CN110068668A - 滑坡离心试验模型箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质灾害离心试验领域，具体涉及一种滑坡离心试验模型箱。其下部水箱顶部布置有竖直电磁阀；其下部水箱的侧壁布置有水平电磁阀；其上部箱体的内侧壁上安装有可拆卸的挡板；其上部箱体的顶部安装有不锈钢水管，不锈钢水管上安装有降雨喷头，且不锈钢水管与供水装置连接，降雨喷头上设置有可调节降雨的强度的旋钮。与现有的模型箱相比，该模型箱能够实现多种工况下的离心试验，在模拟水位变化时，打开水平、竖直电磁阀，将水平电磁阀的外侧一端通过水管连接至供水装置，将水注入缓慢模型箱中；在模拟降雨时，通过打开竖直电磁阀将降水引入底部下部水箱，防止雨水的积累对试验结果的影响，使得试验条件与实际情况更加相符。

Description

滑坡离心试验模型箱

技术领域

本发明涉及地质灾害离心试验领域，具体涉及一种滑坡离心试验模型箱。

背景技术

滑坡是一种常见的地质灾害，在我国的西南地区尤为明显，其主要诱发因素为地震、降雨、水位变化以及边坡开挖等，据国内外专家学者对滑坡的研究发现，因降雨和水位变化诱发的滑坡占据了绝大部分，降雨和水位变化诱发的滑坡对人们的生命财产安全带来了巨大的影响。因此，深入研究降雨和水位变化两种工况下的滑坡稳定性问题十分必要，对滑坡的实际防治工作具有重要的意义。

针对滑坡稳定性研究问题的研究方法主要有：定性分析法、定量及半定量分析法、非确定性分析法以及离心模型试验法，其中离心模型试验法具有能直接观测、记录滑坡的变形、演化过程以及演化过程中应力分布及变化情况等优点而被广泛运用。离心模型试验其本质是用小比尺的物理模型来研究实际的工程问题，可以重现原始重力场以及和重力相关的变形过程，是一种与原型相似性较好的模型试验。

目前，在模拟降雨以及水位变化条件下滑坡离心模型试验时，常使用的模型箱通常只能进行某一种工况下的离心试验，而且在模拟降雨对滑坡稳定性的影响过程中，由于雨水不能够及时排出，会在滑坡前缘积累，使得试验条件与实际条件之间存在偏差，影响试验的准确率。此外，由于模型箱的大小和尺寸固定，难以做到满足不同规模的滑坡，往往需要采用“箱中套箱”方法或者制备多个不用规格的模型箱，这一过程就显得过于繁琐、复杂，既浪费了大量的人力物力，又浪费了时间。

因此，为解决上述问题，使得离心模型试验的结果更加的准确，制备一种滑坡离心试验模型箱显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的就是为了解决当前模型箱所存在的缺陷，而提出的一种滑坡离心试验模型箱，其能够真实的反映室外降雨及水位变化等工况下滑坡的稳定性的研究问题，并且克服了以往的模型箱规格单一这一缺点，具有结构简单、功能强大、操作方便、试验结果可靠等多种优点，在试验过程中，节约了大量的人力物力和财力。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种滑坡离心试验模型箱，包括箱体、隔板、挡板、竖直电磁阀、水平电磁阀、供水装置、不锈钢水管、降雨喷头；

所述隔板横向设置在所述箱体内部，并将所述箱体内部分为上下两部分，其上部为上部箱体，其下部为下部水箱；

所述隔板的顶部布置有多个竖直电磁阀；所述下部水箱的侧壁布置有多个水平电磁阀，所述水平电磁阀均与所述供水装置连接，通过水平电磁阀的开启将供水装置中的水通过水管注入下部水箱之中；

所述挡板纵向可拆卸地安装所述上部箱体的内侧壁上；

若干不锈钢水管可拆卸地安装在所述上部箱体的顶部，若干降雨喷头可拆卸地安装在所述不锈钢水管的管体上，所述不锈钢水管均与所述供水装置连接，所述降雨喷头上均设置有可调节降雨的强度的旋钮。

进一步，所述上部箱体的左右两内侧壁上可以设置有多对插槽，所述挡板可拆卸地安装在一对插槽中；在试验过程中，滑坡的规模可以根据调整挡板***插槽的位置来控制。

进一步，所述插槽的周围可以粘贴有硬质海绵或泡沫，使挡板与插槽紧密衔接，以防止离心试验过程中挡板因晃动对结果造成影响，从而提高试验结果可靠性。

进一步，所述挡板的两侧可以安装有多对滚轮，通过滚轮将挡板***粘贴有硬质海绵或泡沫的插槽，以减小挡板与插槽之间的摩擦，并使挡板更易***插槽，从而使挡板与上部箱体之间的咬合更加紧密。

进一步，所述挡板的内表面可以铺设有保鲜膜，挡板的内表面为挡板与滑坡侧面接触的那个面，通过铺设保鲜膜可以减小挡板与滑坡侧面之间的摩擦，从而降低摩擦对试验结果的影响，同时还可以起到一定的隔水作用。

进一步，所述不锈钢水管与所述挡板垂直布设。

进一步，所述不锈钢水管可以一端封闭，一端敞开，其敞开端用于连接所述供水装置。

进一步，可以根据滑坡的规模适当调整不锈钢水管的安装位置以及数量。

进一步，可以根据降雨的范围来调节不锈钢水管上安装的降雨喷头之间的距离。

与现有的离心试验模型箱相比，本发明具有以下优点：

克服了以往离心试验模型箱的各种局限性，本发明提供了一种降雨可***的装置，在模型箱上部箱体的底部增加了一个下部水箱，首次提出了在下部水箱与上部箱体的接触面上安置了多个竖直电磁阀，在模拟降雨对滑坡稳定性的影响过程中，将竖直电磁阀打开，让上部的降雨能够通过电磁阀流入底部下部水箱，防止雨水在滑坡前缘累积，造成降雨的入渗滑坡，使试验条件与实际情况更加吻合，试验结果更加精确。此外，底部的下部水箱可对雨水进行有效地收集，避免了水资源的浪费。

本发明在模型箱上部箱体的两端侧壁设计多对插槽，可以通过调整有机玻璃材料制成的挡板在插槽中的***位置改变滑坡的规模，以满足研究者的不同需求。在插槽的周围粘贴有硬质海绵，使有机玻璃材料制成的挡板两侧的滚轮与插槽更好地咬合，起到固定挡板的作用；在试验过程中，挡板与滑坡接触的一侧表面上覆盖保鲜膜，减小挡板与滑体之间摩擦对试验结果的影响，提高试验结果的可靠性。

本发明在模型箱上部箱体的前后壁顶部设计有多对螺孔，由于所研究的滑坡规模不同，可根据滑坡的规模调整不锈钢水管的固定位置，使得降雨仅覆盖于整个滑坡，其他空置部位的上方不固定不锈钢水管，有效的节约了水资源。

本发明在模型箱底部下部水箱的一侧布置多个水平电磁阀，在模拟水位变化时，通过控制水平、竖直电磁阀的开闭，实现对水位变化速率的控制，不仅可进行不同水位下的多组对比试验，而且通过控制水平、竖直电磁阀的开闭，将水缓慢注入下部水箱，让水位缓慢上升至设计水位，真实地还原了实际水位的变化情况。

本发明不锈钢水管中安装有可调节喷洒强度的降雨喷头，可通过调节降雨喷头改变降雨降雨强度，模拟不同降雨强度下的滑坡离心模型试验，且操作简单快捷。

本发明集结构简单、功能强大、试验结果可靠等多种优点于一身，且操作难度低、减少了资源的浪费，大大加快了试验的进程。

附图说明

图1为本发明实施例提供的滑坡离心试验模型箱的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的滑坡离心试验模型箱的俯视图；

图3为本发明实施例提供的滑坡离心试验模型箱铺设了滑床和滑体的主视图；

图4为实施例提供的不锈钢水管的结构示意图；

图5为实施例提供的降雨喷头的结构示意图；

图6为实施例提供的挡板的结构示意图。

图7为实施例提供的隔板的俯视图。

图中：1-下部水箱，2-竖直电磁阀，3-水管，4-隔板，5-上部箱体，6-水平电磁阀，7-有机玻璃质挡板，8-不锈钢水管，9-降雨喷头，10-插槽，11-螺孔，12-孔洞，13-管体，14-第一螺纹接口，15-第二螺纹接口，16-旋钮，17-滚轮，18-滑床，19-滑带，20-滑体，21-支撑。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本法明进行详细说明。

如图1-7所示，一种滑坡离心试验模型箱，包括箱体、隔板4、挡板7、竖直电磁阀2、水平电磁阀6、供水装置、不锈钢水管8、降雨喷头9。

其中，箱体内部设置有隔板4，隔板4将箱体内部分为上下两部分，其中上部为上部箱体5，下部为下部水箱1。所述隔板4可以采用有机玻璃质隔板，并通过玻璃胶粘接在箱体内；进一步，还可以在下部水箱1内部的四周以及中间设置若干个圆柱状有机玻璃质的支撑21，用于支撑隔板4。

进一步，在隔板4的顶部布置有多个竖直电磁阀2，通过竖直电磁阀2的开闭控制供排水。

进一步，在下部水箱1的侧壁布置有多个水平电磁阀6，同时供水装置上安装有水管3，每个水平电磁阀6均与供水装置上的水管3连通，作为举例而非限定，水平电磁阀6可以采用螺纹状接口与水管3连接。通过水平电磁阀6的开启将供水装置中的水通过水管3注入下部水箱1之中。

进一步，上部箱体5的顶部前后壁上布置有多对螺孔11，用于安装不锈钢水管8。不锈钢水管8的两端焊接有带有孔洞12的铁片，将不锈钢水管8中铁片上的孔洞12与上部箱体5顶部的螺孔11对齐，通过螺丝把不锈钢水管8固定在上部箱体5顶部。

进一步，可以根据滑坡的规模来调整上部箱体1顶部前后壁上布置的螺孔的间距。

进一步，不锈钢水管8的管体13的长度略小于上部箱体5在前后方向上的长度，其一端封闭，一端敞开，其敞开端具有第一螺纹接口14，用以连接供水装置上的水管。

进一步，不锈钢水管8上均匀布设有若干降雨喷头9，降雨喷头9为可拆卸式的。具体的，不锈钢水管8的管体13上开设有带螺纹的开孔，降雨喷头9上设置有第二螺纹接口15，通过第二螺纹接口15将降雨喷头9连接至不锈钢水管8的管体13上。同时，降雨喷头9上还设置有旋钮16，用于调节降雨的强度。

进一步，可以根据滑坡的规模适当调整不锈钢水管8的安装位置以及数量。

进一步，可以根据降雨的范围来调节不锈钢水管8上安装的降雨喷头9之间的距离。

进一步，上部箱体5的左右两端侧壁上设计多对插槽10，用于***有机玻璃质的挡板7；在试验过程中，滑坡的规模可以根据调整挡板7***插槽10的位置来控制，然后铺滑体20、滑带19和滑床18；同时可以在插槽10的周围粘贴有硬质海绵或泡沫，使挡板7与插槽10紧密衔接，以防止离心试验过程中挡板因晃动对结果造成影响，从而提高试验结果可靠性。

在优选的实施方式中，还可以在挡板7的两侧安装有多对滚轮17，通过滚轮17将挡板7***粘贴有硬质海绵或泡沫的插槽10，以减小挡板7与插槽10之间的摩擦，并使挡板7更易***插槽10，从而使挡板7与上部箱体5之间的咬合更加紧密。

进一步，还可以在挡板7的内表面铺设一层保鲜膜，挡板7的内表面为挡板7与滑坡侧面接触的那个面，通过铺设保鲜膜可以减小挡板7与滑坡侧面之间的摩擦，从而降低摩擦对试验结果的影响，同时还可以起到一定的隔水作用。

在本发明中，挡板7与不锈钢水管8垂直布设，可以通过旋钮16将滑坡区域以外的降雨喷头9关闭。

本发明提供的滑坡离心试验模型箱，其工作方式是：

首先，按照几何相似比计算实际所需研究滑坡的模型的相似常数，确定滑坡模型的规模。在挡板7的内表面铺盖一层保鲜膜，根据滑坡模型的规模调整挡板7的***位置，将挡板7***相应位置的插槽10当中。

然后，在上部箱体5里面依次铺滑床18、滑带19以及滑体20，并在滑带19的表面铺一层保鲜膜以减小滑带19与滑体20之间的摩擦，使滑体20沿滑带19下滑。

在开展降雨工况下的滑坡离心模型试验时，即模拟降雨对滑坡稳定性的影响时，将不锈钢水管8带有第一螺纹接口14的一端与供水装置连接，把降雨喷头9通过第二螺纹接口15连接至不锈钢水管8的管体13上，通过扭动降雨喷头9的旋钮16控制试验所需的降雨强度和规模。最后，利用螺丝将整个不锈钢水管8固定在上部箱体5的正上方。同时，将竖直电磁阀2打开，水平电磁阀6关闭，目的是把雨水引入下部水箱1中，既预防了雨水在坡前积累对试验结果的影响，又节约了水资源。

在开展水位波动工况下的滑坡离心模型试验时，即模拟水位波动对滑坡稳定性的影响时，通过水管3把水平电磁阀6连接与供水装置连接，不需要将不锈钢水管固定于上部箱体的顶部，仅需将竖直电磁阀2和水平电磁阀6同时打开，通过供水装置将水缓慢注入下部水箱1，当下部水箱1水满后通过竖直电磁阀2缓慢溢入上部箱体5中，使得上部箱体5中的水位逐渐上升至试验设计水位。在实验过程中，可以按照试验需要调整竖直电磁阀2的开闭，控制上部箱体5内水位变化的快慢。

最后，在离心试验时，可以根据试验目的在滑坡模型中布置水压力传感器、土压力传感器以及应变片等，用以观测试验过程中应力应变变化情况，并可设置相应的摄像头透过有机玻璃质的挡板7观察滑坡模型的变形破坏阶段。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (4)

1.一种滑坡离心试验模型箱，其特征在于：包括箱体、隔板(4)、挡板(7)、竖直电磁阀(2)、水平电磁阀(6)、供水装置、不锈钢水管(8)、降雨喷头(9)；

所述隔板(4)横向设置在所述箱体内部，并将所述箱体内部分为上下两部分，其上部为上部箱体(5)，其下部为下部水箱(1)；

所述隔板(4)的顶部布置有多个竖直电磁阀(2)；所述下部水箱(1)的侧壁布置有多个水平电磁阀(6)，所述水平电磁阀(6)均与所述供水装置连接；

所述上部箱体(5)的左右两内侧壁上设置有多对插槽(10)，所述挡板(7)的两侧安装有多对滚轮(17)，所述挡板(7)通过所述滚轮(17)可拆卸地***一对插槽(10)中；

若干不锈钢水管(8)均与所述供水装置连接，并可拆卸地安装在所述上部箱体(5)的顶部，且若干不锈钢水管(8)与所述挡板(7)之间垂直布设；若干降雨喷头(9)可拆卸地安装在所述不锈钢水管(8)的管体(13)上，所述降雨喷头(9)上均设置有可调节降雨的强度的旋钮(16)。

2.根据权利要求1所述的滑坡离心试验模型箱，其特征在于：所述插槽(10)的周围粘贴有硬质海绵或泡沫。

3.根据权利要求1所述的滑坡离心试验模型箱，其特征在于：所述挡板(7)的内表面铺设有保鲜膜。

4.根据权利要求1所述的滑坡离心试验模型箱，其特征在于：所述不锈钢水管(8)一端封闭，其另一端敞开，其敞开端用于连接所述供水装置。