CN103245772B - 一种路基边坡冲刷室内模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路基边坡冲刷室内模拟试验装置，包括移动式可升降边坡模拟装置和人工降雨模拟装置，所述移动式可升降边坡模拟装置包括底座装置、面板槽装置、坡度调节装置，所述底座装置与面板槽装置通过活动铰链连接在一起，面板槽装置可绕铰链自由转动，所述人工降雨模拟装置包括供水装置、支撑装置和喷洒装置，所述供水装置包括供水池、输水管、水泵、调节阀门、分支阀门和流速仪，所述支撑装置包括活动轮、伸缩架、横向支撑杆和纵向支撑杆，所述喷洒装置包括导水管和喷头。本发明可实现在短期内在不同工况、不同降雨条件下获得大量路基边坡冲刷资料，本发明结构简单，操作方便，安全可靠，造价低，效率高，便于推广应用。<!--1-->

Description

一种路基边坡冲刷室内模拟试验装置

技术领域

本发明涉及模拟实验装置技术领域，具体涉及一种路基边坡冲刷室内模拟试验装置。

背景技术

近年来，随着我国公路大规模的发展并向山区延伸，山区公路路基边坡在降雨冲刷作用下失稳破坏的问题越发突出。路基边坡不同于一般的自然边坡，其经过多层压实，差异性大，并且路基边坡常年暴露于自然环境之中，承受各种自然因素的影响；其中，降雨的冲刷和渗透破坏作用尤为明显。冲刷对路基边坡的破坏，轻者堵塞排水沟，重者导致路基毁坏，掩埋道路；降雨冲刷给道路交通运输带来了严重的安全隐患，给公路的正常运营和经济的发展造成了巨大影响，因此对路基边坡进行冲刷试验研究非常必要。

影响路基边坡冲刷的主要因素包括边坡土质填料的种类及压实度，边坡的坡长、坡度及生态防护状况，降雨强度及降雨历时等；分析不同因素对边坡冲刷的影响，找出不同因素对边坡冲刷的关系，是路基边坡冲刷研究的关键所在。目前，路基边坡冲刷试验常用的是现场试验及室内模拟试验，现场试验由于自然降雨季节性分布强，年度分布极不均匀等特点导致其周期长、费用高，而且还受自然环境中风荷载、冻融等外营力的影响，难以取得有效资料；而室内模拟试验具有不受自然因素的影响，在短期内可获得大量有效试验资料的优点，但由于缺少相应的整体试验装置，限制了该方法的广泛应用。

因此，市场上急需要一种方便高效并能全面模拟不同工况、不同降雨条件下的路基边坡室内冲刷试验装置，通过利用该装置开展不同工况、不同降雨条件下的路基边坡室内冲刷试验研究，寻求各因素对边坡冲刷稳定性的影响，弄清不同类型路基边坡在降雨条件下的冲刷失稳破坏机制，为路基边坡防冲刷设计提出合理化的建议与措施，对指导工程实践，保障边坡稳定，加快工程进度，降低工程造价具有重要的理论意义和工程实际意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于解决现有边坡冲刷试验模拟装置的不能全面模拟不同工况、不同降雨条件下进行路基边坡的室内冲刷试验等不足，而提供结构简单，操作方便，安全可靠，造价低，可在短期内在不同工况、不同降雨条件下获得大量路基边坡冲刷资料的一种路基边坡冲刷室内模拟试验装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种路基边坡冲刷室内模拟试验装置，包括移动式可升降边坡模拟装置和人工降雨模拟装置，所述移动式可升降边坡模拟装置包括底座装置、面板槽装置、坡度调节装置，所述底座装置与面板槽装置通过活动铰链连接在一起，面板槽装置可绕铰链自由转动；所述人工降雨模拟装置包括供水装置、支撑装置和喷洒装置。

所述底座装置包括底板、V型雨水收集槽和活动脚轮，V型雨水收集槽焊接在底板的一侧，V型雨水收集槽两侧设排水口，活动脚轮位于底板的下部，活动脚轮可以在水平范围内360°旋转，所述活动脚轮设置有固定按钮，可锁定轮子转动，所述底板和V型雨水收集槽的材料均采用钢材。

所述面板槽装置包括槽面板、端板、护栏、侧板，端板及护栏焊接在槽面板上，侧板通过螺栓与护栏连接。

所述侧板的材料采用无色透明的有机玻璃板，端板及护栏的材料均采用钢板。

所述坡度调节装置包括角度指示器和液压千斤顶，角度指示器固定于槽面板上，液压千斤顶设置于槽面板与底板之间。

所述供水装置包括供水池、输水管、水泵、调节阀门、分支阀门和流速仪，输水管一端伸入供水池中，另一端连接导水管，水泵、分支阀门和流速仪安装在输水管上，水泵输出一侧的输水管上设置有倒流水管，倒流水管上安装有调节阀门，倒流水管的出水端伸入供水池中。

所述支撑装置包括活动轮、伸缩架、横向支撑杆和纵向支撑杆，活动轮位于伸缩架的底部，横向支撑杆和纵向支撑杆相互垂直并位于伸缩架顶部，所述伸缩架由四根伸缩杆组成，伸缩杆由不同直径段的中空铝合金直杆叠合而成，每节杆段均带有一个可调伸缩长度的螺栓，所述横向支撑杆和纵向支撑杆均为铝合金材料制成的中空直杆。

所述喷洒装置包括导水管和喷头，导水管均匀设置于支撑装置的纵向支撑杆上，喷头均匀设置于导水管上，所述导水管采用UPVC管，所述喷头采用X型喷洒式降雨喷头。

所述底座装置与面板槽装置坡角变化范围为20°～70°。

所述喷头至面板槽中填料的高度差为2m～3m。

本发明所采用的技术方案具有以下有益效果：

1、利用本发明可以开展不同土质填料、不同压实度、不同坡长、不同坡度及不同生态防护状况下路基边坡的室内冲刷试验，同时还可以对不同降雨强度及不同降雨历时下边坡冲刷性能进行研究，从而可为路基边坡结构的设计与施工提供充分试验依据。

2、本发明结构简单、操作方便、安全可靠、造价低、效率高、便于推广应用；

3、边坡模拟装置中面板槽的侧板选用无色透明的有机玻璃板，可以直接观察降雨作用下边坡填料实时变化情况；

4、人工降雨模拟装置中支撑装置的高度可以根据实际需求进行调节，当边坡坡度改变时可通过调节支撑的高度来确保降雨喷头与坡面之间的落差；

5、人工降雨模拟装置以终端水流流速来调节控制降雨量，可有效克服从水源到喷头各个环节的阻力和损耗造成的误差。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

图2为本发明的移动式可升降边坡模拟装置示意图；

图3为本发明的人工降雨模拟装置示意图；

图4为本发明的支撑装置示意图；

图中：1、底板；2、V型雨水收集槽；3、排水口；4、活动脚轮；5、槽面板；6、端板；7、护栏；8、侧板；9、活动铰链；10、角度指示仪；11、液压千斤顶；12、供水池；13、输水管；14、倒流水管；15、水泵；16、调节阀门；17、分支阀门；18、流速仪；19、喷头；20、导水管；21、螺栓；22、伸缩杆；23、横向支撑杆；24、纵向支撑杆；25、活动轮。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1所示为本发明的整体结构示意图，图中一种路基边坡冲刷室内模拟试验装置，包括移动式可升降边坡模拟装置和人工降雨模拟装置，所述移动式可升降边坡模拟装置包括底座装置、面板槽装置、坡度调节装置，所述底座装置与面板槽装置通过活动铰链9连接在一起，面板槽装置可绕铰链自由转动，面板槽装置的长宽尺寸可以根据模拟试验实际需求进行设置，所述人工降雨模拟装置包括供水装置、支撑装置和喷洒装置。

所述底座装置包括底板1、V型雨水收集槽2和活动脚轮4，V型雨水收集槽2焊接在底板1的一侧，V型雨水收集槽2两侧设排水口3，活动脚轮位于底板1的下部，活动脚轮4可以在水平范围内360°旋转，所述活动脚轮4设置有固定按钮，可锁定轮子转动，所述底板1和V型雨水收集槽2的材料均采用钢材。

所述面板槽装置包括槽面板5、端板6、护栏7、侧板8，端板6及护栏7焊接在槽面板5上，侧板8通过螺栓21与护栏7连接。

所述侧板8的材料采用无色透明的有机玻璃板，端板6及护栏7的材料均采用钢板。

所述坡度调节装置包括角度指示器10和液压千斤顶11，角度指示器10固定于槽面板5上，液压千斤顶11设置于槽面板5与底板1之间。

所述供水装置包括供水池12、输水管13、水泵15、调节阀门16、分支阀门17和流速仪18，输水管13一端伸入供水池12中，另一端连接导水管20，水泵15、分支阀门17和流速仪18安装在输水管13上，水泵15输出一侧的输水管13上设置有倒流水管14，倒流水管14上安装有调节阀门16，倒流水管14的出水端伸入供水池12中。

所述支撑装置包括活动轮25、伸缩架、横向支撑杆23和纵向支撑杆24，活动轮25位于伸缩架的底部，横向支撑杆23和纵向支撑杆24相互垂直并位于伸缩架顶部，所述伸缩架由四根伸缩杆22组成，伸缩杆22由不同直径段的中空铝合金直杆叠合而成，每节杆段长约100cm～150cm，均带有一个可调伸缩长度的螺栓21，所述横向支撑杆23和纵向支撑杆24均为铝合金材料制成的中空直杆。

所述喷洒装置包括导水管20和喷头19，为保证喷头19喷洒的水能均匀的降落在边坡模型上，导水管20均匀设置于支撑装置的纵向支撑杆24上，喷头19均匀设置于导水管20上，所述导水管20采用UPVC管，所述喷头19采用X型喷洒式降雨喷头19，根据模拟试验槽的尺寸，本发明设置了6根导水管20，每根导水管20上设置5～6个喷头19，喷头19间的间距为80cm～100cm。

所述底座装置与面板槽装置坡角变化范围为20°～70°。

所述喷头19至面板槽中填料的高度差为2m～3m 。

利用该套模拟装置可以开展不同土质填料、不同压实度、不同坡长、不同坡度及不同生态防护状况下路基边坡的室内冲刷试验，同时还可以对不同降雨强度及不同降雨历时下边坡冲刷性能进行研究，从而可为路基边坡结构的设计与施工提供充分试验依据。

所述不同填料是指由于不同地域土质性质的差异，如粘性土、粉砂质粘土、粉土等，根据工程实际状况选取路基土质填入面板槽中压实进行试验。

所述不同压实度是根据实际工程需要，选取路基边坡在不同压实度下进行试验，试验中压实度分别取87%、90%、93%、95%。

所述不同坡长，在试验中是通过控制调节阀门16来调整降雨范围的长度，从而达到调节冲刷试验坡长的目的，每一个分支阀门17控制1/3个区域的面板槽，试验中坡长分别取面板槽长度的1/3倍、2/3倍、1倍。

所述不同坡度，通过液压千斤顶11来控制面板槽装置的角度实现，试验中坡角分别取30°、40°、45°、50°、60°。

所述不同生态防护状况，指考虑边坡在裸露和不同植被物种防护下的情况，其中植被物种可选择：黑卖草、狗牙根、早熟禾、高羊茅等物种中的一种或多种组合。

所述不同降雨强度，通过调控流速仪18来控制导水管20中水流流速从而达到控制降强度的目的，降雨量分别取为10mm/h，20mm/h,40mm/h，80mm/h，160mm/h。

所述不同降雨历时，通过控制人工降雨的时间来实现，降雨时间分别取0.5小时，1小时，2小时，4小时，8小时，16小时。

具体试验步骤如下：

1、将填料填入面板槽装置中，利用打夯机压实至所需压实度；

2、举升液压千斤顶11，并观察角度指示仪10，将面板槽坡度增加至设定坡度；

3、根据模拟边坡长度通过分支阀门17调节开启喷头19的排数；

4、开启水泵15，通过控制调节阀门16和分支阀门17并通过观察流速仪18来调节降雨强度，通过时钟控制降雨历时；

5、定性观测坡面冲刷沟开展的数量、宽度、深度，通过无色透明的有机玻璃板观察雨水渗透情况，并进行详细描述与记录，定量量测坡面土体含水量变化情况、坡面土体高程变化值，并从面板槽装置中取样测试不同阶段边坡土体力学参数的变化情况；

6、整理数据，试验完毕。

Claims (4)

1.一种路基边坡冲刷室内模拟试验装置，包括移动式可升降边坡模拟装置和人工降雨模拟装置，其特征在于：所述移动式可升降边坡模拟装置包括底座装置、面板槽装置、坡度调节装置，底座装置包括底板、V型雨水收集槽和活动脚轮，V型雨水收集槽焊接在底板的一侧，V型雨水收集槽两侧设排水口，活动脚轮位于底板的下部，活动脚轮可以在水平范围内360°旋转，所述活动脚轮设置有固定按钮，可锁定轮子转动，所述底板和V型雨水收集槽的材料均采用钢材，所述面板槽装置包括槽面板、端板、护栏、侧板，端板及护栏焊接在槽面板上，所述侧板的材料采用无色透明的有机玻璃板，端板及护栏的材料均采用钢板，侧板通过螺栓与护栏连接，所述底座装置与面板槽装置通过活动铰链连接在一起，面板槽装置可绕铰链自由转动，所述坡度调节装置包括角度指示器和液压千斤顶，角度指示器固定于槽面板上，液压千斤顶设置于槽面板与底板之间；所述人工降雨模拟装置包括供水装置、支撑装置和喷洒装置，所述供水装置包括供水池、输水管、水泵、调节阀门、分支阀门和流速仪，输水管一端伸入供水池中，另一端连接导水管，水泵、分支阀门和流速仪安装在输水管上，水泵输出一侧的输水管上设置有倒流水管，倒流水管上安装有调节阀门，倒流水管的出水端伸入供水池中，所述支撑装置包括活动轮、伸缩架、横向支撑杆和纵向支撑杆，活动轮位于伸缩架的底部，横向支撑杆和纵向支撑杆相互垂直并位于伸缩架顶部，所述伸缩架由四根伸缩杆组成，伸缩杆由不同直径段的中空铝合金直杆叠合而成，每节杆段均带有一个可调伸缩长度的螺栓，所述横向支撑杆和纵向支撑杆均为铝合金材料制成的中空直杆。

2.根据权利要求1所述的一种路基边坡冲刷室内模拟试验装置，其特征在于：所述喷洒装置包括导水管和喷头，导水管均匀设置于支撑装置的纵向支撑杆上，喷头均匀设置于导水管上，所述导水管采用UPVC管，所述喷头采用X型喷洒式降雨喷头。

3.根据权利要求1所述的一种路基边坡冲刷室内模拟试验装置，其特征在于：所述底座装置与面板槽装置坡角变化范围为20°～70°。

4.根据权利要求2所述的一种路基边坡冲刷室内模拟试验装置，其特征在于：所述喷头至面板槽中填料的高度差为2m～3m。