CN216527722U - 一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置。本实用新型包括承载框架，承载框架通过铰接装置与模型装置箱的底部右端铰接，模型装置箱的底部左端连接葫芦装置，葫芦装置连接整体框架，所述模型装置箱的顶部为开口设置，模型装置箱的上方设有降雨装置；所述模型装置箱中堆砌有实验斜坡模型，实验斜坡模型底部设有地下水入渗装置；所述实验斜坡模型中埋设有数据监测传感器。本实用新型可实现模拟地下水渗透和降雨入渗双向入渗条件、可调节模型装置的角度等，实现在多因素影响下滑坡物理模型实验。

Description

一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置

技术领域

本实用新型涉及斜坡岩土体水文参数、力学强度指标演化技术领域，特别是研究在岩溶地区涉及地下水渗流和降雨入渗双向渗透条件下斜坡破坏的演化过程和机制；可以通过改变模型的初始条件来研究不同因素影响下斜坡体水文响应特征规律的设备，具体是一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置。

背景技术

近年来，在西南岩溶地区，因其复杂的工程地质条件，加上年降雨量丰富，每年都会发生大大小小的滑坡灾害，如2010年6.28关岭滑坡、2019年7.23水城特大滑坡以及2020年8.3松桃甘龙滑坡，严重危害到当地居民的生命财产。然而在岩溶山区滑坡灾害呈现出孕灾机理复杂、致灾范围广、早期识别难度大、突发性强等特征。目前国内外学者对该类型滑坡的研究尚少，主要集中在由于库水位的升降从而引起的库岸滑坡。而对于岩溶地区存在潜在地下水位在强降雨条件下诱发滑坡的研究稍不成熟。

滑坡灾害是最容易发生且破坏力极大的自然灾害之一，因此弄清楚该类灾害的诱发机制和演化过程对滑坡易发区的评价极其重要，所以提供一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置对该类滑坡的研究具有实际意义。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置。本实用新型可实现模拟地下水入渗和降雨入渗双向入渗条件、可调节模型装置的角度等，实现在多因素影响下滑坡物理模型实验。

本实用新型的技术方案：一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置，其特征在于：包括承载框架，承载框架通过铰接装置与模型装置箱的底部右端铰接，模型装置箱的底部左端连接葫芦装置，葫芦装置连接整体框架，所述模型装置箱的顶部为开口设置，模型装置箱的上方设有降雨装置；所述模型装置箱中设有实验斜坡模型，实验斜坡模型底部设有地下水入渗装置；所述实验斜坡模型中设有数据监测***。

前述的一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置中，所述降雨装置包括设于模型装置箱的上方的降雨喷头，通过水管连接流量计，水泵后连接模拟降雨给水箱。

前述的一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置中，所述地下水入渗装置包括实验斜坡模型的模型箱底板上的基岩裂隙水给水装置，基岩裂隙水给水装置由排列在实验斜坡模型底部的PVC管组成，PVC管上设有孔。

前述的一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置中，所述模型装置箱上设有地下水进水孔；所述基岩裂隙水给水装置连接地下水进水孔，地下水进水孔连接水管，水管连接地下水给水箱。

前述的一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置中，所述地下水给水箱的一侧设有不同高度等间隔距离的水流溢出口，水流溢出口连接水管，水管上连接水阀。

前述的一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置中，所述模型装置箱上设有测压管孔；所述数据监测***包括设于实验斜坡模型中连接测压管孔的测压管，测压管连接传感器，传感器连接数据采集器，数据采集器连接显示器。

前述的一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置中，所述传感器包括一组埋设于实验斜坡模型中不同高度的传感器。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型整体构造相对简单，各结构之间不存在复杂的并联关系，单元之间安装互不影响，且原材料为常规物资，易获取且价格可观。

2、本实用新型模型装置箱一端采用铰接、另一端利用手拉葫芦的方式，方便了对模型装置箱的角度改变，其稳定性更好。

3、模拟地下水给水的装置采用PVC管开孔，并粘接上尼龙滤网，可控制地下水给水的范围与大小，并防止了由于水流的冲击而破坏斜坡结构，更真实的反映了基岩裂隙水的入渗方式。

4、本实用新型可实现地下水入渗以及降雨入渗双向入渗条件，可用于研究该类条件下滑坡体演化特征、坡体运动过程以及水文响应特征。

5、本实用新型可以通过地下水给水装置设计的不同水流溢出口，而实现研究不同水力梯度入渗对斜坡体内水文参数变化的影响。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的测压管孔布置示意图；

图3是本实用新型的测压管的结构示意图；

图4是本实用新型的模拟基岩裂隙给水装置的结构示意图；

图5是本实用新型葫芦装置和整体框架的结构示意图；

图6是本实用新型模型装置箱与承载框架和铰接装置的结构示意图；

图7是地下水给水箱的结构示意图。

附图中的标记为：1-模型装置箱，2-承载框架，3-整体框架，4-地下水给水箱，5数据采集器，6-显示器，7-模拟降雨给水箱，8-水泵，9-流量计，10-模型箱底板，11-基岩裂隙水给水装置，12-地下水进水孔，13-测压管孔，14-传感器，15-实验斜坡模型，16-测压管，17-铰接装置，18-葫芦装置，19-降雨喷头，20-水阀。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例。一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置，构成如图1-6所示，包括承载框架2，承载框架通过铰接装置17与模型装置箱1的底部右端铰接，模型装置箱1的底部左端连接葫芦装置18，葫芦装置18连接整体框架3，所述模型装置箱1的顶部为开口设置，模型装置箱1的上方设有降雨装置；所述模型装置箱1中左部设有实验斜坡模型15，实验斜坡模型15底部设有地下水入渗装置；所述实验斜坡模型15中设有数据监测***。

所述整体框架3除了安装葫芦装置18的框架外，还包括其他必有的框架，如：用于安装降雨装置的辅助框架，安装-地下水给水箱的框架等，框架的材料皆优选采用不锈钢材。

所述承载框架2由数根钢材搭建，在一端通过铰接的方式与模型箱一侧两角相连接。

所述葫芦装置18，优选为手拉葫芦，模型装置箱1的底部左端通过铁链连接葫芦装置18，通过铁链和手拉葫芦的配合，只需拉起模型箱一端，即可实现改变斜坡坡度。

优选的，所述模型装置箱1的左侧、右侧和后侧采用亚克力材质制作；底面用钢板制作，并设有一个进水孔；前侧和顶面为开口设置，亚克力板和钢板之间用足够的玻璃胶密封，保证模型箱不漏水。模型装置箱1可通过铰接装置17在承载框架2上转动。

所述降雨装置包括设于模型装置箱1的上方的降雨喷头19，通过水管连接流量计9，水泵8后连接模拟降雨给水箱7。所述提供降雨的模拟降雨给水箱7，通过水泵8进行抽水，再连接一个流量计9，水泵8作用是保持给水压力的稳定性；流量计9的作用是为了配合降雨喷头19，从而实现控制降雨强度。

所述地下水入渗装置包括实验斜坡模型15的模型箱底板10上的基岩裂隙水给水装置11，基岩裂隙水给水装置11由排列在实验斜坡模型15底部的PVC管组成，PVC管上设有孔。基岩裂隙水给水装置11均采用PVC材质制作，弯头处采用PVC弯头和三通管连接，并在PVC管布置多个孔，每根管都粘有直径为0.075mm的尼龙滤网。

所述模型装置箱1上设有地下水进水孔12；所述基岩裂隙水给水装置11连接地下水进水孔12，地下水进水孔12连接水管，水管连接地下水给水箱4。水管上设有水阀。

所述提供地下水给水箱4由亚克力材质制作，在箱体一侧不同高度，等间隔设有多个水流溢出口，并安装有水管和水阀，用于控制模拟地下水的水头高度，实现调节地下水强度和不同水力梯度。

优选，所述地下水给水箱4的箱体所述地下水进水孔12的尺寸与前述基岩裂隙水给水装置11的PVC管直径相同，三通管通过此孔，并用玻璃胶进行密封。

所述模型装置箱1上设有测压管孔13；所述数据监测***包括埋设于实验斜坡模型15中用于监测斜坡水文参数的传感器14。连接测压管孔13的测压管16，传感器14通过孔径稍大于测压管13孔径的预制孔埋入，传感器14连接数据采集器5，数据采集器5连接显示器6。所述显示器6与数据采集***(数据采集器5)相连，用于查看、储存实验数据。

优选的，传感器14包括体积含水率传感器为METER公司产品ECH2OEC-5、基质吸力传感器为METER公司产品TEROS21、孔隙水压力传感器为北京瑞恒长泰科技有限公司产品HC-25。在实验过程中，斜坡体内由于含水率的增加，进而使得传感器14响应，体积含水率和孔隙水压力随着含水率的增加呈上升的趋势，由有效应力原理可得，基质吸力呈下降的趋势。从实验采集的数据分析，传感器监测的数据变化基本符合理论分析的变化趋势。

优选的，数据采集器5为Campbell产品，型号为CR1000X。其优点有：高分辨率的测量(24位Adc)，甚至可以区分数据值的微小变化；包括microSD卡驱动器，可满足扩展的存储要求。所述采集器5与传感器14相连，并接入显示器，用于获取所述传感器14所采集的数据。本实施例中所述采集器的采集频率为1Hz和20Hz，本次实施例采用1Hz采集频率。

显示器6直接用笔记本电脑即可满足实验要求，通过相关软件可实现对采集数据的实时查询和保存，使用外部存储即可完成数据传输。

优选的，所述测压管16由亚克力材质制作，安装于模型装置箱1的一侧，测压管孔13等间隔设置，预设多排测压管孔13，测压管16弯头处采用PVC弯头相连，保证接头处的稳定性和后期实验渗流不受任何阻力。

所述传感器14包括一组设置于实验斜坡模型15中不同高度的传感器。

本实用新型的实施过程为：

首先将模型装置箱1平放在承载框架2上，在模型装置箱1底部放置基岩裂隙给水装置11，其次将准备好的土样进行分层填筑堆坡，填筑完每一层对层面进行平整处理，逐步形成实验斜坡模型15。注意当填筑到传感器14预埋位置时，将传感器轻放在该层面，防止损坏传感器。当实验斜坡模型15填筑完成后，通过葫芦装置18与模型装置箱1相连，并改变其倾斜角度，达到实验设计坡度并固定。其次对成型实验斜坡模型15进行避雨处理，打开水泵8和流量计9，调节降雨喷头19的数量，以达到设计降雨强度，并做好降雨强度与流量计9、降雨喷头19之间的关系，便于后期实验；对地下水给水箱4进行注水，使其达到预设水头位置，打开地下水给水箱4底部水阀，调节给水和出水关系，使水头位置保持常水头；在模型装置箱1的一侧和坡面合理位置架设摄像设备，用于记录实验过程，为后期实验结果分析提供图像数据；当前期准备工作调试完成后，通过显示器6查看数据采集情况，确认数据采集正常后，打开水泵8和流量计9，使模拟降雨设备给水正常，打开地下水给水箱4底部水阀，使地下水给水正常，同时撤掉斜坡表面避雨设备，实验正式开始。当斜坡体形态被改变至某一形态且坡表有稳定渗流并长时间保持稳定可认为实验结束，关掉降雨设备给水和地下水给水，并对斜坡不同部位进行采样作颗粒分析，同时在显示器通过外部储存器下载实验数据。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置，其特征在于：包括承载框架(2)，承载框架通过铰接装置(17)与模型装置箱(1)的底部右端铰接，模型装置箱(1)的底部左端连接葫芦装置(18)，葫芦装置(18)连接整体框架(3)，所述模型装置箱(1)的顶部为开口设置，模型装置箱(1)的上方设有降雨装置；所述模型装置箱(1)中左部设有实验斜坡模型(15)，实验斜坡模型(15)底部设有地下水入渗装置；所述实验斜坡模型(15)中设有数据监测***。

2.根据权利要求1所述的一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置，其特征在于：所述降雨装置包括设于模型装置箱(1)的上方的降雨喷头(19)，通过水管连接流量计(9)，水泵(8)后连接模拟降雨给水箱(7)。

3.根据权利要求1所述的一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置，其特征在于：所述地下水入渗装置包括实验斜坡模型(15)的模型箱底板(10)上的基岩裂隙水给水装置(11)，基岩裂隙水给水装置(11)由排列在实验斜坡模型(15)底部的PVC管组成，PVC管上设有孔。

4.根据权利要求3所述的一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置，其特征在于：所述模型装置箱(1)上设有地下水进水孔(12)；所述基岩裂隙水给水装置(11)连接地下水进水孔(12)，地下水进水孔(12)连接水管，水管连接地下水给水箱(4)。

5.根据权利要求4所述的一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置，其特征在于：所述地下水给水箱(4)的一侧设有不同高度等间隔距离的水流溢出口，水流溢出口连接水管，水管上连接水阀(20)。

6.根据权利要求1所述的一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置，其特征在于：所述模型装置箱(1)上设有测压管孔(13)；所述数据监测***包括设于实验斜坡模型(15)中连接测压管孔(13)的测压管(16)，测压管(16)连接传感器(14)，传感器(14)连接数据采集器(5)，数据采集器(5)连接显示器(6)。

7.根据权利要求6所述的一种模拟降雨和地下水双向渗透诱发滑坡的实验装置，其特征在于：所述传感器(14)包括一组埋设于实验斜坡模型(15)中不同高度的传感器。

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