CN116840450B - 基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置及方法，包括：底座和雨量模拟器，雨量模拟器可以进行升降及转向调节；底座的上方设置有模拟箱，模拟箱内设置有若干活动块，每个活动块可进行单独的升降；模拟箱的下方设置有雨水收集布，雨水收集布的底部设置有雨水收集筒，雨水收集筒固定在底座上，雨水收集布的底部侧面设置有放水阀。试验方法包括步骤S1‑S11。再现断层的形成过程，实现岩层中断层破坏的复现，真实模拟断层、降雨及振动对挖掘工作面的掘进及地表变形破坏带来的影响。试验得到的数据和现象能真实反应目标区域的断层、裂隙变化过程、水土流失过程以及降雨、震动对边坡、地表变形破坏的影响，精度、可行性高。

Description

基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置及方法

技术领域

本发明涉及地质构造演变研究技术领域，具体涉及一种基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置及方法。

背景技术

物理模型试验方法是目前岩石力学研究常用的方法之一，所谓物理模型试验是将现场实际的缩放模型置于实验体（如模型架、风洞、水槽等）内，以相似理论为基础，在满足基本相似条件（包括几何、运动、热力、动力和边界条件相似）下，通过在模型上的试验所获得的某些量间的规律再回推到原型上，从而获得对原型的规律性认识，以此模拟真实过程主要特征的实验方法。相似模型试验广泛应用于水利水电、采矿、地质、土木、铁道等研究领域。

目前在岩层移动、变形研究中常用的模型按空间形态和受力状态分为立体模型、平面应变模型和平面应力模型三种；按相似条件和实验目的分为地质力学模型和单因素相似模型两类。目前不论是立体模型、平面应变模型还是平面应力模型均属于固定模型，即在实验前事先设定好试验条件，然后再进行模型的铺设与开挖研究，其不足之处是岩层中的断层、裂隙是事先人工做成的，模拟不能准确真实的反映地质构造中的断层、裂隙等对周围岩体产生的破坏影响，其次就是现有的模型只能进行固定的实验模型，不能再现地形、地貌形成过程，以及不同地形地貌下岩层的破坏情况。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置及方法，可以在试验过程中演示地层结构变化的过程，再现岩层内部的构造变化。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置，其特征在于，包括底座和雨量模拟器，底座的四个角上均设置有支撑杆，每根支撑杆上均设置有第一电动伸缩杆，第一电动伸缩杆的上端设置有第一万向活动机构，雨量模拟器下端的四个角上设置有第一万向活动机构；

底座的上方设置有方形的模拟箱，模拟箱的上端开口，模拟箱的底部设置有若干通孔，模拟箱内设置有若干活动块，若干活动块水平铺设成一整块支撑板，每个活动块的下端均设置有第二电动伸缩杆，第二电动伸缩杆的下端固定在C形滑块上，模拟箱的底部平行设置有若干滑轨，C形滑块活动设置在滑轨上；

模拟箱的下方设置有雨水收集布，雨水收集布为防水牛津布，雨水收集布成下凹的半球状，雨水收集布的边沿设置有若干挂钩，挂钩悬挂在支撑杆上和支撑杆之间设置的挂环上；雨水收集布的底部设置有出水口，出水口的下方设置有雨水收集筒，雨水收集筒的下端设置有加热器和称重装置，雨水收集筒安装在底座上；

模拟箱底部的四个角上均设置有第三电动伸缩杆，第三电动伸缩杆的下端固定在底座上；模拟箱底部与第三电动伸缩杆的上端之间设置有第二万向活动机构；第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆、雨量模拟器和雨水收集筒均与试验控制器电连接。

进一步地，雨量模拟器包括模拟器支架，模拟器支架的上端均匀设置有若干平行的排水管，每根排水管的下端均设置有若干降雨喷头，若干降雨喷头均匀分布在排水管上；且排水管之间的间距等于降雨喷头之间的间距，降雨喷头为旋转喷头；若干排水管的一端均通过连接管与进水管连接，进水管的一端通过输水管与供水箱的底部连接，供水箱的上端通过供压管与供压机连接，供压机与试验控制器电连接。

进一步地，连接管上设置有第一电磁阀和流量传感器，输水管上设置有第二电磁阀，输水管上设置有方便调整模拟器支架高度的伸缩软管段，第一电磁阀、流量传感器和第二电磁阀均与试验控制器电连接。

进一步地，供水箱内设置有液位传感器，供水箱上设置有压力传感器，供水箱的上端设置有补水管，补水管通过补水泵与试验室的供水***连接，供压管上设置有第三电磁阀，液位传感器、压力传感器、第三电磁阀和补水泵均与试验控制器电连接。

进一步地，第一万向活动机构和第二万向活动机构为相同结构，第一万向活动机构和第二万向活动机构均包括平行的第一支撑板和第二支撑板，第一支撑板和第二支撑板之间设置有第一直线移动模组和第二直线移动模组，第一直线移动模组和第二直线移动模组相互叠加且垂直，且第一直线移动模组和第二直线移动模组分别与模拟箱相邻两边平行，第一直线移动模组和第二直线移动模组均与试验控制器电连接，第二支撑板的下端设置有万向球头结构。

进一步地，C形滑块的侧面贯穿设置有限位螺钉，限位螺钉与C形滑块螺纹连接。

进一步地，还包括隔离罩，隔离罩采用亚克力板或玻璃透明材质，隔离设置在试验装置的外部。

进一步地，模拟箱的底部设置有振动器。

提供一种采用上述基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置的试验方法，其包括以下步骤：

S1：在滑轨上安装活动块，并调整第二电动伸缩杆下降到最低高度，使每块活动块的高度一致，拼接成一整块支撑板；

S2：采集目标区域的地层参数，地层参数包括地层深度、地层类型、高差和坡度：

S21：根据活动块的尺寸，将目标区域划分成若干个与活动块尺寸相对应的数据采集区；

S22：在每个数据采集区的中心垂直向下打孔，获取每个孔内的地层样本，识别出地层样本中的地层种类，对地层样本从上至下依次对每种地层进行编号；测量每个地层样本中不同地层距离地表的深度，得到，其中，m为目标区域中划分的数据采集区数量；

S23：根据每个地层样本中每种地层相对于地表的深度，计算目标区域中存在的地层种类相对于地表的深度：

；

其中，i为数据采集区的编号；

S24：采集每个数据采集区中心的高程，筛选出高程的最大值D _max与最小值D _min，计算目标区域内的垂直高差、以及目标区域的坡度/>，其中L为高程最大值D _max与最小值D _min对应的数据采集区中心的水平跨度；

S3：根据每种地层距离地表的深度，在活动块拼成的支撑板上铺设不同的地层，形成试验地层模型；

S4：向试验控制器输入垂直高差，根据垂直高差/>计算第三电动伸缩杆需要伸高的高度H'、以及第一直线移动模组或第二直线移动模组上滑块需要移动的距离Δd：

；

其中，d ₁为万向球头距离第一支撑板的长度，d ₂为模拟箱的长度；

S5：控制模拟箱一端的两根第三电动伸缩杆固定不动，另一端的两根第三电动伸缩杆同时伸长H'，使试验地层模型的坡度达到；

S6：供压机向供水箱输送气压，利用供水箱内的气压将水输送到排水管，获取单位时间内供水箱水位下降的高度h'，获取单位时间模拟出的降雨总量V：

；

其中，S为供水箱的底面积；

S7：依次控制每根连接管上第一电磁阀的开度A，检测每根连接管上的流量，使流量均达到p，满足：a×p=V；a为排水管的数量；

依据进水管的延长方向，从靠近第二电磁阀最近的排水管开始依次对每根排水管进行编号（1,2,...,u)，计算每根排水管对应的第一电磁阀开度，满足：

；

其中，f为第一电磁阀上开度与流量的相关系数，P _max为第一电磁阀的最大流量，A _max为第一电磁阀的最大开度，A _u为第u跟排水管对应的第一电磁阀开度，v为随着排水管编号的增加流量的衰减系数；

S9：模拟均匀降雨达到设定时间t后，关闭第二电磁阀，停止降雨，获取雨水收集筒内收集的雨水和泥土混合的重量T和水位高度b ₁；

S10：根据水位高度计算雨水和泥土混合的体积V ₁=b ₁ ×S ₁，S ₁为雨水收集筒的底面积，打开雨水收集筒内的加热器，将雨水完全蒸发，测量剩余泥土的高度b ₂，计算试验地层模型上的泥土流失量V ₂=b ₂ ×S ₁；进而计算试验地层模型的渗水量V ₃=V-（V ₁-V ₂）；

S11：调整试验箱内不同位置的活动块下方的第二电动伸缩杆的高度，使试验地层模型上形成不同的断层、裂隙，观测断层、裂隙形成过程的演变情况，同时重复步骤S6-S10，进行降雨模拟试验，获得地层产生断层、裂隙时，水土流失的变化量、雨水的在地表上的渗透情况及震动对地表边坡的稳定性影响。

本发明的有益效果为：本方案可以再现断层的形成过程，实现岩层中断层破坏的复现，真实模拟断层、降雨及振动对挖掘工作面的掘进及地表变形破坏带来的影响。在模拟箱的上部安装降雨模拟装置，实现降雨对岩层运移及地表和自然边坡影响的模拟、检测水土流失的影响，同时监测雨水在地表和边坡中渗透情况及进行雨水、震动作用下边坡、岩体的稳定性分析。本发明根据实际采集的地层参数，来真实搭建地层试验模型，真实的反应目标区域的地层结构，试验过程得到的数据和现象能真实反应目标区域的断层、裂隙变化过程、以及水土流失过程，试验的精度、可行性高。

附图说明

图1为基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置的结构图。

图2为活动块与滑轨的连接结构图。

图3为排水管与连接管的连接结构图。

图4为第一万向活动机构和第二万向活动机构的结构图。

其中，1、模拟箱，2、振动器，3、雨水收集筒，4、雨水收集布，5、底座，6、供水箱，7、第三电磁阀，8、供压机，9、补水管，10、补水泵，11、压力传感器，12、伸缩软管段，13、第二电磁阀，14、隔离罩，15、模拟器支架，16、试验控制器，17、进水管，18、第一万向活动机构，19、第一电动伸缩杆，20、活动块，21、支撑杆，22、第三电动伸缩杆，23、滑轨，24、C形滑块，25、第二电动伸缩，26、降雨喷头，27、排水管，28、连接管，29、第一电磁阀，30、流量传感器，31、万向球头结构，32、第二支撑板，33、第二直线移动模组，34、第一直线移动模组，35、第一支撑板，36、第二万向活动机构。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1-图4所示，本方案基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置包括底座5和雨量模拟器，底座5的四个角上均设置有支撑杆21，每根支撑杆21上均设置有第一电动伸缩杆19，第一电动伸缩杆19的上端设置有第一万向活动机构18，雨量模拟器下端的四个角上设置有第一万向活动机构18。

底座5的上方设置有方形的模拟箱1，模拟箱1的上端开口，模拟箱1的底部设置有若干通孔，模拟箱1内设置有若干活动块20，若干活动块20水平铺设成一整块支撑板，每个活动块20的下端均设置有第二电动伸缩25杆，第二电动伸缩25杆的下端固定在C形滑块24上，模拟箱1的底部平行设置有若干滑轨23，C形滑块24活动设置在滑轨23上。

模拟箱1的下方设置有雨水收集布4，雨水收集布4为防水牛津布，雨水收集布4成下凹的半球状，雨水收集布4的边沿设置有若干挂钩，挂钩悬挂在支撑杆21上和支撑杆21之间设置的挂环上；雨水收集布4的底部设置有出水口，水口的下方设置有雨水收集筒3，雨水收集筒3的下端设置有加热器和称重装置，所述雨水收集筒3安装在底座5上。

模拟箱1底部的四个角上均设置有第三电动伸缩杆22，第三电动伸缩杆22的下端固定在底座5上；模拟箱1底部与第三电动伸缩杆22的上端之间设置有第二万向活动机构36。

第一电动伸缩杆19、第二电动伸缩25杆、雨量模拟器和雨水收集筒3均与试验控制器16电连接，试验控制器16可安装在实验室内，也可安装在第一电动伸缩杆19的固定端，方便操作，试验控制器16上搭载有显示屏和控制按钮，用于进行人机交互。

本实施例中，雨量模拟器包括模拟器支架15，模拟器支架15的上端均匀设置有若干平行的排水管27，每根排水管27的下端均设置有若干降雨喷头26，降雨喷头26可以采用电动旋转喷头，试验过程中方便改变降雨的方向，若干降雨喷头26均匀分布在排水管27上；且排水管27之间的间距等于降雨喷头26之间的间距，确保降雨喷头26喷出的雨量均匀；若干排水管27的一端均通过连接管28与进水管17连接，进水管17的一端通过输水管与供水箱6的底部连接，供水箱6的上端通过供压管与供压机8连接，供压机8与试验控制器16电连接。

本实施例中，连接管28上设置有第一电磁阀29和流量传感器30，输水管上设置有第二电磁阀13，第一电磁阀29可以控制单根排水管的关断，第二电磁阀13可以控制整个试验供水的关断，输水管上设置有方便调整模拟器支架15高度的伸缩软管段12，第一电磁阀29、流量传感器30和第二电磁阀13均与试验控制器16电连接。

本实施例中，供水箱6内设置有液位传感器，供水箱6上设置有压力传感器11，供水箱6的上端设置有补水管9，补水管9通过补水泵10与试验室的供水***连接，当供水箱6内的水位过低时，及时补水，供压管上设置有第三电磁阀7，液位传感器、压力传感器11、第三电磁阀7和补水泵10均与试验控制器16电连接。

本实施例中，第一万向活动机构18和第二万向活动机构36为相同结构，第一万向活动机构18和第二万向活动机构36均包括平行的第一支撑板35和第二支撑板32，第一支撑板35和第二支撑板32之间设置有第一直线移动模组34和第二直线移动模组33，第一直线移动模组34和第二直线移动模组33相互叠加且垂直，且第一直线移动模组34和第二直线移动模组33分别与模拟箱1相邻两边平行，第一直线移动模组34和第二直线移动模组33均与试验控制器16电连接，第二支撑板32的下端设置有万向球头结构31。

当第三电动伸缩杆22进行升降，控制模拟箱1形成不同的坡度时，万向球头提供足够的自由度，并且第一直线移动模组34和第二直线移动模组33执行相对第二支撑板32和第一支撑板35之间滑动，确保模拟箱1能稳定的倾斜。相同原理，还可带动雨量模拟器进行不同角度的清洗。通过垂直的第一直线移动模组34和第二直线移动模组33的设计，可以实现模拟箱1至少四个方向的倾斜模拟，实现多方向斜坡、边坡的模拟。

当模拟箱1水平时，还可通过第一直线移动模组34和第二直线移动模组33在水平面的移动，模拟地震摇摆的效果。在雨量模拟器上，通过第一直线移动模组34和第二直线移动模组33在水平面的移动，可以模拟出风对降雨方向的影响。模拟箱1的底部设置有振动器2，可以模拟出地质振动对边坡的影响效果。

本实施例中，C形滑块24的侧面贯穿设置有限位螺钉，限位螺钉与C形滑块24螺纹连接，用于活动块20位置的固定。

本实施例中，还包括隔离罩14，隔离罩14采用亚克力板或玻璃透明材质，隔离设置在试验装置的外部。通过隔离罩14在实验室中实现可视化试验，避免雨水散落在其他位置。

采用上述基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置的试验方法，其包括以下步骤：

S1：在滑轨23上安装活动块20，并调整第二电动伸缩25杆下降到最低高度，使每块活动块20的高度一致，拼接成一整块支撑板；

S2：采集目标区域的地层参数，地层参数包括地层深度、地层类型、高差和坡度：

S21：根据活动块20的尺寸，将目标区域划分成若干个与活动块20尺寸相对应的数据采集区；

S22：在每个数据采集区的中心垂直向下打孔，获取每个孔内的地层样本，识别出地层样本中的地层种类，对地层样本从上至下依次对每种地层进行编号；测量每个地层样本中不同地层距离地表的深度，得到，其中，m为目标区域中划分的数据采集区数量；

S23：根据每个地层样本中每种地层相对于地表的深度，计算目标区域中存在的地层种类相对于地表的深度：

；

其中，i为数据采集区的编号；

S24：采集每个数据采集区中心的高程，筛选出高程的最大值D _max与最小值D _min，计算目标区域内的垂直高差、以及目标区域的坡度/>，其中L为高程最大值D _max与最小值D _min对应的数据采集区中心的水平跨度；

S3：根据每种地层距离地表的深度，在活动块20拼成的支撑板上铺设不同的地层，形成试验地层模型；

S4：向试验控制器16输入垂直高差，根据垂直高差/>计算第三电动伸缩杆22需要伸高的高度H'、以及第一直线移动模组34或第二直线移动模组33上滑块需要移动的距离Δd：

；

其中，d ₁为万向球头距离第一支撑板35的长度，d ₂为模拟箱1的长度；

S5：控制模拟箱1一端的两根第三电动伸缩杆22固定不动，另一端的两根第三电动伸缩杆22同时伸长H'，使试验地层模型的坡度达到；

S6：供压机8向供水箱6输送气压，利用供水箱6内的气压将水输送到排水管27，获取单位时间内供水箱6水位下降的高度h'，获取单位时间模拟出的降雨总量V：

；

其中，S为供水箱6的底面积；

依据进水管17的延长方向，从靠近第二电磁阀13最近的排水管17开始依次对每根排水管13进行编号（1,2,...,u)，计算每根排水管13对应的第一电磁阀29开度，满足：

；

其中，f为第一电磁阀29上开度与流量的相关系数，P _max为第一电磁阀29的最大流量，A _max为第一电磁阀29的最大开度，A _u为第u跟排水管对应的第一电磁阀开度，v为随着排水管13编号的增加流量的衰减系数；

S9：模拟均匀降雨达到设定时间t后，关闭第二电磁阀13，停止降雨，获取雨水收集筒3内收集的雨水和泥土混合的重量T和水位高度b ₁；

S10：根据水位高度计算雨水和泥土混合的体积V ₁=b ₁ ×S ₁，S ₁为雨水收集筒的底面，打开雨水收集筒3内的加热器，将雨水完全蒸发，测量剩余泥土的高度b ₂，计算试验地层模型上的泥土流失量V ₂=b ₂ ×S ₁；进而计算试验地层模型的渗水量V ₃=V-（V ₁-V ₂）；

S11：调整试验箱内不同位置的活动块20下方的第二电动伸缩25杆的高度，使试验地层模型上形成不同的断层、裂隙，观测断层、裂隙形成过程的演变情况，同时重复步骤S6-S10，进行降雨模拟试验，获得地层产生断层、裂隙时，水土流失的变化量、雨水的在地表上的渗透情况及震动对地表边坡的稳定性影响。

本发明可以再现断层的形成过程，实现岩层中断层破坏的复现，真实模拟断层、降雨及振动对挖掘工作面的掘进及地表变形破坏带来的影响。在模拟箱的上部安装降雨模拟装置，实现降雨对岩层运移及地表和自然边坡影响的模拟、检测水土流失的影响，同时监测雨水在地表和边坡中渗透情况及进行雨水、震动作用下边坡、岩体的稳定性分析。本发明根据实际采集的地层参数，来真实搭建地层试验模型，真实的反应目标区域的地层结构，试验过程得到的数据和现象能真实反应目标区域的断层、裂隙变化过程、水土流失及雨水、震动作用下边坡、岩体的稳定性，试验的精度、可行性高。

Claims (8)

1.一种基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置，其特征在于，包括底座和雨量模拟器，所述底座的四个角上均设置有支撑杆，每根所述支撑杆上均设置有第一电动伸缩杆，所述第一电动伸缩杆的上端设置有第一万向活动机构，所述雨量模拟器下端的四个角上分别连接第一万向活动机构；

所述底座的上方设置有方形的模拟箱，所述模拟箱的上端开口，所述模拟箱的底部设置有若干通孔，所述模拟箱内设置有若干活动块，若干所述活动块水平铺设成一整块支撑板，每个所述活动块的下端均设置有第二电动伸缩杆，所述第二电动伸缩杆的下端固定在C形滑块上，所述模拟箱的底部平行设置有若干滑轨，所述C形滑块活动设置在滑轨上；

所述模拟箱的下方设置有雨水收集布，所述雨水收集布为防水牛津布，所述雨水收集布成下凹的半球状，所述雨水收集布的边沿设置有若干挂钩，所述挂钩悬挂在支撑杆上和支撑杆之间设置的挂环上；所述雨水收集布的底部设置有出水口，所述出水口的下方设置有雨水收集筒，所述雨水收集筒的下端设置有加热器和称重装置，所述雨水收集筒安装在底座上；

所述模拟箱底部的四个角上均设置有第三电动伸缩杆，所述第三电动伸缩杆的下端固定在底座上；所述模拟箱底部与第三电动伸缩杆的上端之间设置有第二万向活动机构；所述第一电动伸缩杆、第二电动伸缩杆、雨量模拟器和雨水收集筒均与试验控制器电连接；

所述第一万向活动机构和第二万向活动机构为相同结构，所述第一万向活动机构和第二万向活动机构均包括平行的第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板和第二支撑板之间设置有第一直线移动模组和第二直线移动模组，所述第一直线移动模组和第二直线移动模组相互叠加且垂直，且第一直线移动模组和第二直线移动模组分别与模拟箱相邻两边平行，所述第一直线移动模组和第二直线移动模组均与试验控制器电连接，所述第二支撑板的下端设置有万向球头结构。

2.根据权利要求1所述的基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置，其特征在于，所述雨量模拟器包括模拟器支架，所述模拟器支架的上端均匀设置有若干平行的排水管，每根所述排水管的下端均设置有若干降雨喷头，若干所述降雨喷头均匀分布在排水管上；且排水管之间的间距等于降雨喷头之间的间距，所述降雨喷头为旋转喷头；若干所述排水管的一端均通过连接管与进水管连接，所述进水管的一端通过输水管与供水箱的底部连接，所述供水箱的上端通过供压管与供压机连接，所述供压机与试验控制器电连接。

3.根据权利要求2所述的基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置，其特征在于，所述连接管上设置有第一电磁阀和流量传感器，所述输水管上设置有第二电磁阀，所述输水管上设置有方便调整模拟器支架高度的伸缩软管段，所述第一电磁阀、流量传感器和第二电磁阀均与试验控制器电连接。

4.根据权利要求3所述的基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置，其特征在于，所述供水箱内设置有液位传感器，所述供水箱上设置有压力传感器，所述供水箱的上端设置有补水管，所述补水管通过补水泵与试验室的供水***连接，所述供压管上设置有第三电磁阀，所述液位传感器、压力传感器、第三电磁阀和补水泵均与试验控制器电连接。

5.根据权利要求1所述的基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置，其特征在于，所述C形滑块的侧面贯穿设置有限位螺钉，所述限位螺钉与C形滑块螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置，其特征在于，还包括隔离罩，所述隔离罩采用亚克力板或玻璃透明材质，所述隔离罩设置在试验装置的外部。

7.根据权利要求1所述的基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置，其特征在于，所述模拟箱的底部设置有振动器。

8.一种采用权利要求4所述的基于地质构造变形过程再现的降雨模拟试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在滑轨上安装活动块，并调整第二电动伸缩杆下降到最低高度，使每块活动块的高度一致，拼接成一整块支撑板；

S2：采集目标区域的地层参数，地层参数包括地层深度、地层类型、高差和坡度：

S21：根据活动块的尺寸，将目标区域划分成若干个与活动块尺寸相对应的数据采集区；

S22：在每个数据采集区的中心垂直向下打孔，获取每个孔内的地层样本，识别出地层样本中的地层种类，对地层样本从上至下依次对每种地层进行编号；测量每个地层样本中不同地层距离地表的深度，得到，其中，m为目标区域中划分的数据采集区数量；

S23：根据每个地层样本中每种地层相对于地表的深度，计算目标区域中存在的地层种类相对于地表的深度：

；

其中，i为数据采集区的编号；

S24：采集每个数据采集区中心的高程，筛选出高程的最大值D _max与最小值D _min，计算目标区域内的垂直高差、以及目标区域的坡度/>，其中L为高程最大值D _max与最小值D _min对应的数据采集区中心的水平跨度；

S3：根据每种地层距离地表的深度，在活动块拼成的支撑板上铺设不同的地层，形成试验地层模型；

S4：向试验控制器输入垂直高差，根据垂直高差/>计算第三电动伸缩杆需要伸高的高度H'、以及第一直线移动模组或第二直线移动模组上滑块需要移动的距离Δd：

；

其中，d ₁为万向球头距离第一支撑板的长度，d ₂为模拟箱的长度；

S5：控制模拟箱一端的两根第三电动伸缩杆固定不动，另一端的两根第三电动伸缩杆同时伸长H'，使试验地层模型的坡度达到；

S6：供压机向供水箱输送气压，利用供水箱内的气压将水输送到排水管，获取单位时间内供水箱水位下降的高度h'，获取单位时间模拟出的降雨总量V：

；

其中，S为供水箱的底面积；

S7：依次控制每根连接管上第一电磁阀的开度A，检测每根连接管上的流量，使流量均达到p，满足：a×p=V；a为排水管的数量；

依据进水管的延长方向，从靠近第二电磁阀最近的排水管开始依次对每根排水管进行编号（1,2,...,u)，计算每根排水管对应的第一电磁阀开度，满足：

；

其中，f为第一电磁阀上开度与流量的相关系数，P _max为第一电磁阀的最大流量，A _max为第一电磁阀的最大开度，A _u为第u跟排水管对应的第一电磁阀开度，v为随着排水管编号的增加流量的衰减系数；

S9：模拟均匀降雨达到设定时间t后，关闭第二电磁阀，停止降雨，获取雨水收集筒内收集的雨水和泥土混合的重量T和水位高度b ₁；

S10：根据水位高度计算雨水和泥土混合的体积V ₁=b ₁ ×S ₁，S ₁为雨水收集筒的底面积，打开雨水收集筒内的加热器，将雨水完全蒸发，测量剩余泥土的高度b ₂，计算试验地层模型上的泥土流失量V ₂=b ₂ ×S ₁；进而计算试验地层模型的渗水量V ₃=V-（V ₁-V ₂）；

S11：调整试验箱内不同位置的活动块下方的第二电动伸缩杆的高度，使试验地层模型上形成不同的断层、裂隙，观测断层、裂隙形成过程的演变情况，同时重复步骤S6-S10，进行降雨模拟试验，获得地层产生断层、裂隙时，水土流失的变化量、雨水的在地表上的渗透情况及震动对地表边坡的稳定性影响。