一种冻土-结构面处冻土侵蚀室内试验模拟装置的制作方法

本发明涉及岩土工程人工冻结，具体涉及冻土-结构面处冻土侵蚀室内试验模拟技术。

背景技术：

1、人工冻结法由于其适用性强、封水止水效果显著、环保无污染以及增强土体强度等优势，被广泛应用于地下工程施工中。人工冻结法的原理为利用制冷技术，将待开挖地下空间周围土体冻结为满足设计要求并具有一定强度和厚度的冻土帷幕，用以抵抗土体压力和隔绝地下水，从而安全地进行施工生产的方法。

2、但是在实际工程应用中，由于人为因素(如冻结深度不够、冻结壁厚度不够、施工质量不高)或是客观因素(如地层含盐量高、地下水流速大、地层存在孔洞裂隙)，常常导致冻土帷幕发生整体或局部性破坏，引发人工冻结工程灾害。尤其是在冻土和其接触的结构面处为薄弱点，在此处形成渗漏水通道的可能性很高。

3、然而在学界及工程界对于冻结工程中地下水侵蚀冻土的问题研究较少，对于冻土-结构面处冻土侵蚀问题研究更少。同时，现有方案中无法很好模拟冻结工程冻土-结构面处地下水侵蚀的情况，无法直观的了解侵蚀过程。

4、因此，如何有效的室内试验模拟冻结工程冻土-结构面处地下水侵蚀问题，对研究相关机理与灾害预防尤为必要。

技术实现思路

1、针对现有技术中无法直观了解冻结工程中地下水侵蚀冻土情况的问题，本发明的目的在于提供一种冻土-结构面处冻土侵蚀室内试验模拟装置，实现能够直接观测此处侵蚀灾害发生过程，为研究相关机理以及灾害防控技术打下基础。

2、为实现上述目的，本发明提供的冻土-结构面处冻土侵蚀室内试验模拟装置，包括灾害模拟系统，保温系统和监测系统；

3、所述灾害模拟系统包括上游供水组件、缓冲层组件、侵蚀层组件、集水层组件、以及下游集水组件；所述上游供水组件用于供水，并能够调节水流流速，模拟地下水流；所述缓冲层组件承接所述上游供水组件，对上游供水组件形成的水流形成缓冲；所述侵蚀层组件内部装填一定压实度的重塑土以冻结形成冻土，所述侵蚀层组件承接缓冲层组件，以将经过缓冲的水流引入内部模拟地下水侵蚀冻土；所述集水层组件承接侵蚀层组件收集侵蚀层组件内产生的冲刷水；所述下游集水组件承接集水层组件，进行水流收集以及测定水流流量；

4、所述保温系统设置在侵蚀层组件上对侵蚀层组件内部形成保温；

5、所述监测系统与侵蚀层组件进行配合设置，用于实时监测侵蚀层组件内模拟地下水侵蚀冻土过程中的温度。

6、在本发明的一些实例中，所述上游供水组件包括上游水箱、上游导管以及水流控制阀门，所述上游水箱的出水口连接上游导管，所述上游导管上设置有水流控制阀门。

7、在本发明的一些实例中，所述缓冲层组件内包括位于底部的冲孔过滤网，以及堆积在冲孔过滤网上的鹅卵石。

8、在本发明的一些实例中，所述侵蚀层组件上下底面均为敞口，内装填一定压实度的重塑土；所述侵蚀层组件内设置有相应的侵蚀孔洞，该侵蚀孔洞设置在侵蚀层组件保温侧面的内壁，平面位置位于侵蚀层组件侧壁的中间。侵蚀孔洞长度与侵蚀层组件的高度相同。

9、在本发明的一些实例中，所述集水层组件内设置有支撑侵蚀层组件内重塑土的支撑板。

10、在本发明的一些实例中，所述下游集水组件包括下游导管、流量计以及下游水箱，所述下游导管连通所述集水层组件与下游水箱，所述流量计设置在下游导管上。

11、在本发明的一些实例中，所述保温系统包括橡塑保温板以及涂抹在橡塑保温板表面的防水涂层。

12、在本发明的一些实例中，所述保温系统还包括防火涂层，所述防火涂层涂抹在防水涂层上。

13、在本发明的一些实例中，所述监测系统包括温度测定仪，若干热电偶测温线以及若干辅助定位钢针，每根热电偶测温线的线头连接辅助定位钢针，每根热电偶测温线的线尾与温度测定仪连通；若干辅助定位钢针分别依据侵蚀孔洞位置，水平插入到侵蚀层组件中重塑土内。

14、在本发明的一些实例中，所述若干辅助定位钢针沿径向、横向两种形式水平插入到侵蚀层组件中重塑土内。

15、本发明提供的冻土-结构面处冻土侵蚀室内试验模拟装置能够有效的模拟冻结工程中冻土-结构接触面处地下水侵蚀状态，能够直接观察侵蚀过程，测试灾害源发展速度，为相关机理与灾害预防的研究打下基础。

16、本发明提供的方案对地下冻结工程冻土-结构灾害防控理论及技术研究具有一定的参考价值和借鉴意义。

技术特征：

1.冻土-结构面处冻土侵蚀室内试验模拟装置，其特征在于，包括灾害模拟系统，保温系统和监测系统；

2.根据权利要求1所述的冻土-结构面处冻土侵蚀室内试验模拟装置，其特征在于，所述上游供水组件包括上游水箱、上游导管以及水流控制阀门，所述上游水箱的出水口连接上游导管，所述上游导管上设置有水流控制阀门。

3.根据权利要求1所述的冻土-结构面处冻土侵蚀室内试验模拟装置，其特征在于，所述缓冲层组件内包括位于底部的冲孔过滤网，以及堆积在冲孔过滤网上的鹅卵石。

4.根据权利要求1所述的冻土-结构面处冻土侵蚀室内试验模拟装置，其特征在于，所述侵蚀层组件上下底面均为敞口，内装填一定压实度的重塑土。

5.根据权利要求1所述的冻土-结构面处冻土侵蚀室内试验模拟装置，其特征在于，所述集水层组件内设置有支撑侵蚀层组件内重塑土的支撑板。

6.根据权利要求1所述的冻土-结构面处冻土侵蚀室内试验模拟装置，其特征在于，所述下游集水组件包括下游导管、流量计以及下游水箱，所述下游导管连通所述集水层组件与下游水箱，所述流量计设置在下游导管上。

7.根据权利要求1所述的冻土-结构面处冻土侵蚀室内试验模拟装置，其特征在于，所述保温系统包括橡塑保温板以及涂抹在橡塑保温板表面的防水涂层。

8.根据权利要求7所述的冻土-结构面处冻土侵蚀室内试验模拟装置，其特征在于，所述保温系统还包括防火涂层，所述防火涂层涂抹在防水涂层上。

9.根据权利要求1所述的冻土-结构面处冻土侵蚀室内试验模拟装置，其特征在于，所述监测系统包括温度测定仪，若干热电偶测温线以及若干辅助定位钢针，每根热电偶测温线的线头连接辅助定位钢针，每根热电偶测温线的线尾与温度测定仪连通；若干辅助定位钢针分别依据侵蚀孔洞位置，水平插入到侵蚀层组件中重塑土内。

10.根据权利要求9所述的冻土-结构面处冻土侵蚀室内试验模拟装置，其特征在于，所述若干辅助定位钢针沿径向、横向两种形式水平插入到侵蚀层组件中重塑土内。

技术总结
本发明公开了一种冻土‑结构面处冻土侵蚀室内试验模拟装置，包括灾害模拟系统，保温系统和监测系统；灾害模拟系统包括上游供水组件、缓冲层组件、侵蚀层组件、集水层组件、以及下游集水组件；保温系统设置在侵蚀层组件上对侵蚀层组件内部形成保温；监测系统与侵蚀层组件进行配合设置，用于实时监测侵蚀层组件内模拟地下水侵蚀冻土过程中的温度。本发明提供的冻土‑结构面处冻土侵蚀室内试验模拟装置能够有效的模拟冻结工程中冻土‑结构接触面处地下水侵蚀状态，能够直接观察侵蚀过程，测试灾害源发展速度，为相关机理与灾害预防的研究打下基础。

技术研发人员：吴元昊,韩磊,贺龙鹏,付硕任,洪泽群,吴剑秋,窦锦钟,方兴杰,袁青云,王炜
受保护的技术使用者：中国建筑第八工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13