CN108037265A - 降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的试验系统 - Google Patents

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刘克辉
鲜志尧
谢丹
龚秀兰
李向富
姚夏兰
秦黎
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Abstract

本发明提供的一种降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的试验系统，包括用于模拟降雨的降雨板、供水单元、用于堆放土壤模拟边坡的试验容器和用于模拟泥石流冲刷状态的冲水沟槽，冲水沟槽中设置有用于模拟不同形状的沟谷的粘土；所述降雨板上布置有多个喷头，所述喷头与供水单元的水输出口连通，所述试验容器设置有容器出口，所述容器出口与冲水沟槽连通，所述试验容器设置于降水板下方；还包括用于检测试验参数的参数检测单元、用于检测实验过程图像的图像采集单元和上位主机，所述参数检测单元和图像检测单元与上位主机连接；能够模拟不同降雨强度下，不同边坡结构以及不同沟谷状态，从而对边坡滑坡破坏机理、滑坡演变到泥石流的作用机理进行试验。

Description

降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的试验系统
技术领域
本发明涉及一种试验系统，尤其涉及一种降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的试验系统。
背景技术
地质灾害包括滑坡、坍塌以及泥石流等，一旦发生地质灾害，将会对人们的生命财产带来极大的损失，在岩土工程中，由于雨水的冲刷，造成工程的边坡破坏甚至造成泥石流，以我国为例，2016年发生地质灾害9710起，其中滑坡7403起、崩塌1484起、泥石流584起、其他地质灾害200多起，造成30多亿的直接经济损失。
边坡滑坡以及泥石流80％以上都是由于降雨作用引起，当雨强较大或降雨历时较长时，边坡的稳定性将会受到严重威胁；目前，该领域中的科研工作者从不同的方面对边坡滑坡破坏机理进行了一定研究并取得了一定的科研成果，用于预防地质灾害指导，但是，现有技术中，均是通过对滑坡机制、泥石流的演进过程进行截断性研究，并没有对滑坡和泥石流进行连续性的研究，从而不能够获取滑坡演变到泥石流的相应的特性，这对滑坡、泥石流地质灾害的预防是极为不利的，这主要是由于没有相应的设备或者方法实现滑坡和泥石流两个阶段连续性研究。
因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的设备。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的试验系统，能够模拟不同降雨强度下，不同边坡结构以及不同沟谷状态，从而对边坡滑坡破坏机理、滑坡演变到泥石流的作用机理进行试验，从而将滑坡和泥石流两个阶段的过程有机的结合起来，从而滑坡和泥石流的形成机制进行准确研究，并且能够得到相应的参数进行分析，从而利于地质灾害的预防。
本发明提供的一种降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的试验系统，包括用于模拟降雨的降雨板、供水单元、用于堆放土壤模拟边坡的试验容器和用于模拟泥石流冲刷状态的冲水沟槽，冲水沟槽中设置有用于模拟不同形状的沟谷的粘土；
所述降雨板上布置有多个喷头，所述喷头与供水单元的水输出口连通，所述试验容器设置有容器出口，所述容器出口与冲水沟槽连通，所述试验容器设置于降水板下方；
还包括用于检测试验参数的参数检测单元、用于检测实验过程图像的图像采集单元和上位主机，所述参数检测单元和图像检测单元与上位主机连接。
进一步，所述试验容器和冲水沟槽均为透明材料制成，试验容器的容器出口两侧设置有角度刻度线，所述试验容器的容器出口与冲水沟槽活动连接。
进一步，所述参数检测单元包括孔隙水压传感器、土壤压力传感器、土壤水分传感器、泥石流冲击力压力传感器和流速传感器；所述孔隙水压传感器、土壤压力传感器和土壤水分传感器预埋于土壤模拟的边坡，所述泥石流冲击力压力传感器和流速传感器设置于冲水沟槽内。
进一步，所述供水单元包括水槽、潜水泵和电磁阀，所述潜水泵设置于水槽内，所述潜水泵的输出端与电磁阀的输入端连通，所述电磁阀的输出端与降雨板上的喷头连通，所述电磁阀的控制端与上位主机控制输出端连接。
进一步，还包括水回收单元，所述水回收单元包括水回收池、集水槽、支架以及透明的帷幔；
所述降雨板固定设置于支架的顶端，所述集水槽为环状结构且固定设置于支架，集水槽的开口正对帷幔的下端；所述集水槽与降雨板之间的空间用帷幔围住，所述帷幔固定于支架上，所述水回收池设置于集水槽的出口下方，所述水回收池的出口与水槽2连通。
进一步，所述容器出口和冲水沟槽通过防水弹性带活动连接。
进一步，还包括泥浆回收池，所述泥浆回收池设置于冲水沟槽的出口端正下方。
进一步，还设置有支撑调节装置，所述支撑调节装置设置于冲水沟槽的下方并用于调节冲水沟槽的倾斜角度。
进一步，所述支撑调节装置为千斤顶。
进一步，所述冲水沟槽和试验容器均采用透明亚克力材料制成。
本发明的有益效果：通过本发明，能够模拟不同降雨强度下，不同边坡结构以及不同沟谷状态，从而对边坡滑坡破坏机理、滑坡演变到泥石流的作用机理进行试验，从而将滑坡和泥石流两个阶段的过程有机的结合起来，从而滑坡和泥石流的形成机制进行准确研究，并且能够得到相应的参数进行分析，从而利于地质灾害的预防。
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为本发明的试验容器和冲水沟槽结构示意图。
图3为本发明的电气原理结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明，如图所示：
本发明提供的一种降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的试验系统，包括用于模拟降雨的降雨板5、供水单元、用于堆放土壤模拟边坡的试验容器13和用于模拟泥石流冲刷状态的冲水沟槽9，冲水沟槽9中设置有用于模拟不同形状的沟谷的粘土；
所述降雨板5上布置有多个喷头6，所述喷头6与供水单元的水输出口连通，所述试验容器13设置有容器出口，所述容器出口13与冲水沟槽9连通，所述试验容器13设置于降水板5下方；
还包括用于检测试验参数的参数检测单元、用于检测实验过程图像的图像采集单元和上位主机，所述参数检测单元和图像检测单元与上位主机连接，通过上述结构，能够模拟不同降雨强度下，不同边坡结构以及不同沟谷状态，从而对边坡滑坡破坏机理、滑坡演变到泥石流的作用机理进行试验，从而将滑坡和泥石流两个阶段的过程有机的结合起来，从而滑坡和泥石流的形成机制进行准确研究，并且能够得到相应的参数进行分析，从而利于地质灾害的预防；其中，图像采集单元采用现有的高清摄像机。
本实施例中，所述试验容器13和冲水沟槽9均为透明材料制成，试验容器13的容器出口两侧设置有角度刻度线14，所述试验容器13的容器出口与冲水沟槽9活动连接，优选地，试验容器13和冲水沟槽9采用透明亚克力材料制成，能够便于工作人员观察到试验容器中模拟的边坡和冲水沟槽中的模拟的泥石流的变化状况，并且便于采集相应的图像，为后续的准确分析提供保证。
优选地，所述容器出口和冲水沟槽9通过防水弹性带12活动连接，防水弹性带12采用现有的弹性材料制成，并涂覆防水层，防止冲水沟槽和试验容器出口出现泄露状况，进而避免对实验造成影响；而且通过防水弹性带的作用，可以调整冲水沟槽的倾斜角度，从而能够模拟不同地形状况的泥石流状态，而试验容器出口两侧的角度刻度线，用于标示不同边坡的角度状况，使得试验中能够根据不同的边坡倾斜角度进行试验
本实施例中，所述参数检测单元包括孔隙水压传感器、土壤压力传感器、土壤水分传感器、泥石流冲击力压力传感器和流速传感器；所述孔隙水压传感器、土壤压力传感器和土壤水分传感器预埋于土壤模拟的边坡，所述泥石流冲击力压力传感器和流速传感器设置于冲水沟槽内，通过上述结构，能够在模拟的降雨过程中，完善地采集边坡参数以及模拟的泥石流参数，从而与后续分析，所采集的参数输入到上位主机中进行相应的处理，比如通过现有的仿真软件进行仿真分析。
本实施例中，所述供水单元包括水槽2、潜水泵1和电磁阀3，所述潜水泵1设置于水槽内，所述潜水泵的输出端与电磁阀的输入端连通，所述电磁阀的输出端与降雨板5上的喷头6连通，所述电磁阀3的控制端与上位主机控制输出端连接，通过上述结构，能够为整个降雨过程提供持续的水量，电磁阀由上位主机进行控制，通过电磁阀的不同开度大小形成不同的降雨量。
本实施例中，还包括水回收单元，所述水回收单元包括水回收池11、集水槽8、支架4以及透明的帷幔7；
所述降雨板5固定设置于支架4的顶端，所述集水槽8为环状结构且固定设置于支架4，集水槽8的开口正对帷幔7的下端；所述集水槽8与降雨板5之间的空间用帷幔7围住，所述帷幔7固定于支架上，所述水回收池11设置于集水槽8的出口下方，所述水回收池11的出口与水槽2连通；其中，集水槽沿槽体延伸方向的中心线周长等于帷幔的长度，从而能够保证充分收集帷幔上的雨水；试验容器和冲水沟槽设置于降雨板下方且位于环形集水槽围成的空间中，如图1所示，通过上述结构，由于在降雨板上布置喷头模拟降雨，从而会导致飞散的水对图像采集单元造成影响甚至损坏，通过帷幔的作用，则对图像采集单元形成良好的保护，而帷幔上水顺溜而下落入到集水槽中，然后回流到水回收池，最终回流到水槽中，形成对水的循环利用，节约水资源，而降雨板模拟形成雨水则落到试验容器和冲水沟槽中。
本实施例中，还包括泥浆回收池10，所述泥浆回收池10设置于冲水沟槽13的出口端正下方，通过这种结构，对泥浆水进行回收处理，利于环保，如图2所示，冲水沟槽的进水口为与试验容器连通的一端，另一端为出口端。
本实施例中，还设置有支撑调节装置15，所述支撑调节装置15设置于冲水沟槽9的下方并用于调节冲水沟槽9的倾斜角度；优选地，所述支撑调节装置为千斤顶；当然也可以采用其他装置，比如丝杠装置，通过这种结构，一方面利于对冲水沟槽进行制成，另一方面利于对冲水沟槽的倾斜角度进行调整。
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)

1.一种降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的实验系统，其特征在于：包括用于模拟降雨的降雨板、供水单元、用于堆放土壤模拟边坡的试验容器和用于模拟泥石流冲刷状态的冲水沟槽，冲水沟槽中设置有用于模拟不同形状的沟谷的粘土；
所述降雨板上布置有多个喷头，所述喷头与供水单元的水输出口连通，所述试验容器设置有容器出口，所述容器出口与冲水沟槽连通，所述试验容器设置于降水板下方；
还包括用于检测试验参数的参数检测单元、用于检测实验过程图像的图像采集单元和上位主机，所述参数检测单元和图像检测单元与上位主机连接。
2.根据权利要求1所述降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的试验系统，其特征在于：所述试验容器和冲水沟槽均为透明材料制成，试验容器的容器出口两侧设置有角度刻度线，所述试验容器的容器出口与冲水沟槽活动连接。
3.根据权利要求1所述降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的试验系统，其特征在于：所述参数检测单元包括孔隙水压传感器、土壤压力传感器、土壤水分传感器、泥石流冲击力压力传感器和流速传感器；所述孔隙水压传感器、土壤压力传感器和土壤水分传感器预埋于土壤模拟的边坡，所述泥石流冲击力压力传感器和流速传感器设置于冲水沟槽内。
4.根据权利要求1所述降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的试验系统，其特征在于：所述供水单元包括水槽、潜水泵和电磁阀，所述潜水泵设置于水槽内，所述潜水泵的输出端与电磁阀的输入端连通，所述电磁阀的输出端与降雨板上的喷头连通，所述电磁阀的控制端与上位主机控制输出端连接。
5.根据权利要求4所述降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的试验系统，其特征在于：还包括水回收单元，所述水回收单元包括水回收池、集水槽、支架以及透明的帷幔；
所述降雨板固定设置于支架的顶端，所述集水槽为环状结构且固定设置于支架，集水槽的开口正对帷幔的下端；所述集水槽与降雨板之间的空间用帷幔围住，所述帷幔固定于支架上，所述水回收池设置于集水槽的出口下方，所述水回收池的出口与水槽2连通。
6.根据权利要求2所述降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的试验系统，其特征在于：所述容器出口和冲水沟槽通过防水弹性带活动连接。
7.根据权利要求1所述降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的试验系统，其特征在于：还包括泥浆回收池，所述泥浆回收池设置于冲水沟槽的出口端正下方。
8.根据权利要求2所述降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的试验系统，其特征在于：还设置有支撑调节装置，所述支撑调节装置设置于冲水沟槽的下方并用于调节冲水沟槽的倾斜角度。
9.根据权利要求8所述降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的试验系统，其特征在于：所述支撑调节装置为千斤顶。
10.根据权利要求2所述降雨作用下边坡滑坡演变泥石流的试验系统，其特征在于：所述冲水沟槽和试验容器均采用透明亚克力材料制成。
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