CN110161214A - 一种干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备 - Google Patents

一种干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备。包括箱体，箱体一侧设有库水模拟***，库水模拟***的相对侧设有地下水位调节器，箱体的顶部干燥***，干燥***下方设有人工降雨***，人工降雨***连接供水***；所述干燥***包括一组取暖灯泡和鼓风设备；所述人工降雨***包括一组供水管，供水管上连接有喷头。本发明可以模拟干湿交替条件下的滑坡实验，使试验更贴近于实际，增加试验的准确性，本发明还可以有针对性的设计不同的试验方案，模拟不同影响因素下的滑坡试验。

Description

一种干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备
技术领域
本发明属于地质灾害模型试验领域，特别是一种干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备。
背景技术
地质灾害模型试验能够直接观测并记录灾害体的变形破坏过程；同时可以通过监测传感器得到模型内部的各个参数的变化情况，以此来分析灾害体灾变过程各个阶段的应力分布和变化情况。得益于其本身优点，地质灾害模型试验发展迅速。近年来在模型材料、测试技术等方面有了长足发展，使得地质灾害模型试验有了定量分析的可能。
近年来，胡修文，唐辉明等（2005）对赵树岭滑坡稳定性进行了物理模拟试验研究，确定了三峡库水位变化与滑坡失稳的关系，探讨了由库水位变化引起的滑坡机制；沈辉、吴剑等（2005）采用大型滑坡试验平台和 γ 射线透射法水分测试***等试验手段，模拟了滑坡在水库水位变化导致地下水渗流场变化过程。确定了三峡库区水位升降与滑坡体内部水位的关系；刘广宁等（2011）针对降雨和库水位升降以水泥厂滑坡为例，运用自动化远程监测其变形和该区域降雨量，通过数据整理、分析，掌握降雨和库水位升降对滑坡变形的影响状况；占清华、王世梅（2013）等通过小型人工降雨滑坡模型试验平台，以三峡库区的孙家庄滑坡为工程背景，探索了降雨强度对滑坡体内渗流变化规律的影响；肖先埴等（2013）利用“地质环境模拟实验装置”，在室内建立了滑坡的地质力学模型，分析了滑坡体在降雨及库水位升降作用下，其内部水压力、土压力变化规律及稳定性。
现目前，全球变暖加剧，各地的极端天气增多，我国西南地区各类地质灾害频繁发生，主要为滑坡、泥石流。干旱时有发生，而降雨又多在6-8月份集中，从单一影响因素来研究地质灾害与实际不相符合，此前的滑坡灾害物理模拟试验多从降雨或库水方面进行研究，而干旱条件却常常忽视，缺少一种能够整体考虑干湿交替条件下的灾害模拟装置，导致试验脱离实际而缺乏准确性。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备。本发明可以模拟干湿交替条件下的滑坡实验，使试验更贴近于实际，增加试验的准确性，本发明还可以有针对性的设计不同的试验方案，模拟不同影响因素下的滑坡试验。
本发明的技术方案：一种干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备，包括箱体，箱体一侧设有库水模拟***，库水模拟***的相对侧设有地下水位调节器，箱体的顶部干燥***，干燥***下方设有人工降雨***，人工降雨***连接供水***；所述干燥***包括一组取暖灯泡和鼓风设备；所述人工降雨***包括一组供水管，供水管上连接有喷头。
前述的干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备中，所述地下水位调节器包括可拆卸式挡板，可拆卸式挡板右侧与箱体构成后置水槽；还包括设于箱体上的透水孔。
前述的干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备中，所述供水***包括蓄水池，蓄水池连接水泵。
前述的干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备中，所述库水模拟***包括闸门，闸门的上端连接链条，链条与电机连接。
前述的干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备中，所述箱体的外部设有综合控制台，综合控制台包括电控装置，电控装置与库水模拟***、干燥***、人工降雨***和供水***连接。
前述的干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备中，所述箱体为长方体型的透明箱体。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明设计了一种研究滑坡在干湿循环作用下的滑坡模型试验设备，在此平台上可进行三维物理模型试验。避免了只从“湿”环境下研究地质灾害，与实际不相符合的问题，从而增加试验的准确性。
2、本发明集成了地下水位调节器、库水位升降***，干湿循环模拟***等，多种模拟条件可以自由选择，关闭电动闸门可以模拟库水条件，打开则不考虑库水对滑坡的影响；打开地下水位调节器则可以模拟其地下渗流场；干湿循环模拟***可以分别控制两种模拟***，以便自由选择模拟条件。
3、本发明的透明式箱体能够保证试验全程的观测需求。
综上所述：本发明可以模拟干湿交替条件下的滑坡实验，使试验更贴近于实际，增加试验的准确性，本发明还可以有针对性的设计不同的试验方案，模拟不同影响因素下的滑坡试验。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的主视结构示意图；
图3是图2的左视结构示意图；
图4是图2的俯视结构示意图。
附图中的标记为：1-综合控制台,2-闸门,3-链条,4-电机,5-喷头,6-取暖灯泡,7-鼓风设备,8-蓄水池,9-水泵,10-箱体,11-供水管,12-后置水槽,13-可拆卸式挡板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备，构成如图1-4所示，包括箱体10，箱体10一侧设有库水模拟***，库水模拟***的相对侧设有地下水位调节器，箱体10的顶部干燥***，干燥***下方设有人工降雨***，人工降雨***连接供水***；所述干燥***包括一组取暖灯泡6和鼓风设备7；所述人工降雨***包括一组供水管11，供水管11上连接有喷头5。取暖灯泡（6）及鼓风设备（7），用于在物理模型箱内模拟干燥环境，可以通过开启取暖灯泡和鼓风设备的数量来控制模拟干燥强度；人工降雨***用于在物理模型箱内模拟降雨，通过开启喷头的数量及喷头的张开度来控制模拟降雨的强度及降雨形式。本实施例中，利用干燥***和人工降雨***的干、湿两种即可实现模拟干循环模拟***
所述地下水位调节器包括可拆卸式挡板13，可拆卸式挡板13右侧与箱体1构成后置水槽12；还包括设于箱体10上的透水孔。地下水位调节器用于调节地下水位的高度。可拆卸式挡板13可根据选择是否加装，即根据模拟情况选择是否模拟地下水，若不模拟则可以将可拆卸式挡板10装回来挡住透水孔。
所述供水***包括蓄水池8，蓄水池8连接水泵9。地下水位调节器和库水模拟***以及人工降雨***均由供水***提供供水需求。供水***的水泵的控制端与电控装置的第四信号输出端连接，然后通过综合控制台打开水泵以满足库水模拟及人工降雨***的供水须有。水泵9第一组水管的出水口伸至后置水槽12上方，第二组水管的出水口伸至11库水模拟***中，第三组水管的出水口与人工降雨***连接。
所述的人工降雨***通过将喷头5与电控装置的第三信号输出端连接，然后通过综合控制台可模拟微雨、小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨等常见多发雨型，降雨强度范围为 10-280mm/h，实现较为自动的人工模拟降雨。
所述库水模拟***包括闸门2，闸门2的上端连接链条3，链条3与电机4连接。闸门2为升降式用于控制库水模拟，电机4的控制端与电控装置的第一信号输出端连接，通过综合控制台启动电机4进而可通过链条3对闸门2进行开关，即可以决定是否模拟库水以及库水泄洪。当需要进行库水模拟时，控制闸门下落，并控制供水***向箱体前部蓄水。
所以优选的本***至少由三台水泵9组成，以满足地下水位模拟、库水模拟及人工降雨模拟的供水需求。
所述箱体的外部设有综合控制台1，综合控制台1包括电控装置，所述电控装置第一信号输出端与库水模拟***中的电机的控制端电连接、所述电控装置第二信号输出端与干燥***中的取暖灯泡及鼓风设备的控制端电连接、所述电控装置第三信号输出端与人工降雨***中的喷头的控制端电连接，所述电控装置第四信号输出端与供水***中的水泵的控制端电连接。
前述的电控装置，可以通过其第一信号输出端控制库水模拟***中的电机4运转，拉动链条3进而提升闸门2提升打开；可以通过其第二信号输出端控制干燥***中的取暖灯泡6及鼓风设备7打开，进而达到干燥物理模型的目的；可以通过其第三信号输出端控制人工降雨***中的喷头5张开度来达到模拟不同雨型的效果；可以通过其第四信号输出端控制供水***中的水泵9打开，进而为人工降雨***提供雨水需求。
所述箱体10为长方体型的透明箱体。透明箱体方便从箱体外部对试验过程进行观测。箱体10优选由多根方形钢及底部钢板焊接而成，能够保证模型试验的强度需求，且整体稳定性高，箱体10的方形钢之间设有有机玻璃板，有机玻璃板与方形钢之间使用玻璃胶密封。将箱体10材质优选为有机玻璃面板，其强度高，韧性又足够好，能够保证在模型制作和试验过程中的稳定性。
本发明进行物理模型试验的整个过程如下：
一、模型设计及堆制
1、针对研究对象，考虑研究需求根据相似原理确定模拟相似比，确定相似模型的尺寸及类型。
2、根据研究对象的工程地质情况确定滑坡类型，以及确定滑坡的影响因素，并确定模型试验的环境模拟条件。
3、根据相似性原则，配制试验材料，堆制模型，同时按照监测需求放置所需传感器，并将传感器连接数据采集仪。
二、试验工况的确定及模拟
4、根据滑坡模拟条件设计试验工况，可能存在的工况由以下几种a.多级降雨诱发滑坡b.降雨及库水诱发滑坡c.降雨、地下水及库水联合作用诱发滑坡d.干湿循环作用下诱发滑坡。
5、根据试验工况选择使用的模拟***，下面介绍a、d两种工况的试验步骤
6、a工况下：无需使用库水模拟***及地下水位调节器，则通过综合控制台控制电动式闸门提升使箱体前部敞开，后置水槽装配可拆卸式挡板，根据需求通过综合控制台选择喷头开启的数量及张开度，开启供水***进行人工降雨。
7、b工况下：无需使用地下水位调节器，则后置水槽装配可拆卸式挡板，通过综合控制台控制电动式闸门下降闭合，根据需求通过综合控制台选择喷头开启的数量及张开度，开启供水***进行人工降雨。
8、c工况下：通过综合控制台控制电动式闸门下降闭合，无需装配后置水槽的可拆卸式挡板，根据需求通过综合控制台选择喷头开启的数量及张开度，开启供水***进行人工降雨。
9、d工况下；无需使用库水模拟***及地下水位调节器，则通过综合控制台控制开启电动式闸门，后置水槽装配可拆卸式挡板，根据需求通过综合控制台选择喷头开启的数量和张开度以及开启时间，开启供水***进行人工降雨，停止降雨，根据需求通过综合控制台选择取暖灯泡、鼓风设备的开启数量及开启时间，进行干燥循环模拟。
三、数据采集
10、通过数据采集仪控制传感器的采集频率并记录数据，在箱体前部放置高速摄像机或其他记录仪器，对坡表进行破坏过程记录。
四、数据整理
11、通过数据线连接干湿循环控制台及数据采集仪，拷贝降雨、干燥及试验数据，整理并分析。
上述试验工况只是举例，可以根据具体试验需求对各模拟条件进行重新组合并进行模拟。
本领域的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动，但凡是脱离本发明技术方案内容依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备，其特征在于：包括箱体（10），箱体（10）一侧设有库水模拟***，库水模拟***的相对侧设有地下水位调节器，箱体（10）的顶部干燥***，干燥***下方设有人工降雨***，人工降雨***连接供水***；所述干燥***包括一组取暖灯泡（6）和鼓风设备（7）；所述人工降雨***包括一组供水管（11），供水管（11）上连接有喷头（5）。
2.根据权利要求 1所述的干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备，其特征在于：所述地下水位调节器包括可拆卸式挡板（13），可拆卸式挡板（13）右侧与箱体（1）构成后置水槽（12）；还包括设于箱体（10）上的透水孔。
3.根据权利要求 1所述的干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备，其特征在于：所述供水***包括蓄水池（8），蓄水池（8）连接水泵（9）。
4.根据权利要求 1所述的干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备，其特征在于：所述库水模拟***包括闸门（2），闸门（2）的上端连接链条（3），链条（3）与电机（4）连接。
5.根据权利要求 1所述的干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备，其特征在于：所述箱体（10）的外部设有综合控制台（1），综合控制台（1）包括电控装置，电控装置与库水模拟***、干燥***、人工降雨***和供水***连接。
6.根据权利要求 1所述的干湿循环作用下滑坡物理模型试验设备，其特征在于：所述箱体（10）为长方体型的透明箱体。
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