CN106601106A - 一种水库滑坡物理模型试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水库滑坡物理模型试验系统及方法，包括U型槽，所述U型槽的一侧密封设置有挡板，所述U型槽内设置有模拟滑床，所述模拟滑床上设置有模拟滑坡体，且所述模拟滑坡体的坡表朝向所述挡板，所述U型槽、挡板、模拟滑床和模拟滑坡体围成蓄水区，所述蓄水区连接有进水装置和出水装置。提供一种可进行库水位周期性波动下滑坡演化过程与变形破坏模式研究的滑坡物理模型试验系统，且基于库水位实际条件，真实模拟滑坡外部条件，此试验系统结构简单、操作简便、经济实用，便于推广。

Description

一种水库滑坡物理模型试验系统及方法

技术领域

本发明涉及地质灾害模型试验技术领域，特别涉及一种水库滑坡物理模型试验系统及方法。

背景技术

滑坡作为一种破坏性极大的地质灾害，一旦发生，将会给人民生命财产与国家基础设施，如铁路、公路、航道等带来巨大损害。滑坡是一种拥有发展演变过程的地质灾害，是指斜坡上的土体或者岩体，受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。移动的土体或岩体称为滑坡体，滑坡体下方未移动的土体或岩体称为滑床。

随着社会经济的迅速发展，我国西南地区建成了一大批大型水利水电枢纽工程，由于其地质条件复杂，导致滑坡灾害频发，如在三峡工程库区，存在众多较大规模的滑坡，至今对该区域的地质灾害治理已投入大量资金。

库水位周期性变动将引发滑坡体周期性的动态渗透压变化，地下水位变动带及其以下的岩土体也会受到反复浸泡。在周期性的动态渗透压反复作用和水的长期浸泡作用下，导致滑坡的抗滑能力大幅度降低，使得滑坡下滑剩余推力增大，从而十分容易导致滑坡灾害的发生。因此研究库水位周期性波动条件下水库滑坡的演化过程、启动机制、变形破坏模式将具有重要意义，同时也能为此类滑坡的防治提供坚实的基础。

目前室内物理模型试验已成为研究滑坡演化过程与变形破坏模式的重要手段，国内外学者通过室内物理模型试验对滑坡进行了各方面的研究，也取得了一定进展，但目前的滑坡物理模型试验装置或方法仍存在一定局限性：

(1)现有的滑坡物理模型试验装置或方法很少涉及库水位周期性波动下滑坡的演化过程与变形破坏模式，而库水位周期性波动对滑坡具有重要影响，研究此类条件下滑坡的演化过程与变形破坏模式十分必要。

(2)现有的滑坡物理模型试验装置或方法操作起来十分复杂或造价较高，不能在达到试验目的、获得有效试验成果的前提下，简化试验装置或降低经济成本，使得试验装置或方法能够简单易行且经济实用。

(3)现有的滑坡物理模型试验装置或方法很少基于实际情况，如库水位具体升降时段等，对滑坡外部条件进行模拟，无法达到真实模拟滑坡外部条件的目的。

发明内容

本发明目的是提供一种水库滑坡物理模型试验系统及方法，解决现有技术中存在的上述问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种水库滑坡物理模型试验系统，包括U型槽，所述U型槽的一侧密封设置有挡板，所述U型槽内设置有模拟滑床，所述模拟滑床上设置有模拟滑坡体，且所述模拟滑坡体的坡表朝向所述挡板，所述U型槽、挡板、模拟滑床和模拟滑坡体围成蓄水区，所述蓄水区连接有进水装置和出水装置。

本发明的有益效果是：提供一种可进行库水位周期性波动的滑坡物理模型试验系统，通过进水装置与出水装置控制蓄水区的水位的升降，以模拟实际滑坡的库水位周期性波动，进而实现库水位周期性波动下滑坡演化过程与变形破坏模式的研究，且此试验系统结构简单、操作简便、经济实用，便于推广。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述进水装置包括与所述蓄水区连接的进水管，以及沿逐渐远离蓄水区方向依次设置在所述进水管上的第一流量计、第一调节阀和第一控制阀。

采用上述进一步方案的有益效果是：第一控制阀用于控制外部水源的流入以及调节进水管中水的流量，第一调节阀用于进一步调节进水管中水的流量，第一流量计用于监测进水管中水的流量，第一控制阀、第一调节阀和第一流量计相互配合，可精确控制蓄水区水位的上升，以模拟实际滑坡的库水位的上升，且使用方便，成本低廉。

进一步，所述出水装置包括与所述蓄水区连接的出水管，以及沿逐渐远离蓄水区方向依次设置在所述出水管上的第二流量计、第二调节阀和第二控制阀。

采用上述进一步方案的有益效果是：第二控制阀用于控制蓄水区水源的流出以及调节出水管中水的流量，第二调节阀用于进一步调节出水管中水的流量，第二流量计用于监测出水管中水的流量，第二控制阀、第二调节阀和第二流量计相互配合，可精确控制蓄水区水位的下降，以模拟实际滑坡的库水位的下降，且使用方便，成本低廉。

进一步，所述挡板的材质为透明钢化玻璃，所述U型槽为三面一体的钢板。

采用上述进一步方案的有益效果是：挡板的材质采用透明钢化玻璃，便于从挡板外侧观测模拟滑坡体的坡表的位移情况和蓄水区水位变化情况；U型槽为三面一体的钢板，便于生产加工，且结构牢固稳定。

进一步，所述进水装置和出水装置通过焊接方式连接在所述U型槽的侧壁上。

采用上述进一步方案的有益效果是：焊接方式操作方便，且连接密封性好，不易漏水。

本发明的另一技术方案如下：

一种水库滑坡物理模型试验方法，采用上述一种水库滑坡物理模型试验系统，所述方法包括如下步骤：

步骤1，根据实际滑坡的库水位周期性波动曲线，概化出实际单周期库水位波动曲线，并将所述实际单周期库水位波动曲线的时间轴按预设比例进行等比例压缩，生成试验单周期库水位波动曲线；根据所述试验单周期库水位波动曲线，生成试验多周期库水位波动曲线；

步骤2，利用所述进水装置和出水装置控制所述蓄水区的水位的升降，并使所述蓄水区的水位符合所述试验多周期库水位波动曲线，以实现利用所述试验系统模拟所述实际滑坡的滑坡演变。

本发明的有益效果是：依据实际滑坡的库水位周期性波动，生成试验多周期库水位波动曲线；基于库水位实际条件，实现真实模拟滑坡外部条件的目的，进一步实现库水位周期性波动下滑坡演化过程与变形破坏模式的有效研究。

附图说明

图1为本发明一种水库滑坡物理模型试验系统的结构示意图；

图2为本发明一种水库滑坡物理模型试验系统图1的正视图；

图3为本发明一种水库滑坡物理模型试验系统图1的侧视图；

图4为本发明一种水库滑坡物理模型试验方法的具体实施例马家沟滑坡的库水位周期性波动曲线图；

图5为本发明一种水库滑坡物理模型试验方法的具体实施例马家沟滑坡的实际单周期库水位波动曲线图；

图6为本发明一种水库滑坡物理模型试验方法的具体实施例马家沟滑坡的试验单周期库水位波动曲线图；

图7为本发明一种水库推移式滑坡物理模型试验方法的具体实施例马家沟滑坡的试验多周期库水位波动曲线图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、U型槽，2、挡板，3、模拟滑床，4、模拟滑坡体，41、坡表，5、蓄水区，6、进水装置，61、进水管，62、第一流量计，63、第一调节阀，64、第一控制阀，7、出水装置，71、出水管，72、第二流量计，73、第二调节阀，74、第二控制阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1、图2和图3所示，本发明实施例1一种水库滑坡物理模型试验系统，包括U型槽1，所述U型槽1的一侧密封设置有挡板2，所述U型槽1内设置有模拟滑床3，所述模拟滑床3上设置有模拟滑坡体4，且所述模拟滑坡体4的坡表41朝向所述挡板2，所述U型槽1、挡板2、模拟滑床3和模拟滑坡体4围成蓄水区5，所述蓄水区5连接有进水装置6和出水装置7。

本发明实施例2所述一种水库滑坡物理模型试验系统，在实施例1的基础上，所述进水装置6包括与所述蓄水区5连接的进水管61，以及沿逐渐远离蓄水区5方向依次设置在所述进水管61上的第一流量计62、第一调节阀63和第一控制阀64。

本发明实施例3所述一种水库滑坡物理模型试验系统，在实施例1或2的基础上，所述出水装置7包括与所述蓄水区5连接的出水管71，以及沿逐渐远离蓄水区5方向依次设置在所述出水管71上的第二流量计72、第二调节阀73和第二控制阀74。

本发明实施例4所述一种水库滑坡物理模型试验系统，在实施例1至3任一实施例的基础上，所述挡板2的材质为透明钢化玻璃，所述U型槽1为三面一体的钢板。

本发明实施例5所述一种水库滑坡物理模型试验系统，在实施例4的基础上，所述进水装置6和出水装置7通过焊接方式连接在所述U型槽1的侧壁上。

本发明实施例6所述一种水库滑坡物理模型试验方法，采用实施例1至5任一所述一种水库滑坡物理模型试验系统，所述方法包括如下步骤：

步骤1，根据实际滑坡的库水位周期性波动曲线，概化出实际单周期库水位波动曲线，并将所述实际单周期库水位波动曲线的时间轴按预设比例进行等比例压缩，生成试验单周期库水位波动曲线；根据所述试验单周期库水位波动曲线，生成试验多周期库水位波动曲线；

步骤2，利用所述进水装置6和出水装置7控制所述蓄水区5的水位的升降，并使所述蓄水区5的水位符合所述试验多周期库水位波动曲线，以实现利用所述试验系统模拟所述实际滑坡的滑坡演变。

具体实施例，采用上述试验系统及方法对三峡库区宜昌市秭归县马家沟滑坡进行室内物理模型试验。试验中首先根据马家沟滑坡的滑床和滑坡体的岩土成分，分别对上述试验系统中模拟滑床3和模拟滑坡体4的岩土成分进行相似材料配比，制作上述试验系统的模拟滑床3和模拟滑坡体4。

根据2010年1月1日至2016年1月1日，马家沟滑坡的库水位采集数据，绘制生成马家沟滑坡的库水位周期性波动曲线，如图4所示，从图4可以看出，由于三峡水库的运行，使库水位的波动以年为单周期保持周期性变化，变化趋势为：12月初库水位开始匀速下降，至次年6月初结束下降；接着低水位保持2个月；8月初库水位开始匀速上升，11月初结束上升；接着高水位保持1个月至12月初；根据此变化趋势可概化出马家沟滑坡的实际单周期库水位波动曲线，如图5所示；将此马家沟滑坡的实际单周期库水位波动曲线的时间轴进行等比例压缩，生成以60分钟为单周期的马家沟滑坡的试验单周期库水位波动曲线，如图6所示；再根据此马家沟滑坡的试验单周期库水位波动曲线生成马家沟滑坡的试验多周期库水位波动曲线，如图7所示。

利用上述试验系统的进水装置6和出水装置7控制蓄水区5的水位的升降，并使蓄水区5的水位符合马家沟滑坡的试验多周期库水位波动曲线，从而实现利用上述试验系统模拟马家沟滑坡的滑坡演变。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水库滑坡物理模型试验系统，其特征在于，包括U型槽(1)，所述U型槽(1)的一侧密封设置有挡板(2)，所述U型槽(1)内设置有模拟滑床(3)，所述模拟滑床(3)上设置有模拟滑坡体(4)，且所述模拟滑坡体(4)的坡表(41)朝向所述挡板(2)，所述U型槽(1)、挡板(2)、模拟滑床(3)和模拟滑坡体(4)围成蓄水区(5)，所述蓄水区(5)连接有进水装置(6)和出水装置(7)。

2.根据权利要求1所述一种水库滑坡物理模型试验系统，其特征在于，所述进水装置(6)包括与所述蓄水区(5)连接的进水管(61)，以及沿逐渐远离蓄水区(5)方向依次设置在所述进水管(61)上的第一流量计(62)、第一调节阀(63)和第一控制阀(64)。

3.根据权利要求1所述一种水库滑坡物理模型试验系统，其特征在于，所述出水装置(7)包括与所述蓄水区(5)连接的出水管(71)，以及沿逐渐远离蓄水区(5)方向依次设置在所述出水管(71)上的第二流量计(72)、第二调节阀(73)和第二控制阀(74)。

4.根据权利要求1至3任一所述一种水库滑坡物理模型试验系统，其特征在于，所述挡板(2)的材质为透明钢化玻璃，所述U型槽(1)为三面一体的钢板。

5.根据权利要求4所述一种水库滑坡物理模型试验系统，其特征在于，所述进水装置(6)和出水装置(7)通过焊接方式连接在所述U型槽(1)的侧壁上。

6.一种水库滑坡物理模型试验方法，其特征在于，采用权利要求1至5任一所述一种水库滑坡物理模型试验系统，所述方法包括如下步骤：

步骤1，根据实际滑坡的库水位周期性波动曲线，概化出实际单周期库水位波动曲线，并将所述实际单周期库水位波动曲线的时间轴按预设比例进行等比例压缩，生成试验单周期库水位波动曲线；根据所述试验单周期库水位波动曲线，生成试验多周期库水位波动曲线；

步骤2，利用所述进水装置(6)和出水装置(7)控制所述蓄水区(5)的水位的升降，并使所述蓄水区(5)的水位符合所述试验多周期库水位波动曲线，以实现利用所述试验系统模拟所述实际滑坡的滑坡演变。