一种野外降雨入渗过程试验系统及方法与流程

本发明涉及岩土工程，特别涉及一种野外降雨入渗过程试验系统及方法。

背景技术：

1、大量滑坡实例表明，降雨是触发滑坡、泥石流等地质灾害的主要诱因。降雨诱发滑坡灾害是坡体内渗流、应力等因素共同作用的必然结果，降雨入渗是影响滑坡变形及稳定性变化的重要物理力学过程，为了分析研究天然边坡的降雨入渗过程，开展滑坡现场的野外降雨入渗试验是一种重要的研究手段。

2、基于室内人工模拟降雨的边坡入渗试验对降雨强度、时长具有可控性，能够较好地模拟边坡降雨过程，取得了较为丰富的研究成果，但人工重塑边坡较难还原天然边坡岩土体孔隙结构和压实状态，易出现成层性，不同部位压实特性与天然边坡差异较大，可能会引起试验结果偏差甚至失真，因此，近年来现场边坡降雨入渗试验引起了学者们重点关注，早期的降雨入渗研究主要关注液相在非饱和带中的流动过程，忽略了气相的影响，对于某些边坡，降雨入渗过程中在边坡表面会形成自然封气条件，坡体内部孔隙气的存在会对雨水入渗造成较大的影响，然而目前大部分现场试验在孔隙压力和饱和度数据监测时未考虑孔隙气的逃逸，而且监测仪器的布设也破坏了边坡边界的封气条件，造成了试验结果出现偏差失真。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种野外降雨入渗过程试验系统及方法，旨在解决现有野外降雨入渗过程试验的结果不准确、易出现偏差失真的问题。

2、为解决上述问题，本发明提出了一种野外降雨入渗过程试验系统，包括：

3、降雨水管，用于往试验边坡上降雨；

4、含水率监测装置，密封埋设于试验边坡的土体中，用于测量土体的含水率；

5、孔隙压力监测装置，密封埋设于试验边坡的土体中，用于测量土体的孔隙水压力和孔隙气压力；

6、基质吸力监测装置，密封埋设于试验边坡的土体中，用于测量土体的基质吸力；

7、集水沟，设于试验边坡的底部，用于收集试验边坡上不能入渗的雨水；

8、集水桶，与集水沟连通，用于收集集水沟内的雨水；

9、称重设备，用于测量集水桶的重量；

10、所述含水率监测装置、孔隙压力监测装置、基质吸力监测装置、称重设备连接计算机。

11、在一实施例中，所述降雨水管连通进水管，所述进水管上设有控制阀，所述控制阀通过继电器连接计算机。

12、在一实施例中，所述含水率监测装置、孔隙压力监测装置、基质吸力监测装置均有多个，且分布在试验边坡的不同位置。

13、在一实施例中，所述含水率监测装置、孔隙压力监测装置、基质吸力监测装置的埋设深度不同。

14、在一实施例中，所述试验边坡的土体中密封埋设有监测管，所述监测管的上端伸出土体，所述含水率监测装置、孔隙压力监测装置、基质吸力监测装置与监测管密封固连。

15、在一实施例中，所述监测管上设有通孔，所述含水率监测装置、孔隙压力监测装置、基质吸力监测装置密封固设于通孔中。

16、此外，本发明还提出了一种野外降雨入渗过程试验方法，采用前述的野外降雨入渗过程试验系统执行以下步骤：

17、为降雨水管预设降雨条件；

18、控制降雨水管按预设降雨条件往试验边坡上降雨；

19、获取土体的含水率、孔隙水压力、孔隙气压力、基质吸力和集水桶内的水重，并将获取数据传递给计算机；

20、计算试验边坡的降雨入渗率；

21、分析降雨入渗率与土体的含水率、孔隙水压力、孔隙气压力、基质吸力的关系。

22、在一实施例中，所述降雨条件包括降雨强度、降雨历时和降雨间隔。

23、在一实施例中，所述降雨入渗率的计算公式为：

24、

25、式中，vin为平均降雨入渗率，δt为时间间隔，δwrain和δwweight分别为时间间隔δt内降雨量变化和集水桶内水重量变化，ρw为水的密度，b和l分别为试验边坡的宽度和坡面长度。

26、在一实施例中，采用计算机为降雨水管预设降雨条件，并通过计算机控制降雨水管按预设降雨条件往试验边坡上降雨。

27、有益效果：本发明的技术方案考虑到了孔隙气对降雨入渗过程的影响，且不破坏天然边坡的封气边界条件，采用本发明的技术方案可以获得降雨入渗过程中降雨入渗率与试验边坡内孔隙水和孔隙气运移的动态演化规律，为分析研究滑坡降雨入渗机理提供基础，试验结果真实准确可靠，有效解决了现有野外降雨入渗过程试验的结果不准确、易出现偏差失真的问题。

技术特征：

1.一种野外降雨入渗过程试验系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种野外降雨入渗过程试验系统，其特征在于，所述降雨水管连通进水管，所述进水管上设有控制阀，所述控制阀通过继电器连接计算机。

3.如权利要求1所述的一种野外降雨入渗过程试验系统，其特征在于，所述含水率监测装置、孔隙压力监测装置、基质吸力监测装置均有多个，且分布在试验边坡的不同位置。

4.如权利要求1所述的一种野外降雨入渗过程试验系统，其特征在于，所述含水率监测装置、孔隙压力监测装置、基质吸力监测装置的埋设深度不同。

5.如权利要求1所述的一种野外降雨入渗过程试验系统，其特征在于，所述试验边坡的土体中密封埋设有监测管，所述监测管的上端伸出土体，所述含水率监测装置、孔隙压力监测装置、基质吸力监测装置与监测管密封固连。

6.如权利要求5所述的一种野外降雨入渗过程试验系统，其特征在于，所述监测管上设有通孔，所述含水率监测装置、孔隙压力监测装置、基质吸力监测装置密封固设于通孔中。

7.一种野外降雨入渗过程试验方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项的野外降雨入渗过程试验系统执行以下步骤：

8.如权利要求7所述的一种野外降雨入渗过程试验方法，其特征在于，所述降雨条件包括降雨强度、降雨历时和降雨间隔。

9.如权利要求7所述的一种野外降雨入渗过程试验方法，其特征在于，所述降雨入渗率的计算公式为：

10.如权利要求7所述的一种野外降雨入渗过程试验方法，其特征在于，采用计算机为降雨水管预设降雨条件，并通过计算机控制降雨水管按预设降雨条件往试验边坡上降雨。

技术总结
本发明公开了一种野外降雨入渗过程试验系统及方法，其中所述野外降雨入渗过程试验系统包括：降雨水管，用于往试验边坡上降雨；含水率监测装置，密封埋设于试验边坡的土体中，用于测量土体的含水率；孔隙压力监测装置，密封埋设于试验边坡的土体中，用于测量土体的孔隙水压力和孔隙气压力。有益效果：本发明的技术方案考虑到了孔隙气对降雨入渗过程的影响，且不破坏天然边坡的封气边界条件，采用本发明的技术方案可以获得降雨入渗过程中降雨入渗率与试验边坡内孔隙水和孔隙气运移的动态演化规律，为分析研究滑坡降雨入渗机理提供基础，试验结果真实准确可靠，有效解决了现有野外降雨入渗过程试验的结果不准确、易出现偏差失真的问题。

技术研发人员：周华,朱国金,陈光明,刘畅,黄海龙,童富果,甄旋娇,陈鸿杰,黄青富,张小明,刘擘,李彪,黄辉,赵海忠,张西波
受保护的技术使用者：华能澜沧江水电股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13