CN115508240A - 一种半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法，其特征在于，将岩体试件固定于模拟箱内；模拟岩体实际受土体掩埋情况，将岩体试件下部埋设到模拟土体材料中；按照岩体实际地下水深度，对模拟箱下部参入水至对应高度，完成准备工作；试验时采用通入冷风冷却至参入的水体形成冰冻，维持一段时间后，采用在岩体试件上方施加电热辐射的方式加热完成解冻，以此重复，形成冻融循环，至冻融试验时间结束，取出岩体试件并测试其性能，获得待研究半裸露状态边坡岩体受冻融环境影响的性能变化参数。本发明能够更加真实可靠地模拟试验，更好地用于实际边坡失稳监控或者工程施工的安全指导；提高工程施工可靠性和安全性。

Description

一种半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法

技术领域

本发明涉及岩体冻融性能研究技术领域，具体涉及一种半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法。

背景技术

我国东西部寒区由于季节、昼夜温差大，高陡边坡多，地质条件复杂等原因，陆续兴建的能源、交通、水利等大型工程项目，如川藏铁路，将时刻面临循环冻融的危害，进而建设运营带来严峻的挑战。连续的冻结-融解过程将导致边坡岩体力学性能劣化、内部裂隙开度增大，进而成为寒区落石、滑坡等地质灾害的潜在诱因。因此，冻融被认为是寒区边坡岩体物理力学性能发生劣化的主要因素之一。

岩体室内试验是判断岩体受到冻融循环之后力学性能劣化程度、理解岩体结构破坏机理的重要手段之一，因此有必要考虑还原自然环境的试验方法，深度了解岩体冻融循环的影响。

现有技术中，也存在部分对岩体进行冻融试验研究的技术。例如CN202210226763.2公开的一种多环境因素耦合作用下混凝土冻融试验装置，但该装置主要用于反应混凝土结构在海洋环境中的服役状态研究，不适宜用于土质边坡冻融环境的岩体冻融试验研究。再例如CN202210457788.3公开的一种用于模拟自然环境的冻融循环试验装置，由冻融箱主体、冻融箱盖、冷气管孔、热气管孔、进水管孔、出水管孔、加压孔、冷气管、热气管、加载控制系统、加压杆、加压盖、底座、导温板、引流板、隔板、试样孔、水浴加热系统、进水阀门、进水流量计、进水泵、进水管、出水阀门、出水流量计、出水泵、出水管、下进水口、下出水口和上出水口组成，该发明具有结构简单、操作方便等特点。但该发明装置试验原理就是简单地将试件置于水域环境中，再反复地冰冻和解冻进行试验；也难以达成较好的边坡环境真实模拟效果。

边坡岩体在自然环境中所处情况，一般来说，存在完全裸露，半裸露（即部分裸露）和全掩埋3种状态。由于岩体冻融环境通常位于高原，夜晚温度较低形成冰冻，白天则受太阳辐射会导致地表温度升高，其中半裸露状态的岩体，通常是下部掩埋部分和泥土、碎石以及地下水等接触会受较大的冻融作用，即岩石与水的接触面在冻的情况下会受到冻胀力，而非水岩接触面并没有受到这个力，同时岩体上方裸露部分则更多是在白天受太阳光照直射炙烤作用。而现有的大部分冻融试验方法并没有考虑这些因素的影响，如上述例举的专利技术一样，通常是直接将试件置于水域环境中进行反复冻融；故实际模拟试验效果较差。因此，为探讨边坡岩体周围介质的埋深和地下水位对边坡岩体冻融循环的影响，有必要设计一种能够更好地模拟边坡自然环境和冻融情形的半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法，以更好地用于实际边坡失稳监控或者工程施工的安全指导。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够更好地反应边坡自然环境和冻融情形的半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法，能够试验获得半裸露状态边坡岩体受冻融影响的性能变化情况，以更好地用于实际边坡失稳监控或者工程施工的安全指导；提高工程施工可靠性和安全性。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法，其特征在于，根据待研究半裸露状态边坡岩体制备对应的岩体试件，将岩体试件固定于模拟箱内；模拟待研究半裸露状态边坡岩体实际受土体掩埋情况，将岩体试件下部埋设到模拟土体材料中；按照待研究半裸露状态边坡岩体实际地下水深度，对模拟箱下部参入水至对应高度，完成准备工作；试验时采用通入冷风冷却至参入的水体形成冰冻，维持一段时间后，采用在岩体试件上方施加电热辐射的方式加热至冰冻的水体完成解冻，再持续一段时间后以此重复，形成冻融循环，至冻融试验时间结束，取出岩体试件并测试其性能，和未试验的相同岩体试件对比，获得待研究半裸露状态边坡岩体受冻融环境影响的性能变化参数。

本发明的试验方法，更好地模拟了半裸露状态边坡岩体实际受土体掩埋情况和受地下水浸润情况。同时模拟了其实际是夜晚受冷风吹风形成冰冻，白天受太阳光照辐射完成解冻的冻融情况进行试验。能够更好地反应半裸露状态岩体下部受冻和上部受辐射直晒的实际影响情形；试验后测试获得的性能参数变化，能够更好地反应出半裸露岩体受现实冻融情形的实际影响。能够更好地用于实际边坡失稳监控或者工程施工的安全指导；提高工程施工可靠性和安全性。

进一步地，试验时采用通入冷风冷却的试验环境温度以待研究半裸露状态边坡岩体当地春秋季夜晚最低温度确定。

这样，以极限环境参数进行模拟，让试验结果可以更好地用于施工安全指导。

进一步地，试验时采用电热辐射的方式加热的温度以待研究半裸露状态边坡岩体当地春秋季白天最高温度确定。

这样，以极限环境参数进行模拟，让试验结果可以更好地用于施工安全指导。

进一步地，岩体试件制备时，先准备好与待研究半裸露状态边坡岩体的岩性相同的待测岩石试块，规格是高度为100mm，直径为50mm的圆柱形试件。其中待测岩石试块可以根据试验制备，或者更好的选择为利用单层岩芯管钻具进行取样获得，或者直接采用水刀切割机切割待研究半裸露状态边坡岩体获得待测岩体试块。

这样，岩体试件的试验结果，可以更好地反应待研究半裸露状态边坡岩体的实际受冻融影响的性能变化情况。提高了试验可靠性。

进一步地，模拟土体材料为采用碎石、泥沙和粘土材料，模拟待研究半裸露状态边坡岩体周边实际土体情况制备。更好的选择是，直接挖掘待研究半裸露状态边坡岩体周边实际土体获得模拟土体材料，该材料含有对应微生物，可以保持岩体微生物对岩体影响效果一致。

这样，可以更好地模拟实际情况，提高试验可靠性。

进一步地，岩体试件在埋设时，其露出模拟土体材料的高度和待研究半裸露状态边坡岩体实际露出高度平均值一致。这样，可以更好地模拟实际情况，提高试验可靠性。

进一步地，待研究半裸露状态边坡岩体上部实际露出周围土体高度低于50mm，下部受冻融水浸没位置深度低于100mm。

本试验方法适用于部分露出土体，部分处于掩埋并收地下水作用的岩体模拟试验，能够更好地反应其受冻融影响作用情况。过多露出于地面，以及地下水浸没位置深度较深的岩体不是本试验方法的试验对象。

进一步地，一次冻融循环时间为24小时，包括冻12小时、融12小时；冻融循环次数根据研究设定为7、15、30、60或90次，对应的时间即为7、15、30、60或90天。

这样是因为通常小于七天，则难以反应变化情况。而大于90天则时间过长，难以起到试验意义。本方法在有限时间内，完成冻融试验后，通过对岩体试件性能参数的检测，可以获得其性能变化的情况，即可合理推算更多时间冻融作用后导致性能的变化情况，以指导实际安全监控。

进一步地，冻融试验时间结束后，取出岩石试件，对其进行单轴压缩试验或三轴压缩试验，测试岩石试件受到冻融循环后的力学性能，包括抗压强度和弹性模量参数，比较未受冻融的岩石试件的力学性能参数，得到待研究半裸露状态边坡岩体受冻融环境影响的力学性能的劣化程度。

本试验方法依靠一种岩体冻融循环试验系统实现，所述岩体冻融循环试验系统，包括一个模拟箱，模拟箱上端设置有可打开的顶盖，模拟箱内中下部设置有试件定位装置，模拟箱一端侧面中下部一侧连通设置有带开关阀的输水管道，输水管道另一端和蓄水箱相连，模拟箱另一端底面位置向下连通设置有带开关阀的排水管道；还包括设置在模拟箱上部的制冷蒸发器，制冷蒸发器内具有内置的风扇且具有正对模拟箱室内的出风口，制冷蒸发器和外置在模拟箱外的压缩机相连并形成制冷循环系统；还包括固定在模拟箱顶盖内表面的电热管；模拟箱顶盖内表面中部位置还沿中线设置有磁条固定带，磁条固定带上吸合固定设置有探照灯底座，探照灯底座上向下安装有紫外线探照灯。

这样，上述装置中，依靠将试件定位装置方便临时定位岩体试件以利于模拟土体掩埋设置，依靠蓄水箱注水和排水管道排水可以方便模拟地下水系统，依靠制冷循环系统实现对模拟箱内供冷冰冻，依靠电热管实现对冻融土的电热辐射解冻，依靠紫外线探照灯可以模拟太阳紫外线光照对冻融岩体的影响，模拟太阳紫外光照时还可以方便调整紫外探照灯在磁条固定带上的位置，使其对岩体试件的照射方向和待研究半裸露状态边坡岩体当地春秋季白天正午太阳照射角度一致，更好地模拟太阳紫外辐射的影响情况。故上述试验系统能够很好地用于上述模拟试验方法，操作简单可靠有效，可以更好地提高试验便捷程度和模拟效果，更好地提高了试验结果精确度。

进一步地，试件定位装置包括位于中部的定位环，定位环内径大于试件外径1-10mm，定位环周边通过水平设置的固定杆固定在模拟箱内侧壁上。这样结构简单，且方便试件置入定位。

进一步地，定位环位于模拟箱内腔高度100mm位置。这样是因为试件置入时，会先在定位环下方的模拟箱内垫上一层沙土，避免试件底部和箱体底部接触或靠得太近而影响试验结果。这样高度100mm的试件放入后定位环后，恰好能够上端超过定位环一小段距离，方便实现定位，同时方便定位环自身不会被埋到土内而对试验造成影响。

进一步地，模拟箱侧面上还设置有排风窗，排风窗位于模拟箱两侧所述定位环所在高度位置。这样，供冷冰冻时可以更好地引导制冷蒸发器吹出的冷气向低处流动，更好地模拟夜晚冷风从高处向下吹刮地皮降温的情形，实现对下方模拟地面和试件的降温。

进一步地，所述排水管道上表面设置有纱网。这样，可以防止排水时泥沙随水漏出。

进一步地，制冷蒸发器为4个且布置在模拟箱顶部四个角落位置。这样制冷更加快速和均匀。

进一步地，模拟箱为透明材质制得。这样，方便观察模拟箱内部试验情况。

进一步地，模拟箱至少一侧设置有竖向的刻度尺。这样，方便观察地下水水位情况。

进一步地，输水管道所在的模拟箱侧面内侧设置有一个集水槽，集水槽沿输水管道所在模拟箱侧壁整体长度方向设置，集水槽上表面高度不低于试件定位装置所在高度，集水槽面对试件定位装置的一侧的挡墙整体设置为移动挡墙，移动挡墙两侧可上下滑动地卡接配合在挡墙滑槽内，移动挡墙和一个挡墙上下移动控制机构相连。

这样，可以在输水管道输入水以模拟地下水时，可以先将水输送到集水槽内，然后再控制移动挡墙整体提升到预设的地下水深度位置，使得集水槽内的水从移动挡墙下方固定高度位置处向外流出形成地下水。这样实现的地下水模拟更加方便可靠，且地下水水深精度能够更好地控制精确。

进一步地，移动挡墙面对试件定位装置所在一侧还依次向外固定设置有支撑格栅和固定在支撑格栅上的海绵材料。这样，可以起到隔离沙土进入集水槽而影响到移动挡墙升降控制，但又不阻碍集水槽内的水向外流出的效果。同时还可以避免集水槽内流出的水流对沙土的冲击而影响试验。

进一步地，所述挡墙上下移动控制机构，包括固定在移动挡墙两侧的齿条，齿条分别和一个位于同一水平高度的齿轮啮合，两个齿轮固定在同一水平设置的转轴上，转轴的两端可转动地安装在模拟箱上且一端穿出模拟箱设置有一个旋转把手。

这样，可以方便通过转动旋转把手，通过齿轮和齿条的啮合，带动移动挡墙沿挡墙滑槽上下移动。结构简单且稳定可靠。

进一步地，模拟箱侧面设置的刻度尺位于移动挡墙所在位置。这样，可以直观地看到移动挡墙被向上提起的高度数值，以方便精准地控制地下水放出的深度。

更加具体地说，上述试验系统用于具体试验时，先将模拟土体材料置入部分于试件定位装置下方位置大约5mm高度，然后将制备好的岩体试件依靠试件定位装置定位竖立于置入的模拟土体材料上方，保持岩体试件下端和模拟箱底部隔离；然后将模拟土体材料培入模拟箱内，直至将岩体试件下部掩埋至试验高度；然后打开输水管道上开关阀将蓄水箱内的水注入集水槽内，控制集水槽的移动挡墙向上抬起到下端露出至预设水深位置，使得集水槽内的水从下端向外流出，直到排水管道有水流流出后关闭输水管道，再到集水槽内水面下降到移动挡墙下端口高度位置时关闭排水管道；控制制冷循环系统开启为模拟箱内部制冷，使得模拟土体材料形成冻土，然后维持模拟箱内环境温度为待研究半裸露状态边坡岩体当地春秋季夜晚最低温度，直到冰冻时间结束（通常为12小时）；然后关闭制冷循环系统，开启电热管和紫外探照灯，紫外探照灯固定位置按照待研究半裸露状态边坡岩体当地春秋季白天正午太阳照射角度确定（即照射角度保持一致），然后使得模拟箱内温度上升解冻，并维持模拟箱内温度在待研究半裸露状态边坡岩体当地春秋季白天最高温度，直到解冻时间结束（通常为12小时）；然后重复冻融循环到试验天数结束；即可打开模拟箱顶盖，将岩体试件取出并测试其性能，获得性能变化参数特征。

综上所述，本发明能够更加真实可靠地模拟试验获得半裸露状态边坡岩体受冻融影响的性能变化情况，以更好地用于实际边坡失稳监控或者工程施工的安全指导；提高工程施工可靠性和安全性。

附图说明

图1为本发明实施时采用的岩体冻融循环试验系统的结构示意图。

图2为图1中挡墙上下移动控制机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式：一种半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法，其特点在于，根据待研究半裸露状态边坡岩体制备对应的岩体试件，将岩体试件固定于模拟箱内；模拟待研究半裸露状态边坡岩体实际受土体掩埋情况，将岩体试件下部埋设到模拟土体材料中；按照待研究半裸露状态边坡岩体实际地下水深度，对模拟箱下部参入水至对应高度，完成准备工作；试验时采用通入冷风冷却至参入的水体形成冰冻，维持一段时间后，采用在岩体试件上方施加电热辐射的方式加热至冰冻的水体完成解冻，再持续一段时间后以此重复，形成冻融循环，至冻融试验时间结束，取出岩体试件并测试其性能，和未试验的相同岩体试件对比，获得待研究半裸露状态边坡岩体受冻融环境影响的性能变化参数。

本发明的试验方法，更好地模拟了半裸露状态边坡岩体实际受土体掩埋情况和受地下水浸润情况。同时模拟了其实际是夜晚受冷风吹风形成冰冻，白天受太阳光照辐射完成解冻的冻融情况进行试验。能够更好地反应半裸露状态岩体下部受冻和上部受辐射直晒的实际影响情形；试验后测试获得的性能参数变化，能够更好地反应出半裸露岩体受现实冻融情形的实际影响。能够更好地用于实际边坡失稳监控或者工程施工的安全指导；提高工程施工可靠性和安全性。

试验时采用通入冷风冷却的试验环境温度以待研究半裸露状态边坡岩体当地春秋季夜晚最低温度确定。

这样，以极限环境参数进行模拟，让试验结果可以更好地用于施工安全指导。

试验时采用电热辐射的方式加热的温度以待研究半裸露状态边坡岩体当地春秋季白天最高温度确定。

这样，以极限环境参数进行模拟，让试验结果可以更好地用于施工安全指导。

岩体试件制备时，先准备好与待研究半裸露状态边坡岩体的岩性相同的待测岩石试块，规格是高度为100mm，直径为50mm的圆柱形试件。其中待测岩石试块可以根据试验制备，或者更好的选择为利用单层岩芯管钻具进行取样获得，或者直接采用水刀切割机切割待研究半裸露状态边坡岩体获得待测岩体试块

这样，岩体试件的试验结果，可以更好地反应待研究半裸露状态边坡岩体的实际受冻融影响的性能变化情况。提高了试验可靠性。

其中，模拟土体材料为采用碎石、泥沙和粘土材料，模拟待研究半裸露状态边坡岩体周边实际土体情况制备。更好的选择是，直接挖掘待研究半裸露状态边坡岩体周边实际土体获得模拟土体材料，该材料含有对应微生物，可以保持岩体微生物对岩体影响效果一致。

这样，可以更好地模拟实际情况，提高试验可靠性。

实验时，岩体试件在埋设时，其露出模拟土体材料的高度和待研究半裸露状态边坡岩体实际露出高度平均值一致。这样，可以更好地模拟实际情况，提高试验可靠性。

试验时，待研究半裸露状态边坡岩体上部实际露出周围土体高度低于50mm，下部受冻融水浸没位置深度低于100mm。

本试验方法适用于部分露出土体，部分处于掩埋并收地下水作用的岩体模拟试验，能够更好地反应其受冻融影响作用情况。过多露出于地面，以及地下水浸没位置深度较深的岩体不是本试验方法的试验对象。

试验时，一次冻融循环时间为24小时，包括冻12小时、融12小时；冻融循环次数根据研究设定为7、15、30、60或90次，对应的时间即为7、15、30、60或90天。

这样是因为通常小于七天，则难以反应变化情况。而大于90天则时间过长，难以起到试验意义。本方法在有限时间内，完成冻融试验后，通过对岩体试件性能参数的检测，可以获得其性能变化的情况，即可合理推算更多时间冻融作用后导致性能的变化情况，以指导实际安全监控。

试验时，冻融试验时间结束后，取出岩石试件，对其进行单轴压缩试验或三轴压缩试验，测试岩石试件受到冻融循环后的力学性能，包括抗压强度和弹性模量参数，比较未受冻融的岩石试件的力学性能参数，得到待研究半裸露状态边坡岩体受冻融环境影响的力学性能的劣化程度。

本试验方法具体实施时依靠图1-2所示的一种岩体冻融循环试验系统实现，所述岩体冻融循环试验系统，包括一个模拟箱1，模拟箱1上端设置有可打开的顶盖2，模拟箱1内中下部设置有试件定位装置，模拟箱一端侧面中下部一侧连通设置有带开关阀的输水管道4，输水管道另一端和蓄水箱5相连，模拟箱4另一端底面位置向下连通设置有带开关阀的排水管道6；还包括设置在模拟箱上部的制冷蒸发器7，制冷蒸发器7内具有内置的风扇且具有正对模拟箱室内的出风口，制冷蒸发器7和外置在模拟箱外的压缩机8相连并形成制冷循环系统；还包括固定在模拟箱顶盖内表面的电热管9；模拟箱顶盖2内表面中部位置还沿中线设置有磁条固定带10，磁条固定带10上吸合固定设置有探照灯底座，探照灯底座上向下安装有紫外线探照灯11。

这样，上述装置中，依靠将试件定位装置方便临时定位岩体试件以利于模拟土体掩埋设置，依靠蓄水箱注水和排水管道排水可以方便模拟地下水系统，依靠制冷循环系统实现对模拟箱内供冷冰冻，依靠电热管实现对冻融土的电热辐射解冻，依靠紫外线探照灯可以模拟太阳紫外线光照对冻融岩体的影响，模拟太阳紫外光照时还可以方便调整紫外探照灯在磁条固定带上的位置，使其对岩体试件的照射方向和待研究半裸露状态边坡岩体当地春秋季白天正午太阳照射角度一致，更好地模拟太阳紫外辐射的影响情况。故上述试验系统能够很好地用于上述模拟试验方法，操作简单可靠有效，可以更好地提高试验便捷程度和模拟效果，更好地提高了试验结果精确度。

其中，试件定位装置包括位于中部的定位环12，定位环内径大于试件外径1-10mm，定位环周边通过水平设置的固定杆13固定在模拟箱1内侧壁上。这样结构简单，且方便试件置入定位。

其中，定位环位于模拟箱内腔高度100mm位置。这样是因为试件置入时，会先在定位环下方的模拟箱内垫上一层沙土，避免试件底部和箱体底部接触或靠得太近而影响试验结果。这样高度100mm的试件放入后定位环后，恰好能够上端超过定位环一小段距离，方便实现定位，同时方便定位环自身不会被埋到土内而对试验造成影响。

其中，模拟箱侧面上还设置有排风窗14，排风窗14位于模拟箱两侧所述定位环所在高度位置。这样，供冷冰冻时可以更好地引导制冷蒸发器吹出的冷气向低处流动，更好地模拟夜晚冷风从高处向下吹刮地皮降温的情形，实现对下方模拟地面和试件的降温。

其中，所述排水管道6上表面设置有纱网。这样，可以防止排水时泥沙随水漏出。

其中，制冷蒸发器7为4个且布置在模拟箱顶部四个角落位置。这样制冷更加快速和均匀。

其中，模拟箱1为透明材质制得。这样，方便观察模拟箱内部试验情况。

其中，模拟箱1至少一侧设置有竖向的刻度尺15。这样，方便观察地下水水位情况。

其中，输水管道4所在的模拟箱侧面内侧设置有一个集水槽16，集水槽16沿输水管道所在模拟箱侧壁整体长度方向设置，集水槽16上表面高度不低于试件定位装置所在高度，集水槽面对试件定位装置的一侧的挡墙整体设置为移动挡墙17，移动挡墙17两侧可上下滑动地卡接配合在挡墙滑槽18内，移动挡墙17和一个挡墙上下移动控制机构相连。

这样，可以在输水管道输入水以模拟地下水时，可以先将水输送到集水槽内，然后再控制移动挡墙整体提升到预设的地下水深度位置，使得集水槽内的水从移动挡墙下方固定高度位置处向外流出形成地下水。这样实现的地下水模拟更加方便可靠，且地下水水深精度能够更好地控制精确。

其中，移动挡墙17面对试件定位装置所在一侧还依次向外固定设置有支撑格栅和固定在支撑格栅上的海绵材料19。这样，可以起到隔离沙土进入集水槽而影响到移动挡墙升降控制，但又不阻碍集水槽内的水向外流出的效果。同时还可以避免集水槽内流出的水流对沙土的冲击而影响试验。

其中，所述挡墙上下移动控制机构，包括固定在移动挡墙两侧的齿条20，齿条20分别和一个位于同一水平高度的齿轮21啮合，两个齿轮21固定在同一水平设置的转轴22上，转轴22的两端可转动地安装在模拟箱上且一端穿出模拟箱1设置有一个旋转把手23。

这样，可以方便通过转动旋转把手，通过齿轮和齿条的啮合，带动移动挡墙沿挡墙滑槽上下移动。结构简单且稳定可靠。

其中，模拟箱侧面设置的刻度尺15位于移动挡墙所在位置。这样，可以直观地看到移动挡墙被向上提起的高度数值，以方便精准地控制地下水放出的深度。

更加具体地说，上述试验系统用于具体试验时，先将模拟土体材料置入部分于试件定位装置下方位置大约5mm高度，然后将制备好的岩体试件依靠试件定位装置定位竖立于置入的模拟土体材料上方，保持岩体试件下端和模拟箱底部隔离；然后将模拟土体材料培入模拟箱内，直至将岩体试件下部掩埋至试验高度；然后打开输水管道上开关阀将蓄水箱内的水注入集水槽内，控制集水槽的移动挡墙向上抬起到下端露出至预设水深位置，使得集水槽内的水从下端向外流出，直到排水管道有水流流出后关闭输水管道，再到集水槽内水面下降到移动挡墙下端口高度位置时关闭排水管道；控制制冷循环系统开启为模拟箱内部制冷，使得模拟土体材料形成冻土，然后维持模拟箱内环境温度为待研究半裸露状态边坡岩体当地春秋季夜晚最低温度，直到冰冻时间结束（通常为12小时）；然后关闭制冷循环系统，开启电热管和紫外探照灯，紫外探照灯固定位置按照待研究半裸露状态边坡岩体当地春秋季白天正午太阳照射角度确定（即照射角度保持一致），然后使得模拟箱内温度上升解冻，并维持模拟箱内温度在待研究半裸露状态边坡岩体当地春秋季白天最高温度，直到解冻时间结束（通常为12小时）；然后重复冻融循环到试验天数结束；即可打开模拟箱顶盖，将岩体试件取出并测试其性能，获得性能变化参数特征。

Claims (10)

1.一种半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法，其特征在于，根据待研究半裸露状态边坡岩体制备对应的岩体试件，将岩体试件固定于模拟箱内；模拟待研究半裸露状态边坡岩体实际受土体掩埋情况，将岩体试件下部埋设到模拟土体材料中；按照待研究半裸露状态边坡岩体实际地下水深度，对模拟箱下部参入水至对应高度，完成准备工作；试验时采用通入冷风冷却至参入的水体形成冰冻，维持一段时间后，采用在岩体试件上方施加电热辐射的方式加热至冰冻的水体完成解冻，再持续一段时间后以此重复，形成冻融循环，至冻融试验时间结束，取出岩体试件并测试其性能，和未试验的相同岩体试件对比，获得待研究半裸露状态边坡岩体受冻融环境影响的性能变化参数。

2.如权利要求1所述的半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法，其特征在于，试验时采用通入冷风冷却的试验环境温度以待研究半裸露状态边坡岩体当地春秋季夜晚最低温度确定。

3.如权利要求1所述的半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法，其特征在于，试验时采用电热辐射的方式加热的温度以待研究半裸露状态边坡岩体当地春秋季白天最高温度确定。

4.如权利要求1所述的半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法，其特征在于，岩体试件制备时，先准备好与待研究半裸露状态边坡岩体的岩性相同的待测岩石试块，规格是高度为100mm，直径为50mm的圆柱形试件；

模拟土体材料为采用碎石、泥沙和粘土材料，模拟待研究半裸露状态边坡岩体周边实际土体情况制备。

5.如权利要求1所述的半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法，其特征在于，岩体试件在埋设时，其露出模拟土体材料的高度和待研究半裸露状态边坡岩体实际露出高度平均值一致。

6.如权利要求5所述的半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法，其特征在于，待研究半裸露状态边坡岩体上部实际露出周围土体高度低于50mm，下部受冻融水浸没位置深度低于100mm。

7.如权利要求1所述的半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法，其特征在于，一次冻融循环时间为24小时，包括冻12小时、融12小时；冻融循环次数根据研究设定为7、15、30、60或90次，对应的时间即为7、15、30、60或90天。

8.如权利要求1所述的半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法，其特征在于，冻融试验时间结束后，取出岩石试件，对其进行单轴压缩试验或三轴压缩试验，测试岩石试件受到冻融循环后的力学性能，包括抗压强度和弹性模量参数，比较未受冻融的岩石试件的力学性能参数，得到待研究半裸露状态边坡岩体受冻融环境影响的力学性能的劣化程度。

9.如权利要求1所述的半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法，其特征在于，本试验方法依靠一种岩体冻融循环试验系统实现，所述岩体冻融循环试验系统，包括一个模拟箱，模拟箱上端设置有可打开的顶盖，模拟箱内中下部设置有试件定位装置，模拟箱一端侧面中下部一侧连通设置有带开关阀的输水管道，输水管道另一端和蓄水箱相连，模拟箱另一端底面位置向下连通设置有带开关阀的排水管道；还包括设置在模拟箱上部的制冷蒸发器，制冷蒸发器内具有内置的风扇且具有正对模拟箱室内的出风口，制冷蒸发器和外置在模拟箱外的压缩机相连并形成制冷循环系统；还包括固定在模拟箱顶盖内表面的电热管；模拟箱顶盖内表面中部位置还沿中线设置有磁条固定带，磁条固定带上吸合固定设置有探照灯底座，探照灯底座上向下安装有紫外线探照灯。

10.如权利要求9所述的半裸露状态边坡岩体受冻融循环的模拟试验方法，其特征在于，试件定位装置包括位于中部的定位环，定位环内径大于试件外径1-10mm，定位环周边通过水平设置的固定杆固定在模拟箱内侧壁上；

模拟箱侧面上还设置有排风窗，排风窗位于模拟箱两侧所述定位环所在高度位置；

所述排水管道上表面设置有纱网；

制冷蒸发器为4个且布置在模拟箱顶部四个角落位置；

模拟箱为透明材质制得；

模拟箱至少一侧设置有竖向的刻度尺；

输水管道所在的模拟箱侧面内侧设置有一个集水槽，集水槽沿输水管道所在模拟箱侧壁整体长度方向设置，集水槽上表面高度不低于试件定位装置所在高度，集水槽面对试件定位装置的一侧的挡墙整体设置为移动挡墙，移动挡墙两侧可上下滑动地卡接配合在挡墙滑槽内，移动挡墙和一个挡墙上下移动控制机构相连。

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