CN116399723A - 模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及岩土工程技术领域，公开了一种模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***及方法，所述试验***包括：密封模型箱，用于安装斜坡模型，并可与地震模拟振动台配对以模拟地震作用；降雨模拟***，用于模拟真实斜坡在不同降雨持续时间和降雨强度的工况；制热和制冷***，设置于密封模型箱内，用于模拟真实斜坡的冻融循环作用；及监测***，用于检测斜坡模型变形直至失稳破坏过程的各项数据。所述试验方法基于该试验***实现。本发明可模拟温度变化、降雨影响、地震三种环境因素耦合作用下诱发边坡失稳的机理，更为深入地研究边坡岩体在地震和冻融条件耦合作用下其物理力学劣化损伤机理，为高寒山区边坡的稳定性评价和治理提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，具体是一种模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***及方法。
背景技术
高寒山区许多大型岩体工程建设中遇到的岩体冻融问题越来越受到学者的关注，如我国青藏高原周边地区，地形高差大，受全球气候因素变化显著，该地区构造运动强烈，地震频发，极易产生崩塌和滑坡灾害，在冰川融水和强降雨影响下，山洪、泥石流易发，因此，对于高寒地区边坡在受到冻融条件下边坡的变形破坏机理亟需展开深入研究。
冻融地质作用通过改变地层中水分的物理形态进而改变地下水的流场而触发,具体过程为:冻融导致斜坡体内地下水富集和疏散，富集造成边坡土体软化，疏散带来土体静水压力和动水压力突变，进而影响边坡的稳定性，边坡岩土体在冻融循环作用下其力学性能特征变化一直是研究的难点所在，其主要原因在于:室内试验条件达不到实际要求，无法保证小误差地恒温控制，然而，只有经过试验验证的评价预测方法才能指导实际工程、有效防治灾害。
在岩土工程领域，物理模型试验中的振动台模型试验可以模拟地震波直接作用于边坡的整个过程，以其试验规模较大、可实时再现震害现象等优势被认为是目前探寻边坡失稳机理最理想的研究手段。当前的物理模型冻融试验中，大多把边坡置于一个开阔的空间，物理模型箱体没有保温措施，导致边坡可以从任意角度与周围环境进行热量交换，在对边坡模型进行加热时，水蒸汽不能及时的排出，空气湿度不断增大会影响边坡土体的水分蒸发速率从而影响边坡的含水率，这些都会导致试验结果并不能准确反映边坡在真实冻融循环中的变化。再者，对于模拟两种及两种以上因素耦合作用诱发的地质灾害装置甚为少见，此类装置却对自然条件下多灾害叠加、灾害链等复合灾害成灾机理研究及减灾技术意义重大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***，该试验***可模拟温度变化、降雨影响、地震三种环境因素耦合作用下诱发边坡失稳的机理，更为深入地研究边坡岩体在地震和冻融条件耦合作用下其物理力学劣化损伤机理，为高寒山区边坡的稳定性评价和治理提供参考。同时本发明还提供了一种模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验方法。
本发明的目的主要通过以下技术方案实现：模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***，包括：密封模型箱，用于安装斜坡模型，并可与地震模拟振动台配对以模拟地震作用；降雨模拟***，连接于密封模型箱内并位于斜坡模型上方，用于模拟真实斜坡在不同降雨持续时间和降雨强度的工况；制热和制冷***，设置于密封模型箱内，用于模拟真实斜坡的冻融循环作用；以及，监测***，用于检测斜坡模型变形直至失稳破坏过程的各项数据。
基于以上技术方案，所述密封模型箱为顶部可开闭的密封箱体结构，该密封箱体结构由若干板体连接而成，每个所述板体内侧均依次铺设有保温板和导热板；所述密封箱体结构至少一侧的板体还安装有透明保温玻璃，所述监测***设置于密封模型箱内和/或透明保温玻璃外。
基于以上技术方案，所述监测***包括红外热像仪、高速摄像机、环境温度传感器和温度显示器；其中，所述环境温度传感器设置于密封模型箱内侧四个边角位置；所述红外热像仪、高速摄像机设置于透明保温玻璃外；所述温度显示器设置于密封模型箱任意外侧壁，所述温度显示器与所述环境温度传感器信号连接。
基于以上技术方案，所述斜坡模型设置于密封模型箱内并与密封模型箱的四个侧壁接触；其中，所述斜坡模型的斜坡面和背侧面与密封模型箱的侧壁之间均设置有吸能边界板；所述密封模型箱与斜坡模型剩余的两个竖直侧面接触的区域还设置有聚乙烯材料层。
基于以上技术方案，所述降雨模拟***包括依次连通的供水管路、循环管路及排水管路，所述供水管路和排水管路均设置于密封模型箱外，所述循环管路设置于密封模型箱内并位于斜坡模型上方，且所述循环管路还连接有若干均匀分布的喷头。
基于以上技术方案，所述制热和制冷***包括制热***和制冷***，所述制热***设置于密封模型箱内顶部并与所述降雨模拟***通过隔板隔开，所述制冷***设置于密封模型箱内的四侧壁和底部。
基于以上技术方案，所述制热***包括PTC加热器及位于PTC加热器两侧的水汽收集装置；其中，所述水汽收集装置包括多孔槽形外壳及设置于多孔槽形外壳内的高分子吸水树脂填料。
基于以上技术方案，所述制冷***包括设置于密封模型箱内的四侧壁和底部的蒸发管，蒸发管连通有设置于密封模型箱外的介质循环管路***，介质循环管路***的管路内填充有制冷剂；所述介质循环管路***包括压缩机，其中，压缩机的出口端依次连通有冷凝器、节流阀及毛细管，毛细管连通所述蒸发管的入口端；所述压缩机的入口端与所述蒸发管的出口端连通。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明可产生不同强度的降雨、模拟不同温度的环境温度，并且可以实现冻融循环的模拟，扩大了地震、降雨、温度变化的耦合区间，试验操作简便且具有高度智能化的特点，进而可进行不同影响因素下或多因素影响下灾害链的模拟试验，实现模拟高寒地区边坡在地震、降雨、冻融循环三种环境因素共同耦合作用下的变形直至失稳破坏的过程，更真实还原灾害形成时各种影响因素的复合作用，掌握地震、气候变化等实际环境中的山地灾害形成机理，加强灾害风险源的判别能力，进而可对实际工程、灾害防治起到很好的指导效果，因此具有广泛的应用前景。
本发明还基于以上模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***，公开了一种模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验方法，该方法包括以下步骤：
S1、根据模拟要求，在密封模型箱内安装降雨模拟***、制热和制冷***，并在密封模型箱一侧安装透明保温玻璃；
S2、根据需要模拟的斜坡地质条件，确定斜坡模型的材料组成与配比，并搭建斜坡模型，搭建斜坡模型时根据体积控制原则自下而上分层填筑，并在斜坡模型的试验设计位置布设数据采集传感器用于采集斜坡模型在地震作用下的动力响应数据；
S3、在密封模型箱的试验设计位置安装环境温度传感器；
S4、将密封模型箱固定于地震模拟振动台台面，并在透明保温玻璃外安装红外热像仪、高速摄像机；
S5、检查密封模型箱1密闭性，启动制冷***，实现对斜坡模型2的冷冻，达到设定冷冻温度后，关闭制冷***，打开制热***，实现对斜坡模型2的加热，加热至设计温度后又再次启动制冷***，实现冻融循环过程，并通过环境温度传感器28实时采集密封模型箱1内温度的变化；
S6、根据模拟地震特征，输入地震特征参数，启动地震模拟振动台，进行地震模拟；
S7、启动降雨模拟***，进行斜坡降雨模拟；
S8、持续对应试验时长后，分析冻融循环、地震以及降雨耦合作用下斜坡模型的变形、失稳直至下滑破坏的机制与强度参数的时空变异性，完成模拟试验。
本方法通过真实模拟高寒地区斜坡模型的环境因素，通过制冷和加热***实现边坡岩体的冻融循环，降雨模拟***实现不同降雨强度和雨量，进而结合地震模拟振动台，实现了模型在地震诱发滑坡灾害、地震与降雨耦合作用诱发滑坡灾害、冻融循环与地震耦合作用诱发滑坡灾害的真实模拟和相互耦合，进而通过模拟高寒地区边坡在地震、降雨、冻融循环三种环境因素共同耦合作用下，获取其变形直至失稳破坏的过程数据，掌握地震、气候变化等实际环境中的山地灾害形成机理，加强灾害风险源的判别能力，进而可对实际工程、灾害防治起到很好的指导效果，因此具有广泛的应用前景。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***的第一视角结构示意图；
图2是图1所示试验***的俯视图；
图3是图1所示试验***的第二视角结构示意图；
图4是降雨模拟***的结构示意图；
图5是PTC加热器的结构示意图；
图6是水汽收集装置的结构示意图；
图7是制冷***的结构示意图；
图8是介质循环管路***的结构示意图；
图中标号分别表示为：
1、密封模型箱；2、斜坡模型；3、降雨模拟***；4、制热和制冷***；5、监测***；6、板体；7、保温板；8、导热板；9、透明保温玻璃；10、吸能边界板；11、循环管路；12、喷头；13、第一蓄水池；14、第一抽水泵；15、第二蓄水池；16、第二抽水泵；17、隔板；18、PTC加热器；19、多孔槽形外壳；20、高分子吸水树脂填料；21、蒸发管；22、压缩机；23、冷凝器；24、节流阀；25、毛细管；26、红外热像仪；27、高速摄像机；28、环境温度传感器；29、温度显示器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明第一个实施例提供了一种模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***，包括：密封模型箱1，用于安装斜坡模型2，并可与地震模拟振动台配对以模拟地震作用；降雨模拟***3，连接于密封模型箱1内并位于斜坡模型2上方，用于模拟真实斜坡在不同降雨持续时间和降雨强度的工况；制热和制冷***4，设置于密封模型箱1内，用于模拟真实斜坡的冻融循环作用；以及，监测***5，用于检测斜坡模型2变形直至失稳破坏过程的各项数据。
在使用时，斜坡模型2预先安装于密封模型箱1内，密封模型箱1整体再安装于地震模拟振动台的台面上，即可开启地震模拟振动台，进而地震模拟振动台根据实际地震波或者人工合成地震波的加速度时程进行激振，使斜坡模型2受到地震作用，在模拟地震的同时，可以开启降雨模拟***3，模拟真实斜坡在不同降雨持续时间和降雨强度的工况，同时也可开启制热和制冷***4模拟真实斜坡的冻融循环作用，即可实现温度变化、降雨影响、地震三种环境因素耦合作用，可进行不同影响因素下灾害链的模拟试验，并可通过监测***5获取试验中斜坡模型2变形直至失稳破坏过程的各项数据，进而通过真实还原真实斜坡的环境因素和变形直至失稳破坏过程，获得其变形直至失稳破坏的过程数据，掌握地震、气候变化等实际环境中的山地灾害形成机理，加强灾害风险源的判别能力，进而可对实际工程、灾害防治起到很好的指导效果。
需要说明的是，真实斜坡在不同降雨持续时间和降雨强度的工况，是指斜坡模型2模拟的真实斜坡在不同降雨持续时间和降雨强度作用下，其在地震作用下产生的渐进破坏过程中出现的破坏和变化，如开裂、分体、滑坡等。
如图2、图3所示，密封模型箱1，主要用于安装斜坡模型2和搭载降雨模拟***3、制热和制冷***4及监测***5。
在具体应用时，密封模型箱1为顶部可开闭的密封箱体结构，该密封箱体结构由若干板体6连接而成，每个所述板体6内侧均依次铺设有保温板7和导热板8；所述密封箱体结构至少一侧的板体6还安装有透明保温玻璃9，所述监测***5设置于密封模型箱1内和/或透明保温玻璃9外。
在具体实施时，密封模型箱1可由若干板体6焊机而成，其顶部可通过铰接件如铰链、合页等连接可转动的板体形成可开闭的盖体，或通过活动件如卡扣等实现可取放的活动盖体，进而形成顶部可开闭的密封箱体结构，同时在任意侧壁，例如四个侧壁的任意侧壁上设置开口并安装透明保温玻璃9，以便通过透明保温玻璃9观察内部斜坡模型2的破坏过程，安装透明保温玻璃9的周围最好利用密封胶进行密封。进一步的，板体6可采用低温碳素结构钢Q235E钢板。进一步的，保温板7采用聚氨酯保温泡沫板，导热板8采用铝板。
在具体实施时，所述斜坡模型2设置于密封模型箱1内并与密封模型箱1的四个侧壁接触；其中，所述斜坡模型2的斜坡面和背侧面与密封模型箱1的侧壁之间均设置有吸能边界板10；所述密封模型箱1与斜坡模型2剩余的两个竖直侧面接触的区域还设置有聚乙烯材料层。
在试验过程中，斜坡模型2与密封模型箱1的四个侧壁接触，进而可通过密封模型箱1的四个侧壁进行限位，确保在试验时斜坡模型2不会移位而影响试验结果，同时为了确保试验的数据准确，提高还原度，本实施例通过设置吸能边界板10，可利用吸能边界板10作为吸波层，以减小地震波在边界的反射，同时利用聚乙烯材料层减小密封模型箱1侧壁的摩擦约束对试验结果的影响，进而确保斜坡模型2在试验过程中不会被其余因素作用而造成试验的数据出现偏差，提高试验精度及试验结果的准确性。
需要说明的是，斜坡模型2的背侧面是指其与密封模型箱1内壁贴合的一面，而与斜坡模型2的背侧面相对的侧面则为斜坡模型2的斜坡面，斜坡面至少部分或全部为倾斜的边坡结构。
作为具体的实施方式，吸能边界板10可采用聚苯乙烯泡沫板。进一步的，聚苯乙烯泡沫板的厚度在15~25cm。具体的，聚苯乙烯泡沫板的厚度为20cm。
作为具体的实施方式，聚乙烯材料层可采用聚乙烯薄膜。聚乙烯薄膜为透明薄膜，当使用时其可直接粘接在密封模型箱1侧壁即可，且其厚度较薄，也不会影响到斜坡模型2的实际尺寸需求和安装。
继续参阅图1-图3，斜坡模型2主要用于真实还原高寒地区斜坡结构。
在具体实施时，振动台试验要求保持原型和模型之间的相似性，基于Buckinghamπ定理，由振动台台面尺寸确定边坡原型和模型的相似比。对选取的原型边坡现场取样，经过室内直剪试验和单轴压缩等一系列力学性能试验测得原型边坡岩体和结构面的强度参数。经过一系列相似材料配比的正交试验结果，选取最优的相似材料配比。在边坡模型的施工过程中，根据体积控制原则自下而上分层填筑，形成所述斜坡模型2。
需要说明的是，斜坡模型2的设计在现有技术中属于比较常见的缩尺模型技术，其实际根据需要模拟的地质环境和参数即可计算得到，本领域技术人员通过现有技术即可实现，因此本实施例不再具体累述其具体制备过程。
如图2、图4所示，降雨模拟***3主要用于对斜坡模型2进行降雨模拟。
在具体实施时，降雨模拟***3包括依次连通的供水管路、循环管路11及排水管路，所述供水管路和排水管路均设置于密封模型箱1外，所述循环管路11设置于密封模型箱1内并位于斜坡模型2上方，且所述循环管路11还连接有若干均匀分布的喷头12。
在使用时，供水管路为循环管路11提供介质水，通过喷头12喷出进行降雨，而排水管路则可排出密封模型箱1内多余介质水，并且对斜坡模型2造成影响。
作为具体的实施方式，循环管路11主要有外部的环管及设置于环管内侧并与环管连通的若干支管，环管、支管上均设置有若干喷头12进行均匀降雨，进而覆盖斜坡模型2的顶部及斜坡面，确保降雨面积和降雨区域需求。
作为具体的实施方式，供水管路包括依次管路连通的第一蓄水池13、第一抽水泵14，第一抽水泵14的出口端与循环管路11连通；排水管路包括依次管路连通的第二蓄水池15、第二抽水泵16，第二抽水泵16的进口端则与密封模型箱1的内侧底部连通。在具体实施过程中，第一蓄水池13和第二蓄水池15可采用同一结构，进而实现用水循环。
如图1所示，制热和制冷***4主要用于对密封模型箱1内温度进行制热或制冷，以控制其内温度变化，实现斜坡模型2冻融循环模拟。
在具体实施时，所述制热和制冷***4包括制热***和制冷***，所述制热***设置于密封模型箱1内顶部并与所述降雨模拟***3通过隔板17隔开，所述制冷***设置于密封模型箱1内的四侧壁和底部。
如图5、图6所示，作为具体的实施方式，制热***包括PTC加热器18及位于PTC加热器18两侧的水汽收集装置；其中，所述水汽收集装置包括多孔槽形外壳19及设置于多孔槽形外壳19内的高分子吸水树脂填料20。
使用时，PTC加热器18与外部电源或控制***连接可实现其开闭或自动开闭，进而实现远程操作，但需要提高密封模型箱1内温度时，即可开启PTC加热器18，而在试验过程中，由于可能还需要同时模拟降雨，因此密封模型箱1内可能会因为降雨和加热导致其内水汽增多、空气湿度增大，不仅可能影响其内PTC加热器18使用，也会改变模拟环境，且当设置有透明保温玻璃9时也会在玻璃表面产生冷凝水而影响观测，故本实施例通过设置水汽收集装置来吸附密封模型箱1内水汽，进而保持箱内空气湿度恒定，水汽通过多孔槽形外壳19的孔结构即可进入多孔槽形外壳19内，从而被其内高分子吸水树脂填料20吸附。
在具体实施时，PTC加热器18、多孔槽形外壳19外侧均可设置相应的挂壁支架，密封模型箱1内可设置相应的配对结构如卡槽、台阶等，进而利用挂壁支架和配对结构配合实现二者的可拆卸连接，装卸方便。
在具体实施时，多孔槽形外壳19为底部和侧壁均设置若干通孔的槽体结构，其内高分子吸水树脂填料20填充其内极易通过通孔掉落，因此，多孔槽形外壳19的底部和/或侧壁均可铺设一层吸水层，如棉布、纸巾等，不仅能确保高分子吸水树脂填料20不会掉落，同时也能通过吸水层将水汽吸附并扩散，进而确保高分子吸水树脂填料20的吸附面积和效果，一举多得。
如图7、图8所示，所述制冷***包括设置于密封模型箱1内的四侧壁和底部的蒸发管21，蒸发管21连通有设置于密封模型箱1外的介质循环管路***，介质循环管路***的管路内填充有制冷剂；
所述介质循环管路***包括压缩机22，其中，压缩机22的出口端依次连通有冷凝器23、节流阀24及毛细管25，毛细管25连通所述蒸发管21的入口端；所述压缩机22的入口端与所述蒸发管21的出口端连通。
使用时，制冷剂在介质循环管路***内循环，当液态制冷剂其通过蒸发管21时，蒸发管21温度低于密封模型箱1内温度，进而其吸附密封模型箱1内热量并通过制冷剂气化带走回到压缩机22，通过压缩机22压缩后进入冷凝器23进行换热，将热量散发后形成液态通过节流阀24及毛细管25增压后重新进入至蒸发管21，进而形成循环制冷。
基于此，通过制冷***的制冷和制热***的制热，即可对密封模型箱1内实现冻融循环。
继续参阅图3，监测***5主要用于检测斜坡模型2变形直至失稳破坏过程的各项数据。
在具体实施时，监测***5包括红外热像仪26、高速摄像机27、环境温度传感器28和温度显示器29；其中，所述环境温度传感器28设置于密封模型箱1内侧四个边角位置；所述红外热像仪26、高速摄像机27设置于透明保温玻璃9外；所述温度显示器29设置于密封模型箱1任意外侧壁，所述温度显示器29与所述环境温度传感器28信号连接。
基于此，在试验过程中，环境温度传感器28可以实时检测密封模型箱1温度，确保在制冷或制热时存在数据参考，确保冻融循环中不同阶段的温度控制，同时也可以通过温度显示器29实时的进行读取，方便试验，而红外热像仪26则可以监测斜坡模型2温度全尺度变化情况，高速摄像机27则用于实时记录斜坡模型2的破坏过程，进而全面的检测和获取试验过程数据，为后续试验分析提供数据支持。
在具体实施时，所述监测***5还包括有速度计、土压力计、位移计及水分计，速度计、土压力计及位移计可安装于斜坡模型2的试验设计位置，进而可以获取斜坡模型2在地震作用渐进破坏过程中的破坏速度、压力及振动变化数据，为实验提供精准的数据来源，而水分计则可设置于斜坡模型2上或密封模型箱1内，用于检测斜坡模型2水分含量变化或密封模型箱1内湿气。
在具体实施时，试验***还包括有控制***，上述的降雨模拟***3、制热和制冷***4及监测***5均可与控制***连接，进而可以通过控制***自动可供降雨量、降雨强度、制热或制冷温度与时长、及自动获取和处理检测数据，进而实现自动化控制。
以上即为模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***的全部内容，为了更好的理解和实施，本发明第二个实施例还基于该试验***，公开了一种模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验方法，该方法包括以下步骤：
S1、根据模拟要求，在密封模型箱1内安装降雨模拟***3、制热和制冷***4，并在密封模型箱1一侧安装透明保温玻璃9。
S2、根据需要模拟的斜坡地质条件，确定斜坡模型2的材料组成与配比，并搭建斜坡模型2，搭建斜坡模型2时根据体积控制原则自下而上分层填筑，并在斜坡模型2的试验设计位置布设数据采集传感器用于采集斜坡模型在地震作用下的动力响应数据。
需要说明的是，数据采集传感器可以是速度计、土压力计、位移计及水分计中的一种或多种，可根据试验需要选择安装。
S3、在密封模型箱1的试验设计位置安装环境温度传感器28。
需要说明的是，当密封模型箱1还设置有温度显示器29时，环境温度传感器28完成后还需与温度显示器29实现信号连接以便于温度显示器29获取温度数据以显示。
S4、将密封模型箱1固定于地震模拟振动台台面，并在透明保温玻璃9外安装红外热像仪26、高速摄像机27；
S5、检查密封模型箱1密闭性，启动制冷***，实现对斜坡模型2的冷冻，达到设定冷冻温度后，关闭制冷***，打开制热***，实现对斜坡模型2的加热，加热至设计温度后又再次启动制冷***，实现冻融循环过程，并通过环境温度传感器28实时采集密封模型箱1内温度的变化；
S6、根据模拟地震特征，输入地震特征参数，启动地震模拟振动台，进行地震模拟；
S7、启动降雨模拟***3，进行斜坡降雨模拟；
S8、持续对应试验时长后，分析冻融循环、地震以及降雨耦合作用下斜坡模型的变形、失稳直至下滑破坏的机制与强度参数的时空变异性，完成模拟试验。
本方法通过真实模拟高寒地区斜坡模型的环境因素，通过制冷和加热***实现边坡岩体的冻融循环，降雨模拟***实现不同降雨强度和雨量，进而结合地震模拟振动台，实现了模型在地震诱发滑坡灾害、地震与降雨耦合作用诱发滑坡灾害、冻融循环与地震耦合作用诱发滑坡灾害的真实模拟和相互耦合，进而通过模拟高寒地区边坡在地震、降雨、冻融循环三种环境因素共同耦合作用下，获取其变形直至失稳破坏的过程数据，掌握地震、气候变化等实际环境中的山地灾害形成机理，加强灾害风险源的判别能力，进而可对实际工程、灾害防治起到很好的指导效果，因此具有广泛的应用前景。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***，其特征在于，包括：
密封模型箱，用于安装斜坡模型，并可与地震模拟振动台配对以模拟地震作用；
降雨模拟***，连接于密封模型箱内并位于斜坡模型上方，用于模拟真实斜坡在不同降雨持续时间和降雨强度的工况；
制热和制冷***，设置于密封模型箱内，用于模拟真实斜坡的冻融循环作用；以及，
监测***，用于检测斜坡模型变形直至失稳破坏过程的各项数据。
2.根据权利要求1所述的模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***，其特征在于，所述密封模型箱为顶部可开闭的密封箱体结构，该密封箱体结构由若干板体连接而成，每个所述板体内侧均依次铺设有保温板和导热板；
所述密封箱体结构至少一侧的板体还安装有透明保温玻璃，所述监测***设置于密封模型箱内和/或透明保温玻璃外。
3.根据权利要求2所述的模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***，其特征在于，所述监测***包括红外热像仪、高速摄像机、环境温度传感器和温度显示器；
其中，
所述环境温度传感器设置于密封模型箱内侧四个边角位置；
所述红外热像仪、高速摄像机设置于透明保温玻璃外；
所述温度显示器设置于密封模型箱任意外侧壁，所述温度显示器与所述环境温度传感器信号连接。
4.根据权利要求1所述的模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***，其特征在于，所述斜坡模型设置于密封模型箱内并与密封模型箱的四个侧壁接触；
其中，
所述斜坡模型的斜坡面和背侧面与密封模型箱的侧壁之间均设置有吸能边界板；
所述密封模型箱与斜坡模型剩余的两个竖直侧面接触的区域还设置有聚乙烯材料层。
5.根据权利要求1所述的模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***，其特征在于，所述降雨模拟***包括依次连通的供水管路、循环管路及排水管路，所述供水管路和排水管路均设置于密封模型箱外，所述循环管路设置于密封模型箱内并位于斜坡模型上方，且所述循环管路还连接有若干均匀分布的喷头。
6.根据权利要求1所述的模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***，其特征在于，所述制热和制冷***包括制热***和制冷***，所述制热***设置于密封模型箱内顶部并与所述降雨模拟***通过隔板隔开，所述制冷***设置于密封模型箱内的四侧壁和底部。
7.根据权利要求6所述的模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***，其特征在于，所述制热***包括PTC加热器及位于PTC加热器两侧的水汽收集装置；
其中，
所述水汽收集装置包括多孔槽形外壳及设置于多孔槽形外壳内的高分子吸水树脂填料。
8.根据权利要求6所述的模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验***，其特征在于，所述制冷***包括设置于密封模型箱内的四侧壁和底部的蒸发管，蒸发管连通有设置于密封模型箱外的介质循环管路***，介质循环管路***的管路内填充有制冷剂；
所述介质循环管路***包括压缩机，其中，压缩机的出口端依次连通有冷凝器、节流阀及毛细管，毛细管连通所述蒸发管的入口端；所述压缩机的入口端与所述蒸发管的出口端连通。
9.模拟高寒地区斜坡在多环境因素耦合下的试验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、根据模拟要求，在密封模型箱内安装降雨模拟***、制热和制冷***，并在密封模型箱一侧安装透明保温玻璃；
S2、根据需要模拟的斜坡地质条件，确定斜坡模型的材料组成与配比，并搭建斜坡模型，搭建斜坡模型时根据体积控制原则自下而上分层填筑，并在斜坡模型的试验设计位置布设数据采集传感器用于采集斜坡模型在地震作用下的动力响应数据；
S3、在密封模型箱的试验设计位置安装环境温度传感器；
S4、将密封模型箱固定于地震模拟振动台台面，并在透明保温玻璃外安装红外热像仪、高速摄像机；
S5、检查密封模型箱密闭性，启动制冷***，实现对斜坡模型的冷冻，达到设定冷冻温度后，关闭制冷***，打开制热***，实现对斜坡模型的加热，加热至设计温度后又再次启动制冷***，实现冻融循环过程，并通过环境温度传感器实时采集密封模型箱内温度的变化；
S6、根据模拟地震特征，输入地震特征参数，启动地震模拟振动台，进行地震模拟；
S7、启动降雨模拟***，进行斜坡降雨模拟；
S8、持续对应试验时长后，分析冻融循环、地震以及降雨耦合作用下斜坡模型的变形、失稳直至下滑破坏的机制与强度参数的时空变异性，完成模拟试验。
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