CN104569349A - 一种模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置，由模拟边坡降雨系统、边坡试验平台系统及数据采集分析系统组成：模拟边坡降雨系统中，水箱与水管构成回路，水管上装有水泵、阀门、流量计和喷头，喷头均布在边坡试验平台系统顶部；边坡试验平台系统中，倾斜台位于底板上，底板下设有螺纹杆及与螺纹杆相连的旋转轮，摄像墙与倾斜台转动方向平行；数据采集分析系统中，传感器均布在底板上，摄像头位于摄像墙上，传感器数据收集装置设在底板一侧，传感器数据收集装置、流量计分别通过数据传输线与计算机连接。本发明具有精度高、操作简便、可重复性强的优点。

Description

一种模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置

技术领域

    本发明涉及岩土工程试验技术领域，具体是一种模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置。

背景技术

边坡失稳给人类的生命财产安全带来了重大的威胁和损失，是一种严重不良的地质灾害。据研究报道，降雨是导致边坡的主要原因之一，对降雨作用下岩土土边坡的变形、解体破坏机理和稳定性的研究具有十分重要的理论意义和实际工程价值，同时，它对多雨地区边坡的防治与处理具有重要的指导意义。目前主要采取理论分析和数值模拟方法对降雨诱发边坡的机理和过程进行研究，主要研究雨量，降雨强度，降雨历时以及降雨类型等与边坡稳定性之间的关系，运用二元回归法建立指数预测模型，发现边坡位移变化主要受连续累计降雨量的影响。

现有的边坡试验装置通常包括降雨控制系统、数据采集系统和多物理量量测系统，在试验过程中，由于降雨控制系统未对降雨量指标、喷射方式、降雨持续时间等做出规范，不同的装置的试验结果和分析结果存在不一致性，即便采用同一装置进行多次重复试验，最终的试验结果和分析结果也存在不一致，导致装置对实际边坡的稳定性的指导意义不大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置，具有精度高、操作简便、可重复性强的优点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置，由模拟边坡降雨系统、边坡试验平台系统及数据采集分析系统组成：所述模拟边坡降雨系统包括水箱、水泵、阀门、流量计、喷头和水管，所述水箱与水管构成回路，所述水管上安装有水泵、阀门、流量计和喷头，所述喷头均匀布置在边坡试验平台系统的顶部；所述边坡试验平台系统包括底板、倾斜台和摄像墙，所述倾斜台位于底板上面，所述底板下面布置有螺纹杆以及与螺纹杆相连的旋转轮，用于转动倾斜台到一定角度，所述摄像墙为边坡试验平台系统的一堵与倾斜台转动方向始终保持平行的侧墙；所述数据采集分析系统包括传感器、数据传输线、计算机、摄像头和传感器数据收集装置，所述传感器均匀布置在底板上面，所述摄像头布置在摄像墙上，所述传感器数据收集装置设置在底板一侧，所述传感器数据收集装置、流量计分别通过数据传输线与计算机连接。

作为本发明进一步的方案：所述底板一侧设置有刻度盘，用于读取倾斜台的旋转角度。

作为本发明进一步的方案：所述底板的四个角都布置有板角，用于调节底板的水平；

作为本发明进一步的方案：所述传感器的数量至少为3个。

作为本发明进一步的方案：所述传感器包括含水量传感器和水压力传感器。

作为本发明进一步的方案：所述含水量传感器采用的是TDC2201土壤水分传感器。

作为本发明进一步的方案：所述水压力传感器采用的是CYSB-2型孔隙水压力传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明严格按照边坡稳定相关的岩土工程规范，通过计算机控制降雨量孔隙水压力、计算机自动采集数据，成功模拟天然降雨及各种蓄水水位变化条件下的工程或自然边坡的稳定性研究，减少了人工操作，尽量还原真实的边坡现状（包括控制雨量、降雨强度、降雨历时以及降雨类型等试验条件），增加实验数据的可靠性，且本装置搭配人工降雨装置并配有底部含水量传感器及水管的流量计，可精确获得不同时刻的降雨量，再配合高清摄像头录制的平台的边坡倒塌实验，便可得到降雨量对实验边坡的稳定性的影响，结合计算机收集的变化曲线，即可完成边坡破坏的单因素影响曲线。本发明可以大大减少室内边坡实验的误差，节省人力，并能直观在计算机上观察到模拟边坡的实际情况以及边坡坡度，含水量等数据波动。

本发明为边坡崩滑过程的一系列试验研究提供了一个精确平台，使试验具有可重复性，可模拟性；针对数值模拟，可以通过基于本发明基础上的相关试验，来补充试验结果，使试验具有补充性与验证性。

本发明具有精度高、操作简便、可重复性强的优点。

本发明通过模拟边坡降雨系统可以实现对边坡的含水量的调整，更接近实际情况，改善了以往实验直接对边坡洒水控制含水量，另外还可以通过边坡试验平台系统中底板的不同角度来控制边坡的倾斜度。

附图说明

图1是一种模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置的结构示意图；

图2是一种模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置的边坡试验平台系统示意图；

图3是一种模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置的边坡试验过程示意图；

图4是一种模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置的边坡破坏最终示意图；

图5是一种模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置的底板、顶部和摄像墙布置图；

图6是一种模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置的倾斜台及传感器布置图；

图7是一种模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置的模拟边坡降雨系统的水流及喷头布置图；

图中：A1-水箱、A2-水泵、A3-阀门、A4-流量计、A5-喷头、A6-水管、B1-底板、B2-倾斜台、B3-摄像墙、B4-螺纹杆、B5-旋转轮、B6-刻度盘、B7-板角、C1-传感器、C2-数据线、C3-计算机、C4-摄像头、C5-传感器数据收集装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例及附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图7，本发明实施例中，一种模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置，由模拟边坡降雨系统、边坡试验平台系统及数据采集分析系统组成：模拟边坡降雨系统包括水箱A1、水泵A2、阀门A3、流量计A4、喷头A5和水管A6，水箱A1与水管A6构成回路，水管A6上安装有水泵A2、阀门A3、流量计A4和喷头A5，水泵A2为模拟降雨提供动力，阀门A3用于开关及控制水管A6中水的流量，流量计A4用于检测水管A6中水的流量，喷头A5均匀布置在边坡试验平台系统的顶部；边坡试验平台系统包括底板B1、倾斜台B2和摄像墙B3，倾斜台B2位于底板B1上面，底板B1下面布置有螺纹杆B4以及与螺纹杆B4相连的旋转轮B5，旋转轮B5旋转时能使倾斜台B2转动到一定角度，底板B1一侧设置有刻度盘B6，倾斜台B2的旋转角度可由刻度盘B6读出，摄像墙B3为边坡试验平台系统的一堵与倾斜台B2转动方向始终保持平行的侧墙，底板B1的四个角都布置有板角B7，板角B7用于调节底板B1的水平；数据采集分析系统包括传感器C1、数据传输线C2、计算机C3、摄像头C4和传感器数据收集装置C5，传感器C1均匀布置在底板B1上面，摄像头C4布置在摄像墙B3上，传感器数据收集装置C5设置在底板B1一侧，传感器数据收集装置C5、流量计A4分别通过数据传输线C2与计算机C3连接，将收集到的数据发送到计算机C3进行分析。

本发明实施例中，传感器C1包括含水量传感器和水压力传感器，含水量传感器采用的是TDC2201土壤水分传感器，用于监测土体的体积含水率；水压力传感器采用的是CYSB-2型孔隙水压力传感器，用于监测边坡孔隙水压力，量程为-100-30kPa；以上两种传感器在试验过程中均受空气湿度、温度等的影响较小，保证了数据的准确性和可靠性，本发明实施例中在底板B1的4个点分别安装含水量传感器和水压力传感器。

数据采集分析系统与模拟边坡降雨系统和边坡试验平台系统之间有数据交流，阀门A3的大小由计算机C3控制，而流量计A4算出流量大小后将数据返回给计算机C3；边坡试验平台系统中，边坡的布置应严格要求参照的现实土质边坡的土层分布或者岩质边坡的岩石层，依据不同情况在倾斜台B2上预先布置模拟现实边坡中的底层不滑动土或岩石，试验过程中，边坡的角度，边坡含水量，边坡的实时情况等边坡信息均汇总到计算机C3上，计算机C3显示中既有边坡的情况又有随时间含水量的变化曲线及角度，边坡类型等情况；在数据采集分析系统中，计算机C3中的数据分析软件打开之后，会将接收到并处理好的信息显示在窗口的不同显示区域，具体为：左上角显示摄像头返回的实时图像，右上角显示边坡不变的基本信息（坡度、材质等），右下角显示边坡含水量变化曲线，该含水量曲线变化与摄像信息同步，在试验结束后均可调出。

所述的模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置的使用方法，包括以下步骤：

（1）调试检测仪器：将底板B1放置在平地上，整平，旋转旋转轮B5将倾斜台B2放置最低角度处，关闭阀门A3，往水箱A1注水，将流量计A4调零，打开计算机C3，检测调试传感器C1，摄像头C4。

（2）制作边坡模型：根据现场实际边坡获得的边坡土层情况，利用不同土石、不同压缩性和黏聚性的土制作成边坡模型，并经过一段时间的沉积，使其尽量获得最佳效果。

（3）边坡模型角度的调节：通过调整旋转轮B5，来缓慢调整倾斜台B2的角度，从而达到调节边坡角度的目的；然后固定好螺纹杆B4。

（4）开始试验：用计算机C3打开阀门A3，打开水泵A2，待流量计A4稳定后即水压稳定后，打开喷头A5，同时在计算机C3上观察传感器数据收集装置C5传来的含水量及孔隙水压力值的波动情况，并注视着摄像头C4传来的边坡实时情况。待倾斜台B2上的模拟边坡开始破坏时，停止传感器C1的数据接收。

（5）重复试验：根据不同试验要求，控制不同角度不同水泵A2的流量来重复性进行步骤（1）到布置（4），获得重复性实验结果。

本发明严格按照边坡稳定相关的岩土工程规范，通过计算机控制降雨量孔隙水压力、计算机自动采集数据，成功模拟天然降雨及各种蓄水水位变化条件下的工程或自然边坡的稳定性研究，减少了人工操作，尽量还原真实的边坡现状（包括控制雨量、降雨强度、降雨历时以及降雨类型等试验条件），增加实验数据的可靠性，且本装置搭配人工降雨装置并配有底部含水量传感器及水管的流量计，可精确获得不同时刻的降雨量，再配合高清摄像头录制的平台的边坡倒塌实验，便可得到降雨量对实验边坡的稳定性的影响，结合计算机收集的变化曲线，即可完成边坡破坏的单因素影响曲线。本发明可以大大减少室内边坡实验的误差，节省人力，并能直观在计算机上观察到模拟边坡的实际情况以及边坡坡度，含水量等数据波动。

本发明为边坡崩滑过程的一系列试验研究提供了一个精确平台，使试验具有可重复性，可模拟性；针对数值模拟，可以通过基于本发明基础上的相关试验，来补充试验结果，使试验具有补充性与验证性。

本发明具有精度高、操作简便、可重复性强的优点。

本发明通过模拟边坡降雨系统可以实现对边坡的含水量的调整，更接近实际情况，改善了以往实验直接对边坡洒水控制含水量，另外还可以通过边坡试验平台系统中底板的不同角度来控制边坡的倾斜度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置，其特征在于，由模拟边坡降雨系统、边坡试验平台系统及数据采集分析系统组成：所述模拟边坡降雨系统包括水箱（A1）、水泵（A2）、阀门（A3）、流量计（A4）、喷头（A5）和水管（A6），所述水箱（A1）与水管（A6）构成回路，所述水管（A6）上安装有水泵（A2）、阀门（A3）、流量计（A4）和喷头（A5），所述喷头（A5）均匀布置在边坡试验平台系统的顶部；所述边坡试验平台系统包括底板（B1）、倾斜台（B2）和摄像墙（B3），所述倾斜台（B2）位于底板（B1）上面，所述底板（B1）下面布置有螺纹杆（B4）以及与螺纹杆（B4）相连的旋转轮（B5），用于转动倾斜台（B2）到一定角度，所述摄像墙（B3）为边坡试验平台系统的一堵与倾斜台（B2）转动方向始终保持平行的侧墙；所述数据采集分析系统包括传感器（C1）、数据传输线（C2）、计算机（C3）、摄像头（C4）和传感器数据收集装置（C5），所述传感器（C1）均匀布置在底板（B1）上面，所述摄像头（C4）布置在摄像墙（B3）上，所述传感器数据收集装置（C5）设置在底板（B1）一侧，所述传感器数据收集装置（C5）、流量计（A4）分别通过数据传输线（C2）与计算机（C3）连接。

2.根据权利要求1所述的模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置，其特征在于，所述底板（B1）一侧设置有刻度盘（B6），用于读取倾斜台（B2）的旋转角度。

3.根据权利要求1所述的模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置，其特征在于，所述底板（B1）的四个角都布置有板角（B7），用于调节底板（B1）的水平。

4.根据权利要求1所述的模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置，其特征在于，所述传感器（C1）的数量至少为3个。

5.根据权利要求1所述的模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置，其特征在于，所述传感器（C1）包括含水量传感器和水压力传感器。

6.根据权利要求5所述的模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置，其特征在于，所述含水量传感器采用的是TDC2201土壤水分传感器。

7.根据权利要求5所述的模拟降雨及含水量对边坡稳定性影响的分析试验装置，其特征在于，所述水压力传感器采用的是CYSB-2型孔隙水压力传感器。