CN106290127B - 用于路基边坡冲刷室内模拟试验的降雨模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于路基边坡冲刷室内模拟试验的降雨模拟装置，包括车体、位置调节机构、用于喷水的喷头、用于安装喷头的喷洒箱及用于检测喷洒箱与水平面之间角度的角度指示器Ⅱ；位置调节机构包括底座、升降油缸、支板、调节油缸Ⅰ和调节油缸Ⅱ，底座固定在车体上，支板通过升降油缸与底座相连；喷洒箱通过调节油缸Ⅰ与支板相连，调节油缸Ⅱ支撑调节油缸Ⅰ且通过调节油缸Ⅱ的伸缩改变调节油缸Ⅰ与水平面之间的倾斜角度；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

用于路基边坡冲刷室内模拟试验的降雨模拟装置

技术领域

本发明涉及边坡稳定性模拟试验领域，特别涉及一种用于路基边坡冲刷室内模拟试验的降雨模拟装置。

背景技术

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 103245772B公开了一种用于路基边坡冲刷室内模拟试验的降雨模拟装置，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。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于路基边坡冲刷室内模拟试验的降雨模拟装置，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。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：

本发明提供一种用于路基边坡冲刷室内模拟试验的降雨模拟装置，

包括车体、位置调节机构、用于喷水的喷头、用于安装喷头的喷洒箱及用于检测喷洒箱与水平面之间角度的箱体角度指示器；

所述位置调节机构包括底座、升降油缸、支板、调节油缸Ⅰ和调节油缸Ⅱ，所述底座固定在车体上，所述支板通过升降油缸与底座相连并由升降油缸的伸缩带动升降；所述喷洒箱通过调节油缸Ⅰ与支板相连，所述调节油缸Ⅱ支撑调节油缸Ⅰ且通过调节油缸Ⅱ的伸缩改变调节油缸Ⅰ与水平面之间的倾斜角度；

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，所述箱体角度指示器安装在喷洒箱上；所述调节油缸Ⅰ上连接有推移器，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的角度；箱体角度指示器为角度传感器；

该降雨模拟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；所述箱体角度指示器、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。

优选地，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箱体角度指示器测得的角度信息。

优选地，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。

优选地，该装置还包括供水箱、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。

优选地，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。

优选地，所述升降油缸通过一旋转盘与底座相连，所述旋转盘能相对于底座的中心轴旋转。

优选地，所述升降油缸的缸筒与旋转盘之间匀设有若干根斜撑杆。

由上可见，应用本发明的技术方案，有如下有益效果：

本发明的用于路基边坡冲刷室内模拟试验的降雨模拟装置，试验时使用升降油缸、调节油缸Ⅱ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

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的边坡模拟装置的结构示意图；

图3为本发明的喷洒箱与供水箱的连接结构示意图；

图4为 本发明的纠偏系统的通信原理图。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。

如图1至图4所示：本实施例的用于路基边坡冲刷室内模拟试验的降雨模拟装置，包括车体3、位置调节机构、用于喷水的喷头4、用于安装喷头4的喷洒箱5及用于检测喷洒箱5与水平面之间角度的箱体角度指示器6；所述位置调节机构包括底座7、升降油缸8、支板9、调节油缸Ⅰ10和调节油缸Ⅱ11，所述底座7固定在车体3上，所述支板9通过升降油缸8与底座7相连并由升降油缸8的伸缩带动升降；所述喷洒箱5通过调节油缸Ⅰ10与支板9相连，所述调节油缸Ⅱ11支撑调节油缸Ⅰ10且通过调节油缸Ⅱ11的伸缩改变调节油缸Ⅰ10 与水平面之间的倾斜角度；升降油缸8、调节油缸Ⅰ10和调节油缸Ⅱ11均为现有的油缸结构，即均设有缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置，可平稳地实现往复运动；所述喷头4均匀分布在喷洒箱5上，且所述喷头4出水孔的轴线垂直于喷洒箱5表面，所述箱体角度指示器6安装在喷洒箱5上；所述调节油缸Ⅰ10上连接有推移器12，所述推移器12推动喷洒箱5前后移动以调节喷洒箱5与水平面之间的角度；车体3底部设有移动机构，便于移动；升降油缸8有利于根据需要调整喷洒箱5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；喷洒箱5呈方形，由于喷头4出水孔的轴线垂直于喷洒箱5表面，通过调整喷洒箱5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5以其与调节油缸Ⅰ10的连接部位(喷洒箱5连接在调节油缸Ⅰ10的尾端)为转轴而前后移动，向前移动时喷洒箱5的底端逐渐靠近模拟边坡，向后移动时则逐渐远离；箱体角度指示器6 可为现有的角度传感器；试验时使用升降油缸8、调节油缸Ⅱ11将喷洒箱5提升到特定高度，再通过推移器12调整喷洒箱5与模拟边坡的相对位置，调整过程中可通过箱体角度指示器6控制喷洒箱5与水平面之间的角度以控制喷头4 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。

模拟边坡可由边坡模拟装置形成，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边坡角度指示器2；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，边坡角度指示器2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；边坡模拟装置还包括边坡座24，所述边坡座24与面板槽1通过活动铰链25连接在一起，面板槽1可绕活动铰链25自由转动，所述边坡座24与面板槽1之间设有起升器26，所述起升器26支起面板槽1以提升面板槽1高度；起升器26 可为千斤顶结构，推移器12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4与坡面之间的落差；本实施例中，所述边坡座24设有雨水收集槽27和活动脚轮28，所述雨水收集槽27固定在边坡座24的一侧，所述雨水收集槽27的两侧设排水口，活动脚轮28设在边坡座24的底部，便于冲刷后的水流出。

本实施中，该降雨模拟装置还包括纠偏系统，所述纠偏系统包括处理控制器13和测距器14，多个所述测距器14从上往下均匀安装在喷洒箱5上并实时检测喷洒箱5正面(调节油缸Ⅰ10的一端铰接于喷洒箱5背面)与模拟边坡表面之间的水平距离；所述箱体角度指示器6、推移器12与测距器14分别与处理控制器13通信相连，所述处理控制器13接收各测距器14发送的距离信号并在处理后控制推移器12的启闭；所述纠偏系统还包括显示器15，所述显示器15 与处理控制器13通信相连并显示各测距器14所测得的距离信息及边坡角度指示器2和箱体角度指示器6测得的角度信息；处理控制器13从边坡角度指示器 2处接收面板槽1与水平面之间的角度信号、从箱体角度指示器6处接收喷洒箱 5与水平面之间的角度信号，并通过显示器15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5正面相对；测距器14可为现有的距离传感器，其从上往下均匀安装在喷洒箱5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13，处理控制器13中预设有相关程序，能够通过这些距离信息计算出喷洒箱5正面与模拟边坡表面之间的角度，从而可在箱体角度指示器6失效或者精度不足的情况下进行纠正，提高试验的准确性。

本实施中，所述喷头4在喷洒箱5上以矩阵形式排列，各所述测距器14分别设置在上下相邻的两排喷头4之间；矩阵形式及横向、纵向均匀排列，例如可为图3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14的探头端纵向均匀分布在喷洒箱5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16、输水管17、水泵18、调节阀门19、分支阀门20和流速仪21；输水管17一端伸入供水箱16中、另一端连接导水管22，水泵18安装在输水管17上，分支阀门20和流速仪21安装在导水管22上；导水管22部分伸入喷洒箱5并与相应的喷头4相连；输水管 17为总管，导水管22为支管；通过控制水泵18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21便于观察水流流速；此外，所述水泵18 输出一侧的输水管17上设置有倒流水管23，倒流水管23上安装有调节阀门19；倒流水管23的出水端伸入供水箱16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4各个环节的阻力和损耗造成的误差。

本实施例中，所述升降油缸8通过一旋转盘29与底座7相连，所述旋转盘 29能相对于底座7的中心轴旋转；旋转盘29可通过齿轮传动机构与底座7相接并由一马达驱动旋转，使喷洒箱5能够按需转动至特定位置，提高操控性能；所述升降油缸8的缸筒与旋转盘29之间匀设有若干根斜撑杆30，以提高升降油缸8的结构稳定性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于路基边坡冲刷室内模拟试验的降雨模拟装置，其特征是：

包括车体、位置调节机构、用于喷水的喷头、用于安装喷头的喷洒箱及用于检测喷洒箱与水平面之间角度的箱体角度指示器；

所述位置调节机构包括底座、升降油缸、支板、调节油缸Ⅰ和调节油缸Ⅱ，所述底座固定在车体上，所述支板通过升降油缸与底座相连并由升降油缸的伸缩带动升降；所述喷洒箱通过调节油缸Ⅰ与支板相连，所述调节油缸Ⅱ支撑调节油缸Ⅰ且通过调节油缸Ⅱ的伸缩改变调节油缸Ⅰ与水平面之间的倾斜角度；

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，所述箱体角度指示器安装在喷洒箱上；所述调节油缸Ⅰ上连接有推移器，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的角度；箱体角度指示器为角度传感器；

该降雨模拟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；所述箱体角度指示器、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；

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箱体角度指示器测得的角度信息；

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，各测距器的探头端纵向均匀分布在喷洒箱的正面。

2.如权利要求1所述的用于路基边坡冲刷室内模拟试验的降雨模拟装置，其特征是：

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。

3.如权利要求2所述的用于路基边坡冲刷室内模拟试验的降雨模拟装置，其特征是：

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。

4.如权利要求3所述的用于路基边坡冲刷室内模拟试验的降雨模拟装置，其特征是：

所述升降油缸通过一旋转盘与底座相连，所述旋转盘能相对于底座的中心轴旋转。

5.如权利要求4所述的用于路基边坡冲刷室内模拟试验的降雨模拟装置，其特征是：

所述升降油缸的缸筒与旋转盘之间匀设有若干根斜撑杆。

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