，内部填充试验用土。

3.根据权利要求1所述的模拟道路塌陷的试验装置，其特征在于：所述透水板（4）设有若干个透水孔（5），透水孔（5）中设有海绵垫块。

4.根据权利要求3所述的模拟道路塌陷的试验装置，其特征在于：所述透水孔（5）沿竖直方向等间距排列，并设置有三列，便于实时观测试验箱内水位情况。

5.根据权利要求1所述的模拟道路塌陷的试验装置，其特征在于：所述的支撑架（2）采用防锈的钢材焊接制成，用于支撑试验箱（1）。

6.根据权利要求1所述的模拟道路塌陷的试验装置，其特征在于：所述的供水系统还包括进水管（8）、供水口（10）、调速水阀（11）、电磁流量计（12）和供水软管（13）；供水软管（13）一端与供水箱（7）的供水口（10）相连接，另一端穿过长条形渗流孔（6）固定于试验箱（1）内。

7.根据权利要求6所述的模拟道路塌陷的试验装置，其特征在于：所述调速水阀（11）和电磁流量计（12）安装于供水口（10）外侧，调速水阀（11）与供水软管（13）相连接。

8.根据权利要求1所述的模拟道路塌陷的试验装置，其特征在于：所述荷载板（14）放置于试验土体上表面，激振器（15）放置于荷载板（14）上方。

9.根据权利要求1所述的模拟道路塌陷的试验装置，其特征在于：所述荷载板（14）采用钢板制成，并钻有螺纹孔，与激振器（15）采用螺栓结构（16）相连接。

10.根据权利要求1所述的模拟道路塌陷的试验装置，其特征在于：所述piv系统包括高清摄像机（18）、三脚架（19）和图像单元，所述三脚架（19）放置于试验箱正前方，并与高清摄像机（18）相连接，所述图像单元设置于试验箱前面板上。

技术总结
本技术公开一种模拟道路塌陷的试验装置，包括试验箱系统、供水系统、加载系统、PIV观测系统；该试验箱系统包括了试验箱、支撑架和土体收集装置，该试验箱为顶面开口的透明箱体，两侧设置有水槽，底面板设有长条形渗流孔，该渗流孔下方设置有土体收集装置；该供水系统包括供水箱和水位控制器，该水位控制器可控制试验过程中水位高度一致，为试验提供恒压水流；该加载系统包括荷载板和激振器，可模拟路基上方的路面荷载和交通荷载；该PIV系统用于获取土体的位移和速度信息。本技术为研究道路塌陷提供了一种操作简便、观测直观的试验装置和方法，有利于提升城市道路塌陷事故的试验研究水平。

技术研发人员：陈页开,陈文鑫,赵丽媛
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：20221122
技术公布日：2024/1/13