CN116773139A - 试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种试验装置，涉及地质灾害模型试验技术领域，试验装置包括盛液箱、岸坡模型、水纹生成组件和摄像头。盛液箱具有用于盛装液体的容置槽，岸坡模型设于盛液箱，岸坡模型的表面形成有斜坡，斜坡的至少一部分位于容置槽，以使斜坡位于容置槽的水中。本发明在试验过程中，可以先向盛液箱的容置槽内倒入适量的水，直至淹没一部分斜坡，再将浮体放置在水面，控制驱动机构带动浮体在水面上活动而产生水纹波，水纹波能够对岸坡模型的斜坡进行冲击，摄像头能够监测斜坡在水纹波的冲击下产生的位移变化。相较于现有技术，本发明斜坡在位于水中的同时受到水纹波的冲击得到的试验结果更贴近于实际情况，测量更为准确。

Description

试验装置

技术领域

本发明涉及地质灾害模型试验技术领域，尤其涉及一种试验装置。

背景技术

河道岸坡在长时间的降雨以及波浪的冲刷作用下会破坏河道岸坡表层的护坡结构导致河道岸坡的水土流失，引起河道岸坡变形，最终发生滑坡现象。

目前我国对河道岸坡变形的研究分为室外试验研究和室内模型试验。在室外的现场试验中，只能依靠自然降雨，不能控制降雨的时长，降雨方向以及降雨强度，所以试验的周期十分长，所以后面就将试验转成室内模型试验。例如公告号为CN105510556A公开的滑坡模型试验用装置及方法，包括滑坡模型、模型箱、降雨***、供水***、水回收***、库水位升降***、滑坡模型外部数据采集设备、滑坡模型内部数据采集设备，本装置能在短时间内模拟实现水位变化及降雨强度，全方位自动化控制，提高滑坡模型试验用装置的精度。

然而，该现有专利所公开的技术方案还是存在一些缺陷，例如它只能模拟不同水位状态下的滑坡试验，无法模拟水纹波对滑坡的冲击试验。而在自然状态下，通常水纹波对滑坡冲击的场景较多，所以现有技术仅通过不同水位对滑坡冲击的试验获得的数据不够准确。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种试验装置，解决现有技术中滑坡模型试验用装置无法模拟水纹波对滑坡的冲击试验，仅通过水位对滑坡冲击的试验获得的数据不够准确的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种试验装置，包括：

盛液箱，具有用于盛装液体的容置槽；

岸坡模型，设于所述盛液箱，所述岸坡模型的表面形成有斜坡，所述斜坡的至少一部分位于所述容置槽；

水纹生成组件，包括相连接的浮体和驱动机构，所述驱动机构能够带动所述浮体在所述容置槽的液面上活动，以使所述容置槽的液面形成用于冲击所述斜坡的水纹波；

摄像头，设于所述斜坡的上方，所述摄像头用于监测所述斜坡在所述水纹波的冲击下产生的位移变化。

在其中一个实施例中，所述驱动机构包括牵引绳，所述牵引绳连接所述浮体，所述驱动机构能够通过所述牵引绳牵拉所述浮体在所述容置槽的液面上活动。

在其中一个实施例中，所述驱动机构还包括支架、传动带、第一转轮和第二转轮，所述第一转轮和所述第二转轮均转动设于所述支架上，所述传动带同时套接于所述第一转轮和所述第二转轮，所述传动带连接所述牵引绳，所述第一转轮和所述第二转轮中的至少一者能够转动而带动所述传动带运动，以使所述传动带带动所述牵引绳牵拉所述浮体活动。

在其中一个实施例中，所述驱动机构还包括设于所述第一转轮的第一摇杆以及设于所述第二转轮的第二摇杆，所述第一摇杆能够在外力的驱使下带动所述第一转轮转动，所述第二摇杆能够在外力的驱使下带动所述第二转轮转动。

在其中一个实施例中，所述驱动机构还包括电机和驱动杆，所述驱动杆的一端连接所述电机，另一端连接所述第一转轮，所述电机能够通过所述驱动杆带动所述第一转轮转动。

在其中一个实施例中，所述驱动机构还包括变频器，所述变频器连接所述电机，以调节所述电机带动所述驱动杆的转速。

在其中一个实施例中，所述驱动机构还包括设于所述支架底部的万向轮，所述驱动机构能够通过所述万向轮在地面滑动而调节位置。

在其中一个实施例中，所述试验装置还包括抽水管、喷水头和水泵，所述抽水管的一端位于所述容置槽，所述抽水管的另一端位于所述斜坡的上方，所述喷水头设于所述抽水管远离所述容置槽的一端，所述水泵设于所述抽水管，用于驱使所述容置槽的液体经过所述抽水管从所述喷水头喷洒至所述斜坡上。

在其中一个实施例中，所述试验装置还包括设于所述斜坡的土壤水份传感器和应力传感器。

在其中一个实施例中，所述浮体具有用于装载重物的容纳空间。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明在试验过程中，可以先向盛液箱的容置槽内倒入适量的水，再将浮体放置在水面，控制驱动机构带动浮体在水面上活动而产生水纹波，水纹波能够对岸坡模型的斜坡进行冲击。斜坡的至少一部分位于容置槽的水中，摄像头能够监测斜坡在水纹波的冲击下产生的位移变化，从而记录试验结果。相较于现有技术，无法制造水纹波对斜坡产生冲击，本发明的斜坡在位于水中的同时受到水纹波的冲击得到的试验结果更贴近于实际情况，测量更为准确。

附图说明

图1是本发明试验装置的一个视角的结构示意图；

图2是本发明试验装置的另一个视角的结构示意图；

图3是本发明岸坡模型的结构示意图；

图4是本发明分支管的结构示意图；

图5是本发明水纹生成组件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做清楚、完整的描述。显然，以下描述的具体细节只是本发明的一部分实施例，本发明还能够以很多不同于在此描述的其他实施例来实现。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

参考图1，本发明提供了一种试验装置100，该试验装置100能够在室内模拟降雨以及激发水纹波，并且能够有效地测量河道岸坡在不同程度降雨及水纹波的冲击下产生的位移变化，不仅试验方便，且测量更为准确，更具有参考价值。

参考图1，试验装置100包括盛液箱1、岸坡模型2、摄像头3、水循环组件4、水纹生成组件5和计算机6，其中，岸坡模型2和水循环组件4均设于盛液箱1，摄像头3设于水循环组件4，摄像头3连接计算机6。

盛液箱1的顶部具有用于盛装液体的容置槽11，该容置槽11可以盛装水或者其它用于试验的液体7，该液体7主要用于形成冲击岸坡模型2的水纹波。

盛液箱1的容置槽11还设置有泥沙滤网12，泥沙滤网12的孔径小于1mm，用于格挡由岸坡模型2掉落下来的泥沙，避免泥沙堵塞水循环组件4而影响水循环。

岸坡模型2可以使用泥沙和泥土混合制造而成，与真实的河岸斜坡材料相同，以便于模拟真实的河岸斜坡。

岸坡模型2设于盛液箱1的一侧，岸坡模型2包括斜坡21，该斜坡21的倾斜角不限，可以是锐角。在一较优的实施例中，斜坡21的倾斜角设为45°，以使斜坡21在受到水的冲击时能够产生明显的位移变化，测量方便。另外，斜坡21可以是平面状，也可以是曲面状，在此不作限定。

斜坡21的下半部分位于容置槽11，以便于接收容置槽11的水纹波的冲击。在其它实施例中，斜坡21还可以全部位于容置槽11，在此不作限定。

参考图3，岸坡模型2内部预埋有土壤水分传感器22，土壤水分传感器22连接计算机6。土壤水分传感器22用于测量岸坡模型2的土壤含水率变化，还能够将该测量数据传输至计算机6，以供试验人员参考。另外，土壤水分传感器22可以设置多个，多个土壤水分传感器22均匀间隔地布置于岸坡模型2内部，以使测量的岸坡模型2的土壤含水率数据更准确。

斜坡21表面设置有应力传感器23，应力传感器23连接计算机6。应力传感器23用于检测斜坡21在受到水循环组件4的降雨和水纹生成组件5产生的水纹波冲刷时所受到的应力大小，该应力数据可以传输至计算机6，以供试验人员参考。另外，应力传感器23可以设置多个，多个应力传感器23均匀间隔地布置于斜坡21，以使斜坡21在受到水循环组件4的降雨和水纹生成组件5产生的水纹波冲刷时，测量的数据更准确。

参考图1和图2，水循环组件4包括抽水管41、喷水头42和水泵43，其中，水泵43设于抽水管41上，喷水头42设于抽水管41远离容置槽11的端部。

抽水管41的一端***容置槽11，用于与容置槽11的水流通；抽水管41的另一端位于斜坡21的上方，该端部安装喷水头42，可理解为，喷水头42也位于斜坡21的上方。在水泵43的带动下，容置槽11的水能够通过抽水管41的一端流至另一端的喷水头42，喷水头42将水以花洒的形式喷洒至斜坡21，从而模拟人工降雨。

抽水管41包括主管411和分支管412，分支管412可拆卸插接于主管411，主管411与分支管412的连接处可使用遇水膨胀胶密封粘接，避免漏水。

主管411上设置有水泵43，主管411的一端伸入容置槽11，水泵43在工作时能够将容置槽11的水抽吸至主管411，再由主管411带动至分支管412。

分支管412的数量为多个，多个分支管412均插接于主管411。主管411能够将水输送至多个分支管412，使多个分支管412均洒水，以便于扩大降雨面积。

参考图4，每个分支管412均呈L形，分支管412远离主管411的端部均设置有多个喷水头42和多个摄像头3，多个喷水头42和多个摄像头3沿着相应分支管412的长度延伸方向均匀间隔交错设置，有利于扩大喷水头42的降雨面积以及扩大拍摄面积。

水泵43可以为变频泵，水泵43能够调节输出功率，以控制对容置槽11的抽水速率，进而调节喷水头42的喷水速率，调节降雨的大小。

摄像头3设于分支管412远离主管411的端部，摄像头3的镜头垂直向下对准斜坡21靠近液面的位置。斜坡21在不同的降雨程度及不同程度的水纹波的冲击下产生的位移变化可以在摄像头3的成像中实时分析出来。摄像头3还连接计算机6，摄像头3所得到的数据可以在计算机6中显示出来，以便于试验人员直观地参考。

摄像头3的数量可以为多个，多个摄像头3可以同时测量斜坡21产生的位移变化。当多个摄像头3测得的距离不同且偏差不大时，可取平均值，以提高测量的准确性。

喷水头42的数量也可以为多个，多个喷水头42呈线性间隔布置于分支管412，以扩大喷水面积，喷洒的水能够覆盖整个斜坡21，以便于模拟真实的降雨场景。

参考图5，水纹生成组件5包括支架51、驱动机构52和浮体53，其中，驱动机构52设于支架51，驱动机构52连接浮体53，用于带动浮体53在容置槽11的液面上活动而产生水纹波，该水纹波能够冲击岸坡模型2的斜坡21。

支架51的底部具有多个万向轮511，支架51通过万向轮511支撑在地面，能够通过万向轮511在地面上移动，以调节水纹生成组件5的浮体53的位置。

每个万向轮511上还设置有脚刹512，脚刹512用于对万向轮511解锁或锁定。当脚刹512锁定万向轮511时，万向轮511无法滚动。当脚刹512解锁万向轮511时，万向轮511能够在地面滚动。

浮体53的密度小于水，例如浮体53的材质可以是泡沫，以便于漂浮在水面。浮体53的形状不限，例如可以制作成船的形状，以便于浮体53在水面行驶产生的水纹波更真实地贴于实际，对斜坡21产生的冲击力更为真实，测得的数据更具有参考价值。

驱动机构52包括第一转轮521、第二转轮522、第一动力箱523、第二动力箱524、传动带525和牵引绳526，其中，第一转轮521和第二转轮522均转动设于支架51，传动带525同时套接于第一转轮521和第二转轮522，使得第一转轮521和第二转轮522能够通过传动带525同步转动。

牵引绳526的一端连接传动带525，牵引绳526的另一端连接于浮体53。当第一转轮521和/或第二转轮522转动时，可带动传动带525运动，从而传动带525通过牵引绳526带动浮体53在容置槽11的液面上活动而产生水纹波。

可以理解，在其它实施例中，还可以通过其它的方式驱使浮体53在水面上运动而产生水纹波，例如直接将一个驱动气缸的伸缩杆连接浮体53，通过驱动气缸带动伸缩杆伸缩而驱使浮体53来回运动。

传动带525的运动方向垂直于斜坡21的斜面延伸方向，所以浮体53在水面的运动方向也垂直于斜坡21的斜面延伸方向。在其它实施例中，传动带525的运动方向也可以沿其它角度布置，例如传动带525的运动方向垂直于斜坡21的斜面延伸方向呈45°或者60°夹角设置，在此情况下，若浮体53的运动速度不变，那么浮体53产生的水波纹对斜坡21形成的冲击力可能会不同。试验人员可以调整传动带525的运动方向，以对斜坡21形成不同方向的水波纹，从而更加真实地贴近实际，测得的数据更有参考价值。

第一转轮521上设置有第一摇杆527，第二转轮522上设置有第二摇杆528，试验人员可以手动操作第一摇杆527和第二摇杆528中的至少一者，即可带动传动带525运动，进而通过传动带525和牵引绳526带动浮体53在水面上活动。

除了通过第一摇杆527和第二摇杆528手动驱使浮体53运动以外，在其它实施例中，还可以通过控制第一动力箱523和/或第二动力箱524自动控制浮体53运动，以节省人力。

第一动力箱523和第二动力箱524的结构一致，第一动力箱523连接第一转轮521，以带动第一转轮521转动。第二动力箱524连接第二转轮522，以带动第二转轮522转动。

第一动力箱523包括盒体5231以及设于盒体5231的启动按键5232、变速按键5233、电机(图中未示出)、驱动杆5234和变频器(图中未示出)，其中，盒体5231安装于支架51上，变频器连接变速按键5233和电机，电机连接启动按键5232及驱动杆5234，电机能够在启动按键5232的控制下带动驱动杆5234转动，驱动杆5234远离电机的另一端连接第一转轮521，所以驱动杆5234能够带动第一转轮521转动。

变频器能够在变速按键5233的控制下改变电机的转速，从而改变第一转轮521的转速，进而改变浮体53在水面上的运动速度。当浮体53在水面上的运动速度不同时，浮体53在水面产生的水纹波的大小不同，对斜坡21的冲击程度也不同。因此，用户可以根据实际试验需要，选择性地按压变速按键5233，以记录斜坡21在不同水纹波冲击下产生的位移变化。变速按键5233可以设置三个档位或者更多的档位，以使浮体53能够以多种不同的速度在水面上产生不同的水纹波。

第二动力箱524与第一动力箱523的结构一致，所以试验人员可以控制第二动力箱524或者第一动力箱523，或者同时控制第二动力箱524与第一动力箱523工作，以驱使浮体53在水面运动产生水纹波。

在实际试验中，可以将容置槽11的水淹没斜坡21的一部分，然后启动水泵43控制喷水头42对斜坡21实施降雨，同时控制浮体53产生水纹波对斜坡21产生冲击。在这三种工况的交叉及同时实施下，能够更为真实地还原斜坡21在自然场景下所处的环境，能够更为真实地测得斜坡21在这些工况下产生的位移变化，为后续在实际的防护河道岸坡防护工作中提供更具意义的参考价值。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、替换及改进，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (10)

1.一种试验装置，其特征在于，包括：

盛液箱，具有用于盛装液体的容置槽；

岸坡模型，设于所述盛液箱，所述岸坡模型的表面形成有斜坡，所述斜坡的至少一部分位于所述容置槽；

水纹生成组件，包括相连接的浮体和驱动机构，所述驱动机构能够带动所述浮体在所述容置槽的液面上活动，以使所述容置槽的液面形成用于冲击所述斜坡的水纹波；

摄像头，设于所述斜坡的上方，所述摄像头用于监测所述斜坡在所述水纹波的冲击下产生的位移变化。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述驱动机构包括牵引绳，所述牵引绳连接所述浮体，所述驱动机构能够通过所述牵引绳牵拉所述浮体在所述容置槽的液面上活动。

3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述水纹生成组件包括支架，所述驱动机构还包括传动带、第一转轮和第二转轮，所述第一转轮和所述第二转轮均转动设于所述支架上，所述传动带同时套接于所述第一转轮和所述第二转轮，所述传动带连接所述牵引绳，所述第一转轮和所述第二转轮中的至少一者能够转动而带动所述传动带运动，以使所述传动带带动所述牵引绳牵拉所述浮体活动。

4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述驱动机构还包括设于所述第一转轮的第一摇杆以及设于所述第二转轮的第二摇杆，所述第一摇杆能够在外力的驱使下带动所述第一转轮转动，所述第二摇杆能够在外力的驱使下带动所述第二转轮转动。

5.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述驱动机构还包括电机和驱动杆，所述驱动杆的一端连接所述电机，另一端连接所述第一转轮，所述电机能够通过所述驱动杆带动所述第一转轮转动。

6.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于，所述驱动机构还包括变频器，所述变频器连接所述电机，以调节所述电机带动所述驱动杆的转速。

7.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述驱动机构还包括设于所述支架底部的万向轮，所述驱动机构能够通过所述万向轮在地面滑动而调节位置。

8.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括抽水管、喷水头和水泵，所述抽水管的一端位于所述容置槽，所述抽水管的另一端位于所述斜坡的上方，所述喷水头设于所述抽水管远离所述容置槽的一端，所述水泵设于所述抽水管，用于驱使所述容置槽的液体经过所述抽水管从所述喷水头喷洒至所述斜坡上。

9.根据权利要求8所述的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括设于所述斜坡的土壤水份传感器和应力传感器。

10.根据权利要求8所述的试验装置，其特征在于，所述浮体具有用于装载重物的容纳空间。