CN101927221A - 降雨模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种降雨模拟系统，包括：供水系统、加压系统、降雨器及模型箱，供水系统为降雨器进行补水，加压系统控制降雨器内的压力，所述降雨器的宽度大于模型箱的宽度，该模型箱具有切成边坡形状的边壁。降雨器的宽度远大于模型箱的宽度，即使在降雨器降雨的偏斜量较大的时候也可以保证模型箱的边坡表面完全受雨。模型箱的有机玻璃边壁切成边坡的形状，可以避免雨水在降落过程中发生倾斜而被两侧边壁挡住，使得边坡表面能够均匀的受雨。此外，在模型箱两侧的有机玻璃边壁顶部内侧切割的U型槽可以使降落的雨水沿着槽流至模型箱外侧，而不会流到边坡上。
Description
技术领域
本发明涉及降雨模拟系统，特别是涉及一种离心场降雨模拟系统。
背景技术
滑坡灾害具有发生频率高、分布范围广、损失严重等特点，在世界上的许多地方都对生命和财产造成严重威胁。边坡失稳有可能是由于人为因素所诱发，如斜坡负荷太重或由于建筑活动对趾部进行切割，但是有很多边坡失稳的根本原因是由于降雨，在降雨过程中，地表水进入岩土体增加了坡体的自重，增大了孔隙水压力，使处于极限平衡状态的坡体产生滑动；降雨由地表进入地下，转变成为地下水，浸泡软化滑动面，降低了坡体的抗剪强度；坡体多次的干湿交替变化导致岩土体开裂，产生大量的节理裂隙。
国内外许多学者对降雨与滑坡的关系进行了很多有效的探索，他们采用不同的方法或模型来研究某个区域滑坡产生时雨强或降雨持续时间的临界值，在一定程度上说明了降雨与滑坡之间的关系，从不同的角度探讨了降雨对滑坡的作用，为深入开展降雨型滑坡的研究奠定了良好的基础。
离心模型试验因为能够实现模型与原型应力应变相同，变形相似，在边坡稳定性问题中得到了较为广泛的应用。目前，有不少学者利用离心模型试验进行探索，开发了相应的降雨模拟系统。传统的离心场降雨模拟系统主要采用喷头供水对降雨进行模拟，但是喷头模拟很难实现整个坡面降雨的均匀性，同时离心模型实验过程中，降雨受到离心机高速旋转导致的科氏力、高风速等多种因素的干扰，使得降雨很难覆盖整个坡体。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种降雨模拟系统，能够实现使降雨覆盖整个坡体并保证坡面降雨的均匀性。
一种降雨模拟系统，包括：供水系统、加压系统、降雨器及模型箱，供水系统为降雨器进行补水，加压系统控制降雨器内的压力，所述降雨器的宽度大于模型箱的宽度，该模型箱具有切成边坡形状的边壁。
进一步地，所述供水系统包括水箱、连接水箱与降雨器的输水管及安装于输水管上的电磁阀及流量计。
进一步地，所述加压系统包括空压机、连接空压机与降雨器的加压管及安装于加压管上的调节阀及压力表。
进一步地，所述降雨器具有底部、边框及顶盖，该底部包括底梁、钢丝网及半透性布，钢丝网位于半透性布与底梁之间。
进一步地，所述半透性布与降雨器的边框通过玻璃胶密封。
进一步地，所述降雨器还包括安装于降雨器中部的拉杆。
进一步地，所述降雨器的顶盖上开设有与加压系统连通的进气口及与供水系统连通的进水口。
进一步地，所述模型箱的边壁上开设有U型槽。
进一步地，所述降雨模拟系统还包括设置于降雨器与模型箱边壁之间的防风结构。
进一步地，所述防风结构由塑料制成。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
降雨器的宽度远大于模型箱的宽度，即使在降雨器降雨的偏斜量较大的时候也可以保证模型箱的边坡表面完全受雨。模型箱的有机玻璃边壁切成边坡的形状，可以避免雨水在降落过程中发生倾斜而被两侧边壁挡住，使得边坡表面能够均匀的受雨。此外，在模型箱两侧的有机玻璃边壁顶部内侧切割的U型槽可以使降落的雨水沿着槽流至模型箱外侧，而不会流到边坡上。
附图说明
图1是本发明实施例的降雨模拟系统的主视图。
图2是本发明实施例的降雨模拟系统的部分结构的侧视图。
图3是本发明实施例的降雨模拟系统的降雨器的侧视图。
图4是本发明实施例的降雨器中底梁的结构示意图。
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，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参照图1，示出了本发明一种降雨模拟系统100，包括供水系统10、加压系统30、降雨器50、模型箱70及防风结构90。
请同时参阅图2，供水系统10包括水箱11、输水管13、电磁阀15及流量计17。水箱11通过输水管13与降雨器50连接。电磁阀15及流量计17安装于输水管13上。电磁阀15用于控制水箱11对降雨器50的补水，流量计17用于测量注水流量和总量。在离心机运转的过程中，根据需要打开电磁阀15，在离心力作用下水通过输水管13进入降雨器50中。流量计17装在离心机主轴附近，减小离心力对流量计的影响。
加压系统30包括空压机31、加压管33、调节阀35及压力表37。空压机31通过加压管33与降雨器50连接。调节阀35及压力表37安装于加压管33上。调节阀35用于调节降雨器50内所需压力的大小，压力表37用于测量降雨器50内的压力大小。当试验过程中达到所需的离心加速度时，首先通过供水系统10供给降雨器50一定水量，然后通过加压系统30向降雨器50中加压，产生降雨，压力的大小可以控制雨滴的大小及降雨的强度。
请同时参阅图3和图4，降雨器50的主体为半封闭的铝盒，其尺寸为48cm×40cm×10cm(长×宽×高)。降雨器50包括底部51、边框53、顶盖55及拉杆57。底部51由内到外分别包括半透性布511、钢丝网513及底梁515。半透性布511与边框53通过玻璃胶密封，以防止水从侧面渗漏。顶盖55上开设有进气口551与进水口553。进气口551与加压系统30的加压管33连通，进水口553与供水系统10的输水管13连通。半透性布511可以保证在一定离心加速度情况下，水位在6cm以内时，水在其自重作用下不会渗出来。而当在降雨器50内加气压至0.03MPa～0.04MPa时，水会在压力作用下从半透性布511渗出来，形成雨滴降落下来。由于离心机臂长远大于降雨器50的尺寸，由离心场造成的液面弯曲可以忽略，降雨器底部各点的水所受的压力基本相等，从而保证了降雨器50降雨在其整个底面基本均匀。同时，水透过半透性布511形成的雨滴尺寸较小，符合试验要求。由于降雨器50的底面积很大，降雨器50中的水在降雨时所受压力很大。因此，本文采用底梁515对半透性布提供合理的支撑，以保证其底部51基本为平面。底梁515的形状如图3所示，其对降雨的影响较小。在底梁515与半透性布511之间铺设有钢丝网513，其作用是限制底梁515空格间的变形。拉杆57安装在降雨器50的中部，可以进一步减小试验中底梁515的变形，从而保证底部51的平整。
模型箱70具有切成边坡形状的有机玻璃边壁71，可以避免雨水在降落过程中发生倾斜被两侧边壁挡住，使得边坡表面能够受雨均匀。本实施例中，降雨器的宽度为40cm，模型箱70的宽度为20cm，可以保证即使降雨器50降雨的偏斜量较大的时候模型箱70的边坡表面也能完全受雨。在模型箱70两侧的边壁71顶部内侧还切割有U型槽，使得降落到边壁71顶部的雨水沿着该U型槽流至模型箱70外侧的盒中，而不会流到边坡上。
防风结构90采用塑料制成，设置于降雨器50与模型箱70的边壁71之间，通过边壁71顶部的螺孔(图未标)与边壁71连接。防风结构90能在不影响观测的前提下对模型箱70侧壁进行密封，避免降雨被离心场中的风影响。
以上对本发明所提供的一种降雨模拟系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，+综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种降雨模拟系统，其特征在于，包括：供水系统、加压系统、降雨器及模型箱，供水系统为降雨器进行补水，加压系统控制降雨器内的压力，所述降雨器的宽度大于模型箱的宽度，该模型箱具有切成边坡形状的边壁。
2.如权利要求1所述的降雨模拟系统，其特征在于，所述供水系统包括水箱、连接水箱与降雨器的输水管及安装于输水管上的电磁阀及流量计。
3.如权利要求1所述的降雨模拟系统，其特征在于，所述加压系统包括空压机、连接空压机与降雨器的加压管及安装于加压管上的调节阀及压力表。
4.如权利要求1所述的降雨模拟系统，其特征在于，所述降雨器具有底部、边框及顶盖，该底部包括底梁、钢丝网及半透性布，钢丝网位于半透性布与底梁之间。
5.如权利要求4所述的降雨模拟系统，其特征在于，所述半透性布与降雨器的边框通过玻璃胶密封。
6.如权利要求4所述的降雨模拟系统，其特征在于，所述降雨器还包括安装于降雨器中部的拉杆。
7.如权利要求4所述的降雨模拟系统，其特征在于，所述降雨器的顶盖上开设有与加压系统连通的进气口及与供水系统连通的进水口。
8.如权利要求1所述的降雨模拟系统，其特征在于，所述模型箱的边壁上开设有U型槽。
9.如权利要求1所述的降雨模拟系统，其特征在于，所述降雨模拟系统还包括设置于降雨器与模型箱边壁之间的防风结构。
10.如权利要求9所述的降雨模拟系统，其特征在于，所述防风结构由塑料制成。
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