Page 103 - 2023年第54卷第9期

和无接触 ＰａｎａｓｏｎｉｃＣＭＯＳ式 ＨＧ － Ｃ１２００系列的激光位移传感器（测量精度为 ０．２ｍｍ），利用 Ｃａｍｐｂｅｌｌ
ＣＲ１０００ 数据采集仪采集试验所需数据。
２．４ 修正温控模式 根据黑龙江干流漠河段河道堤防 ２００３—２０１３年十年日平均气温和相似准则，计
算出基础温控模式。由于室内试验无法完全准确反映其真实变化，故引进实验室修正系数 Ｋ修正试验
过程中的温度损耗和影响。Ｋ值是温度降低过程中，机械限制和传温环境干扰下的温度传导系数，须
根据多次温控数据和试验土体内部温度比较求解获得 ［２５］ 。Ｋ值为原型多因数参数 α ｐ 与模型多因数参
的比值。α为一个多因素参数，其与冻结指数 Ｉ的关系如下 ［２６］ ：
数 α ｍ ０
１．９２Ｉ ０ × １０ － ４
α ＝ ２．８４ｅ （１）
经过两次预实验，得到修正系数 Ｋ ＝ ２．０６５，从而得到改进后的试验室环境温控模式，如图 ２（ａ）所
示。结合边坡模型与原型的相似关系和实验室修正系数，最终得到试验所用的 ５段温控模式，５段分
别为降温阶段、恒负温阶段、升温阶段Ⅰ、升温阶段Ⅱ和恒正温阶段。
２．５ 物理边坡模型试验方案 试验开始前，打开下垫面补水开关，控制水位高度为 ２０ｃｍ，将试验室
温度设置为 ２℃，等待一昼夜，使试验室内部温度均衡。为模拟野外下卧土层温度，设定底板温度为
４℃ ［２７］ 。利用温度控制系统设置 ５段温控模式，确定传感器正常使用后，试验开始。试验过程中，利
用太阳辐射模拟器施加太阳辐射，考虑到太阳辐射造成的热量交换与传导在春季过后，即融化期影响
更为明显，故将太阳辐射模拟器的时间设置在试验开始后的后半程。为了更好地模拟太阳升落造成的
昼夜更替以及太阳照射角的变化，设置停光间隔，并逐渐增加光照时间，对土层进行辐射热补偿。辐
射热补偿即太阳辐射模拟器对土层的辐射量，共设置 ５段辐射，每段辐射时间与辐射间隔均不相同。
具体太阳辐射模拟器开闭方式及热辐射量如图 ２（ｂ）所示。图中，辐射时间是指该阶段内太阳辐射模
拟器开启时间，间隔是指该阶段内太阳辐射模拟器关闭时间，累计热辐射是指截止该阶段结束太阳辐
射模拟器累计提供的热辐射量。试验结束后，采集传感器数据分析。

图 ２ 温控模式及太阳辐射模拟器控制模式

２．６ 未冻水含量测量 试验中未冻水含量的测量选
用苏州纽迈公司生产的 ＭｅｓｏＭＲ１２ － ０６０Ｈ － Ｉ核磁共振
试验仪。设 置 １６个 温 控 采 集 点 为 ２０、１５、１０、５、
０、－ ０．５ 、 － １ 、 － ２ 、 － ３ 、 － ４ 、 － ５ 、 － ７ 、 － １０ 、 － １５ 、
－ ２０ 和－ ３０℃。根据 Ａ．Ｒ．泰斯等 ［２８］ 的研究，采用正
温区实测数据绘制顺磁线性回归线，并将其延长至
负温区。按下式计算试样未冻水含量 ［２９］ 。
－ １
＝ ａｂ （２）
ω ｕ ω ０
为 初始总 含水 率；ａ为
式中：ω ｕ 为未冻水 含量；ω ０
某一温度下回归线至信号强度基数的距离；ｂ为同一
温度下测得的信号强度到基数的距离。图 ３为计算
图 ３ 土壤冻结特征曲线
１
— １ １ ３ —