CN105891037A - 边坡冲刷模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种边坡冲刷模拟试验装置，包括边坡模拟装置和降雨模拟装置，所述边坡模拟装置包括面板槽，面板槽上设有角度指示器Ⅰ；降雨模拟装置包括用喷头、喷洒箱、角度指示器Ⅱ、支臂Ⅰ和支臂Ⅱ，喷头均匀分布在喷洒箱上，且喷头出水孔的轴线垂直于喷洒箱表面，角度指示器Ⅱ安装在喷洒箱上；支臂Ⅰ为伸缩式结构，支臂Ⅱ的一端铰接于支臂Ⅰ、另一端铰接于喷洒箱；支臂Ⅱ上连接有起升器Ⅰ和推移器，起升器Ⅰ支起支臂Ⅱ以提升支臂Ⅱ高度，推移器推动喷洒箱前后移动以调节喷洒箱与水平面之间角度；本发明可对不同降雨角度下边坡冲刷性能进行研究，为路基边坡结构的设计与施工提供更加充分的试验依据，更利于边坡治理。

Description

边坡冲刷模拟试验装置

技术领域

本发明涉及边坡稳定性模拟试验领域，特别涉及一种边坡冲刷模拟试验装置。

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；而室内模拟试验则可不受自然因素的影响，在短期内可获得大量有效试验资料，近年来应用越来越广泛。

中国专利CN 103245772 B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；通过该试验装置可以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。然而，上述试验装置中，其喷水装置的喷头是固定设置的，虽然能够通过水泵及相关阀门调节所模拟降雨的强度，但是却无法调节所模拟降雨与模拟边坡坡面之间的角度；而实际环境中，受到风速的影响，同一坡度的边坡经常会遭遇到不同角度的降雨冲刷，即该试验装置无法对不同降雨角度下边坡冲刷性能进行研究，还不能为路基边坡结构的设计与施工提供充分试验依据。

因此，为解决上述问题，就需要一种边坡冲刷模拟试验装置，可对不同降雨角度下边坡冲刷性能进行研究，为路基边坡结构的设计与施工提供更加充分的试验依据。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种坡冲刷模拟试验装置，可对不同降雨角度下边坡冲刷性能进行研究，为路基边坡结构的设计与施工提供更加充分的试验依据。

本发明的边坡冲刷模拟试验装置，包括边坡模拟装置和降雨模拟装置，所述边坡模拟装置包括用于填入填料以形成模拟边坡的面板槽，所述面板槽上设有用于检测面板槽与水平面之间角度的角度指示器Ⅰ；所述降雨模拟装置包括用于喷水的喷头、用于安装喷头的喷洒箱、用于检测喷洒箱与水平面之间角度的角度指示器Ⅱ、支臂Ⅰ和支臂Ⅱ，所述喷头均匀分布在喷洒箱上，且所述喷头出水孔的轴线垂直于喷洒箱表面，所述角度指示器Ⅱ安装在喷洒箱上；所述支臂Ⅰ为伸缩式结构，所述支臂Ⅱ的一端铰接于支臂Ⅰ、另一端铰接于喷洒箱；所述支臂Ⅱ上连接有起升器Ⅰ和推移器，所述起升器Ⅰ支起支臂Ⅱ以提升支臂Ⅱ高度，所述推移器推动喷洒箱前后移动以调节喷洒箱与水平面之间角度。

进一步，该模拟试验装置还包括纠偏系统，所述纠偏系统包括处理控制器和测距器，多个所述测距器从上往下均匀安装在喷洒箱上并实时检测喷洒箱正面与模拟边坡表面之间的水平距离；所述角度指示器Ⅰ、角度指示器Ⅱ、推移器与测距器分别与处理控制器通信相连，所述处理控制器接收各测距器发送的距离信号并在处理后控制推移器的启闭。

进一步，所述纠偏系统还包括显示器，所述显示器与处理控制器通信相连并显示各测距器所测得的距离信息及角度指示器Ⅰ和角度指示器Ⅱ测得的角度信息。

进一步，所述喷头在喷洒箱上以矩阵形式排列，各所述测距器分别设置在上下相邻的两排喷头之间。

进一步，所述降雨模拟装置还包括供水箱、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箱中、另一端连接导水管，水泵安装在输水管上，分支阀门和流速仪安装在导水管上；导水管部分伸入喷洒箱并与相应的喷头相连。

进一步，所述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箱中。

进一步，所述降雨模拟装置还包括机体，所述机体上设有导轨、底座和用于驱动底座沿导轨滑动的驱动电机，所述支臂Ⅰ和起升器Ⅰ均连接在底座上。

进一步，所述机体上设有用于安装导轨的安装槽，所述安装槽内还设有与导轨平行的齿条；所述驱动电机设在底座的底部，并且所述驱动电机的输出端设有用于与齿条啮合传动的齿轮。

进一步，所述边坡模拟装置还包括边坡底座，所述边坡底座与面板槽通过活动铰链连接在一起，面板槽可绕活动铰链自由转动，所述边坡底座与面板槽之间设有起升器Ⅱ，所述起升器Ⅱ支起面板槽以提升面板槽高度。

进一步，所述边坡底座设有雨水收集槽和活动脚轮，所述雨水收集槽固定在边坡底座的一侧，所述雨水收集槽的两侧设排水口，活动脚轮设在边坡底座的底部。

本发明的有益效果：本发明的边坡冲刷模拟试验装置，试验时使用起升器Ⅰ将喷洒箱提升到特定高度，再通过推移器调整喷洒箱与面板槽的相对位置，调整过程中可通过角度指示器Ⅱ控制喷洒箱与水平面之间的角度以控制喷头的喷水角度，即模拟出对于特定角度的边坡的各种不同的降雨角度，从而对不同降雨角度下边坡冲刷性能进行研究，为路基边坡结构的设计与施工提供更加充分的试验依据，更利于边坡治理。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的喷洒箱与供水箱的连接结构示意图；

图3位本发明的纠偏系统的通信原理图。

具体实施方式

如图1至图3所示：本实施例的边坡冲刷模拟试验装置，包括边坡模拟装置和降雨模拟装置，所述边坡模拟装置包括用于填入填料以形成模拟边坡的面板槽1，所述面板槽1上设有用于检测面板槽1与水平面之间角度的角度指示器Ⅰ2；所述降雨模拟装置包括用于喷水的喷头3、用于安装喷头3的喷洒箱4、用于检测喷洒箱4与水平面之间角度的角度指示器Ⅱ5、支臂Ⅰ6和支臂Ⅱ7，所述喷头3均匀分布在喷洒箱4上，且所述喷头3出水孔的轴线垂直于喷洒箱4表面，所述角度指示器Ⅱ5安装在喷洒箱4上；所述支臂Ⅰ6为伸缩式结构，所述支臂Ⅱ7的一端铰接于支臂Ⅰ6、另一端铰接于喷洒箱4；所述支臂Ⅱ7上连接有起升器Ⅰ8和推移器9，所述起升器Ⅰ8支起支臂Ⅱ7以提升支臂Ⅱ7高度，所述推移器9推动喷洒箱4前后移动以调节喷洒箱4与水平面之间角度；面板槽1可包括面板、端板、护栏及侧板，端板及护栏焊接在面板上，侧板通过螺栓与护栏连接，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，以形成一槽体，角度指示器Ⅰ2固定于面板；面板槽1中可填充粘性土、粉砂质粘土、粉土等填料，根据工程实际状况选取路基土质填入面板槽1中压实进行试验，压实度可根据需要而设置；支臂Ⅰ6可为伸缩气缸结构，有利于调整喷洒箱4的高度；面板槽1与水平面之间的角度即所模拟边坡的坡度；水箱呈方形，由于喷头3出水孔的轴线垂直于水箱表面，通过调整喷洒箱4与水平面之间的角度也可以控制喷水角度，即模拟出各种不同的降雨角度；喷洒箱4以其与支臂Ⅱ7的连接部位为转轴而前后移动，向前移动时喷洒箱4的底端逐渐靠近面板槽1，向后移动时则逐渐远离；角度指示器Ⅰ2和角度指示器Ⅱ5均可为现有的角度传感器；试验时使用起升器Ⅰ8将喷洒箱4提升到特定高度，再通过推移器9调整喷洒箱4与面板槽1的相对位置，调整过程中可通过角度指示器Ⅱ5控制喷洒箱4与水平面之间的角度以控制喷头3的喷水角度，即模拟出对于特定角度的边坡的各种不同的降雨角度，从而对不同降雨角度下边坡冲刷性能进行研究，为路基边坡结构的设计与施工提供更加充分的试验依据，更利于边坡治理。

本实施例中，该模拟试验装置还包括纠偏系统，所述纠偏系统包括处理控制器10和测距器11，多个所述测距器11从上往下均匀安装在喷洒箱4上并实时检测喷洒箱4正面(支臂Ⅱ7的一端铰接于喷洒箱4背面)与模拟边坡表面之间的水平距离；所述角度指示器Ⅰ2、角度指示器Ⅱ5、推移器9与测距器11分别与处理控制器10通信相连，所述处理控制器10接收各测距器11发送的距离信号并在处理后控制推移器9的启闭；所述纠偏系统还包括显示器12，所述显示器12与处理控制器10通信相连并显示各测距器11所测得的距离信息及角度指示器Ⅰ2和角度指示器Ⅱ5测得的角度信息；处理控制器10从角度指示器Ⅰ2处接收面板槽1与水平面之间的角度信号、从角度指示器Ⅱ5处接收喷洒箱4与水平面之间的角度信号，并通过显示器12显示相关的角度信息；面板槽1中形成模拟边坡，边坡表面与喷洒箱4正面相对；测距器11可为现有的距离传感器，其从上往下均匀安装在喷洒箱4上，通过测定各个位点与边坡表面的距离，再将距离信息传至处理控制器10，处理控制器10中预设有相关程序，能够通过这些距离信息计算出喷洒箱4正面与模拟边坡表面之间的角度，从而可在角度指示器Ⅱ5失效或者精度不足的情况下进行纠正，提高试验的准确性；优选地，所述喷头3在喷洒箱4上以矩阵形式排列，各所述测距器11分别设置在上下相邻的两排喷头3之间；矩阵形式及横向、纵向均匀排列，例如可为图2中的7×9形式分布，根据需要还可以进行调整；该结构有利于提高所模拟降雨的均匀度；各测距器11的探头端纵向均匀分布在喷洒箱4的正面，使距离检测更加准确。

本实施例中，所述降雨模拟装置还包括供水箱13、输水管14、水泵15、调节阀门16、分支阀门17和流速仪18；输水管14一端伸入供水箱13中、另一端连接导水管19，水泵15安装在输水管14上，分支阀门17和流速仪18安装在导水管19上；导水管19部分伸入喷洒箱4并与相应的喷头3相连；输水管14为总管，导水管19为支管；通过控制水泵15压力，可调节喷水的流速，从而模拟各种不同强度的降雨；流速仪18便于观察水流流速；此外，所述水泵15输出一侧的输水管14上设置有倒流水管20，倒流水管20上安装有调节阀门16；倒流水管20的出水端伸入供水箱13中，该结构可以终端水流流速来调节控制降雨量，有效克服从水源到喷头3各个环节的阻力和损耗造成的误差。

本实施例中，所述降雨模拟装置还包括机体21，所述机体21上设有导轨22、底座23和用于驱动底座23沿导轨22滑动的驱动电机24，所述支臂Ⅰ6和起升器Ⅰ8均连接在底座23上；机体21为安装主体，其他部件例如供水箱13均可安装在其上；导轨22可为长条形结构；底座23沿导轨22滑动，同时带动支臂Ⅰ6、支臂Ⅱ7、起升器Ⅰ8及喷洒箱4移动，可在机体21保持原位的基础上实现喷洒箱4整体的移动，从而便于试验操作；本实施例中，所述机体21上设有用于安装导轨22的安装槽25，所述安装槽25内还设有与导轨22平行的齿条26；所述驱动电机24设在底座23的底部，并且所述驱动电机24的输出端设有用于与齿条26啮合传动的齿轮27，该结构移动方便，简化了相关操作。

本实施例中，所述边坡模拟装置还包括边坡底座32，所述边坡底座32与面板槽1通过活动铰链28连接在一起，面板槽1可绕活动铰链28自由转动，所述边坡底座32与面板槽1之间设有起升器Ⅱ29，所述起升器Ⅱ29支起面板槽1以提升面板槽1高度；起升器Ⅰ8、起升器Ⅱ29均可为千斤顶结构，推移器9可为电动气缸结构；面板槽1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3与坡面之间的落差；本实施例中，所述边坡底座32设有雨水收集槽30和活动脚轮31，所述雨水收集槽30固定在边坡底座32的一侧，所述雨水收集槽30的两侧设排水口，活动脚轮31设在边坡底座32的底部，便于冲刷后的水流出。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种边坡冲刷模拟试验装置，包括边坡模拟装置和降雨模拟装置，所述边坡模拟装置包括用于填入填料以形成模拟边坡的面板槽，所述面板槽上设有用于检测面板槽与水平面之间角度的角度指示器Ⅰ；其特征在于：所述降雨模拟装置包括用于喷水的喷头、用于安装喷头的喷洒箱、用于检测喷洒箱与水平面之间角度的角度指示器Ⅱ、支臂Ⅰ和支臂Ⅱ，所述喷头均匀分布在喷洒箱上，且所述喷头出水孔的轴线垂直于喷洒箱表面，所述角度指示器Ⅱ安装在喷洒箱上；所述支臂Ⅰ为伸缩式结构，所述支臂Ⅱ的一端铰接于支臂Ⅰ、另一端铰接于喷洒箱；所述支臂Ⅱ上连接有起升器Ⅰ和推移器，所述起升器Ⅰ支起支臂Ⅱ以提升支臂Ⅱ高度，所述推移器推动喷洒箱前后移动以调节喷洒箱与水平面之间角度。

2.根据权利要求1所述的边坡冲刷模拟试验装置，其特征在于：该模拟试验装置还包括纠偏系统，所述纠偏系统包括处理控制器和测距器，多个所述测距器从上往下均匀安装在喷洒箱上并实时检测喷洒箱正面与模拟边坡表面之间的水平距离；所述角度指示器Ⅰ、角度指示器Ⅱ、推移器与测距器分别与处理控制器通信相连，所述处理控制器接收各测距器发送的距离信号并在处理后控制推移器的启闭。

3.根据权利要求2所述的边坡冲刷模拟试验装置，其特征在于：所述纠偏系统还包括显示器，所述显示器与处理控制器通信相连并显示各测距器所测得的距离信息及角度指示器Ⅰ和角度指示器Ⅱ测得的角度信息。

4.根据权利要求2所述的边坡冲刷模拟试验装置，其特征在于：所述喷头在喷洒箱上以矩阵形式排列，各所述测距器分别设置在上下相邻的两排喷头之间。

5.根据权利要求1所述的边坡冲刷模拟试验装置，其特征在于：所述降雨模拟装置还包括供水箱、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箱中、另一端连接导水管，水泵安装在输水管上，分支阀门和流速仪安装在导水管上；导水管部分伸入喷洒箱并与相应的喷头相连。

6.根据权利要求5所述的边坡冲刷模拟试验装置，其特征在于：所述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箱中。

7.根据权利要求1所述的边坡冲刷模拟试验装置，其特征在于：所述降雨模拟装置还包括机体，所述机体上设有导轨、底座和用于驱动底座沿导轨滑动的驱动电机，所述支臂Ⅰ和起升器Ⅰ均连接在底座上。

8.根据权利要求7所述的边坡冲刷模拟试验装置，其特征在于：所述机体上设有用于安装导轨的安装槽，所述安装槽内还设有与导轨平行的齿条；所述驱动电机设在底座的底部，并且所述驱动电机的输出端设有用于与齿条啮合传动的齿轮。

9.根据权利要求1所述的边坡冲刷模拟试验装置，其特征在于：所述边坡模拟装置还包括边坡底座，所述边坡底座与面板槽通过活动铰链连接在一起，面板槽可绕活动铰链自由转动，所述边坡底座与面板槽之间设有起升器Ⅱ，所述起升器Ⅱ支起面板槽以提升面板槽高度。

10.根据权利要求9所述的边坡冲刷模拟试验装置，其特征在于：所述边坡底座设有雨水收集槽和活动脚轮，所述雨水收集槽固定在边坡底座的一侧，所述雨水收集槽的两侧设排水口，活动脚轮设在边坡底座的底部。