CN106596897B - 测定加筋植物土固坡效果与吸水性能的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测定加筋植物土固坡效果与吸水性能的试验装置，包括斜面角度可调节的斜坡架，斜坡架斜面上设置有加筋植物土，加筋植物土上方设置有模拟降雨装置，加筋植物土的上游设置有水箱，加筋植物土的下游设置有集水槽，集水槽的一端开口，集水槽的开口处设置有量水容器。同时也公开了该装置的操作方法。本发明模拟了在降水、漫流过程中加筋植物土护坡的吸水、冲刷、排水过程，通过测量不同时段土样含泥量、剪切强度和含水率，对加筋植物土护坡在降水和漫流前、中、后三个阶段土样土力学性质做对比，从而对加筋植物土护坡固坡效果和吸水性能有准确的判断。

Description

测定加筋植物土固坡效果与吸水性能的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测定加筋植物土固坡效果与吸水性能的试验装置及方法，属于加筋植物土力学特性检测领域。

背景技术

海绵城市是当下我国力推以解决城市雨洪管理难题的新建设模式，与生态城市、低碳城市紧密联系，相辅相成。所谓海绵城市，是一种形象的表述，是指城市能够像海绵一样,在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。海绵城市的概念与思想具有先进性和有效性，有利于推动我国城市雨洪管理模式的转变和发展，保障城市水生态安全，促进雨水资源的利用和生态环境保护。

护坡是城市建设、开挖河道及航道时常见的建筑物形式，目前常用混凝土面板作为护坡护面，虽然比较坚固，但其透水性较差，在降水、漫流时，水流沿护坡全部进入水道，加剧了水位上升。随着海绵城市理念的推行，混凝土护坡已经不符合满足城市发展的需求。

加筋植物土护坡是近些年来快速发展的一种新型生态护坡形式，其通过土工织物与植草相结合，发挥了土工织物防冲固草和草的根系固土的作用,具有一定的稳固边坡能力,并且造价便宜，实施简便，还有美化环境的效果。此外，相对于传统的混凝土护坡，加筋植物土护坡有一定的吸水作用，减缓了排洪水道的压力，这正是建设海绵城市想要得到的效果。目前对于这种新型护坡的抗冲刷侵蚀固坡效果以及透水、吸水效果尚未建立评价方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种测定加筋植物土固坡效果与吸水性能的试验装置及方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

测定加筋植物土固坡效果与吸水性能的试验装置，包括斜面角度可调节的斜坡架，所述斜坡架斜面上设置有加筋植物土，所述加筋植物土上方设置有模拟降雨装置，所述加筋植物土的上游设置有水箱，所述加筋植物土的下游设置有集水槽，所述集水槽的一端开口，所述集水槽的开口处设置有量水容器。

所述斜坡架上设置若干水准泡。

所述斜坡架包括斜面角度可调节的斜面架和水平架，所述斜面架斜面的上侧边所在侧面与水平架的一个侧面连接，所述斜面架和水平架的底边位于同一平面上，所述水平架顶面高于斜面架斜面的上侧边。

所述加筋植物土通过适配的培养箱设置在斜坡架斜面上，所述培养箱内放置有土壤以及设置在土壤内的土工垫，加筋植物的根部穿过土工垫生长，所述培养箱和加筋植物土的高度均不大于水平架顶面与斜面架斜面上侧边之间的落差。

所述斜面架斜面两侧均设置有挡水板。

所述水箱与水平架顶面铰接，所述水箱的宽度不大于两侧挡水板之间的间距。

集水槽的一侧面与斜面架斜面的下侧边所在侧面连接，集水槽的开口不高于斜面架斜面的下侧边。

集水槽远离斜坡架的开口侧边上设置有立板

测定加筋植物土固坡效果与吸水性能的试验装置的操作方法，包括，

步骤1，适宜条件下在培养箱中培养加筋植物；

步骤2，加筋植物生长完成后，随机取N份土样，测量含水率w和抗剪强度K；

步骤3，放置斜坡架，调整位置使水准泡位于中心；

步骤4，将培养箱放置在斜坡架上，根据所述试验装置的结构设置其余各个部件；

步骤5，进行模拟降水试验和漫流试验；

模拟降水试验的具体过程为：

S11，设定一定的降水高度h和降水强度W1后，打开模拟降雨装置，每隔一个周期t1，用量水容器测量出水流量Q，随机取N份土样，测得含水率w、抗剪强度K、出水含泥量N和出水强度W3；

当测得出水强度W3趋于平稳且与降水有效强度W2相近时，关闭模拟降雨装置，继续每隔一个周期t1，用量水容器测量出水流量Q，随机取N份土样，测得含水率w、抗剪强度K、出水含泥量N和出水强度W3，直到出水强度W3小于设定的阈值后停止；

S12，更换新的内部培养有加筋植物的培养箱，调整斜面坡度、降水强度W1和降水高度h，重复S11的步骤；

S13，整理试验数据，分别绘制不同斜面坡度、不同降水强度W1、不同降水高度h下含水率w、抗剪强度K、含泥量N和出水强度W3随时间变化的曲线；

模拟漫流试验的过程为：

S21，在水箱中加入一定量水，在一段时间内一次性倒完；

S22，倒水结束后，每隔一个周期t2，用量水容器测量出水流量Q，随机取N份土样，测得含水率w、抗剪强度K、出水含泥量N和出水强度W3，直到出水流量Q设定的阈值后停止；

S23，更换新的内部培养有加筋植物的培养箱，调整斜面坡度和水箱水量，重复S21的步骤；

S24，整理试验数据，分别绘制斜面坡度和水箱水量下含水率w、抗剪强度K、含泥量N和出水强度W3随时间变化的曲线。

本发明所达到的有益效果：本发明模拟了在降水、漫流过程中加筋植物土护坡的吸水、冲刷、排水过程，通过测量不同时段土样含泥量、抗剪强度和含水率，对加筋植物土护坡在降水和漫流前、中、后三个阶段土样土力学性质做对比，从而对加筋植物土护坡固坡效果和吸水性能有准确的判断。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为斜坡架的结构示意图。

图3为加筋植物土的剖面图。

图4为集水槽断面图。

图5为模拟降雨装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，测定加筋植物土固坡效果与吸水性能的试验装置，包括斜面角度可调节的斜坡架1，斜坡架1斜面上设置有加筋植物土3，加筋植物土3上方设置有模拟降雨装置5，加筋植物土3的上游设置有水箱6，加筋植物土3的下游设置有集水槽4，集水槽4的一端开口，集水槽4的开口处设置有量水容器。

如图2所示，斜坡架1包括斜面角度可调节的斜面架8和水平架9，斜面架8斜面的上侧边所在侧面与水平架9的一个侧面连接，斜面架8和水平架9的底边位于同一平面上，水平架9顶面高于斜面架8斜面的上侧边。

斜面架8和水平架9均是常见的架体，其中水平架结构可以有多种，可以如图中的矩形体，也可以是通过连接杆与斜面架8连接的水平平台，不管哪种结构只要保证其顶面为水平即可；斜面架8的结构也可以有多种，可以如图中由若干杆件拼接而成的直角梯形体以及设置在直角梯形体斜腰上的斜面，杆件包括底部水平纵杆12、底部水平横杆、顶部水平横杆、顶部斜杆10和竖杆11，通过顶部斜杆10在竖杆11上滑移、竖杆11在底部水平纵杆12上滑移来调节斜面角度，也可以是通过两端升降杆支撑起来的斜面平台，通过一端升降杆的升降调节斜面角度，不管是哪种结构，只需斜面可调节即可，斜面角度的变化范围为1:2～1:4。

为了便于斜坡架1放置，在斜坡架1上设置若干水准泡，主要设置在水平杆件上。为了减少在降水、漫流试验过程中水的外泄，斜面架8斜面两侧均设置有挡水板7，挡水板7的高度根据实际情况而定，一般范围为15cm～20cm，挡水板7与斜面缝隙用玻璃胶填充。

加筋植物土3通过适配的培养箱2设置在斜坡架1斜面上，培养箱2内放置有土壤以及设置在土壤内的土工垫14，加筋植物13的根部穿过土工垫14生长，培养箱2和加筋植物土3的高度均不大于水平架9顶面与斜面架8斜面上侧边之间的落差。培养箱2靠近集水槽4的侧面为斜面，斜率范围为1:1～1:2，该斜面的材料采用铁丝网和土工布，铁丝网位于立面外侧，保证该立面的强度，土工布位于立面内测，保证该立面的透水性，并防止土颗粒流失；培养箱2底面和另外三个立面采用有机玻璃板，各立面间缝隙用玻璃胶填充。加筋植物土3与培养箱2同高，其剖面图如图3，在土壤3cm～4cm深处设置2cm～2.5cm厚的土工垫14，加筋植物13会因在成长过程中受外界环境等因素影响达不到试验要求，试验中只挑选平均高度不小于10cm的加筋植物13进行试验。

集水槽4如图4所示，为半圆形集水槽4，集水槽4的一侧面与斜面架8斜面的下侧边所在侧面连接，缝隙用玻璃胶填充，集水槽4的开口不高于斜面架8斜面的下侧边，集水槽4半径满足排水量不低于1.1～1.2倍最大有效出水量；为减少在降水、漫流试验过程中水的外泄，集水槽4远离斜坡架1的开口侧边上设置有立板15，高度不小于30cm。

如图5所示，模拟降雨装置5为若干通过固定轴固定的喷头，这里采用的是圆形喷头，分布在斜坡架1四周，喷头所在平面与固定轴角度为5℃～10℃(逆时针为正)，喷头中心位于斜面对角线所在立面上，降雨高度为50cm～80cm，降水强度W1不小于4mm/h，有效降雨面积不小于1m²，降雨均匀系数不小于0.8。

水箱6容积不小于40L，水箱6与水平架顶面铰接，水箱6的宽度不大于两侧挡水板7之间的间距，水箱6可绕铰链旋转90°，旋转90°后与挡水板7要有3cm～5cm的重叠部分，以减少倒水时水的外泄。

上述试验装置的操作方法，该操作在室内进行，包括以下步骤：

步骤1，适宜条件下在培养箱2中培养加筋植物13。

步骤2，加筋植物13生长完成后，挑选加筋植物13高度不低于10cm的培养箱2进行试验，随机取N份土样，N一般取三，测量含水率w和抗剪强度K。

步骤3，放置斜坡架1，将斜坡架1要置放在水源充足，地势平坦的地带，调整位置使水准泡位于中心。

步骤4，将培养箱2放置在斜坡架1上，可通过C型夹将两者连接，再次检查水准泡，然后根据所述试验装置的结构设置其余各个部件，并检查挡水板7与斜面、培养箱2与斜坡架1、斜坡架1与集水槽4处接缝密封情况，使用滴管在缝隙处滴水，渗水量不超过10％后，用喷壶喷洒集水槽4、挡水板7，直至可以形成细小水流。

步骤5，进行模拟降水试验和漫流试验。

模拟降水试验的具体过程为：

S11，设定一定的降水高度h和降水强度W1后，打开模拟降雨装置5，每隔一个周期t1，用量水容器测量出水流量Q，随机取N份土样，测得含水率w、抗剪强度K、出水含泥量N和出水强度W3；

当测得出水强度W3趋于平稳且与降水有效强度W2相近(当W2与W3的差值在预设的范围内时，认定为两者相近)时，关闭模拟降雨装置5，继续每隔一个周期t1，用量水容器测量出水流量Q，随机取N份土样，测得含水率w、抗剪强度K、出水含泥量N和出水强度W3，直到出水强度W3小于设定的阈值后停止。

上述量水容器容积不小于1L；降水强度W1指模拟降雨装置5可提供的的喷洒强度；降水有效强度W2指降水降落在培养箱2内的实际降雨强度；出水强度W3指单位面积上的出水流量；t1取1/6-1/8降水周期，降水周期为30min-120min，阈值可根据情况而定，这里为0.1mm/h。

S12，更换新的内部培养有加筋植物13的培养箱2，调整斜面坡度、降水强度W1和降水高度h，重复S11的步骤。由于试验设计变量较多，持续时间较长，在更换培养箱2时每次都要保证水准泡位于中心。

S13，整理试验数据，分别绘制不同斜面坡度、不同降水强度W1、不同降水高度h下含水率w、抗剪强度K、含泥量N和出水强度W3随时间变化的曲线，探讨加筋植物土3在降水作用下的固坡效果与吸水性能。

模拟漫流试验的过程为：

S21，在水箱6中加入一定量水，在一段时间内一次性倒完；倒水时间一般设定为5s～8s。

S22，倒水结束后，每隔一个周期t2，用量水容器测量出水流量Q，随机取N份土样，测得含水率w、抗剪强度K、出水含泥量N和出水强度W3，直到出水流量Q设定的阈值后停止。

T2取3min～5min，阈值可根据情况而定，这里为10ml/h。

S23，更换新的内部培养有加筋植物12的培养箱2，调整斜面坡度和水箱6水量，重复S21的步骤。由于试验设计变量较多，持续时间较长，在更换培养箱2时每次都要保证水准泡位于中心。

S24，整理试验数据，分别绘制斜面坡度和水箱6水量下含水率w、抗剪强度K、含泥量N和出水强度W3随时间变化的曲线，探讨加筋植物土3在漫流作用下的固坡效果与吸水性能。

本发明能模拟了在降水、漫流过程中加筋植物土3护坡的吸水、冲刷、排水过程，通过测量不同时段土样含泥量、抗剪强度和含水率，对加筋植物土3护坡在降水和漫流前、中、后三个阶段土样土力学性质做对比，从而对加筋植物土3护坡固坡效果和吸水性能有准确的判断。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.测定加筋植物土固坡效果与吸水性能的试验装置，其特征在于：包括斜面角度可调节的斜坡架，所述斜坡架斜面上设置有加筋植物土，所述加筋植物土上方设置有模拟降雨装置，所述加筋植物土的上游设置有水箱，所述加筋植物土的下游设置有集水槽，所述集水槽的一端开口，所述集水槽的开口处设置有量水容器；

所述斜坡架包括斜面角度可调节的斜面架和水平架，所述斜面架斜面的上侧边所在侧面与水平架的一个侧面连接，所述斜面架和水平架的底边位于同一平面上，所述水平架顶面高于斜面架斜面的上侧边；

所述加筋植物土通过适配的培养箱设置在斜坡架斜面上，所述培养箱内放置有土壤以及设置在土壤内的土工垫，加筋植物的根部穿过土工垫生长，所述培养箱和加筋植物土的高度均不大于水平架顶面与斜面架斜面上侧边之间的落差。

2.根据权利要求1所述的测定加筋植物土固坡效果与吸水性能的试验装置，其特征在于：所述斜坡架上设置若干水准泡。

3.根据权利要求1所述的测定加筋植物土固坡效果与吸水性能的试验装置，其特征在于：所述斜面架斜面两侧均设置有挡水板。

4.根据权利要求3所述的测定加筋植物土固坡效果与吸水性能的试验装置，其特征在于：所述水箱与水平架顶面铰接，所述水箱的宽度不大于两侧挡水板之间的间距。

5.根据权利要求1所述的测定加筋植物土固坡效果与吸水性能的试验装置，其特征在于：集水槽的一侧面与斜面架斜面的下侧边所在侧面连接，集水槽的开口不高于斜面架斜面的下侧边。

6.根据权利要求5所述的测定加筋植物土固坡效果与吸水性能的试验装置，其特征在于：集水槽远离斜坡架的开口侧边上设置有立板。

7.一种如权利要求6所述的测定加筋植物土固坡效果与吸水性能的试验装置的操作方法，其特征在于：包括，

步骤1，适宜条件下在培养箱中培养加筋植物；

步骤2，加筋植物生长完成后，随机取N份土样，测量含水率w和抗剪强度K；

步骤3，放置斜坡架，调整位置使水准泡位于中心；

步骤4，将培养箱放置在斜坡架上，根据所述试验装置的结构设置其余各个部件；

步骤5，进行模拟降水试验和漫流试验；

模拟降水试验的具体过程为：

S11，设定一定的降水高度h和降水强度W1后，打开模拟降雨装置，每隔一个周期t1，用量水容器测量出水流量Q，随机取N份土样，测得含水率w、抗剪强度K、出水含泥量N和出水强度W3；

当测得出水强度W3趋于平稳且与降水有效强度W2相近时，关闭模拟降雨装置，继续每隔一个周期t1，用量水容器测量出水流量Q，随机取N份土样，测得含水率w、抗剪强度K、出水含泥量N和出水强度W3，直到出水强度W3小于设定的阈值后停止；

S12，更换新的内部培养有加筋植物的培养箱，调整斜面坡度、降水强度W1和降水高度h，重复S11的步骤；

S13，整理试验数据，分别绘制不同斜面坡度、不同降水强度W1、不同降水高度h下含水率w、抗剪强度K、含泥量N和出水强度W3随时间变化的曲线；

模拟漫流试验的过程为：

S21，在水箱中加入一定量水，在一段时间内一次性倒完；

S22，倒水结束后，每隔一个周期t2，用量水容器测量出水流量Q，随机取N份土样，测得含水率w、抗剪强度K、出水含泥量N和出水强度W3，直到出水流量Q设定的阈值后停止；

S23，更换新的内部培养有加筋植物的培养箱，调整斜面坡度和水箱水量，重复S21的步骤；

S24，整理试验数据，分别绘制斜面坡度和水箱水量下含水率w、抗剪强度K、含泥量N和出水强度W3随时间变化的曲线。