CN108572246A - 一种多功能滑坡冲击强度测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能滑坡冲击强度测试平台，包括滑坡槽、堆积槽、置于滑坡槽底部的支撑调节装置、置于堆积槽内不同位置处的滑坡冲击力感应装置、置于试验模型槽外并与滑坡冲击力感应装置相连接的数据采集装置，以及置于滑坡槽之上的降雨模拟装置；所述滑坡槽、堆积槽断面尺寸一致，均由若干长为1m且内径为1m*1m的单元模型槽组接而成。本发明可以开展降雨诱发滑坡机理分析、滑坡岩土体变形监测分析、滑坡移动速度监测、滑坡冲击力测试分析等多功能滑坡物理模拟实验，实验装置简单牢固，拆装方便，集于多变量多功能的可重复使用的测试平台，适用于滑坡灾害科研使用，值得推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种地质灾害模拟测试实验平台，具体涉及一种多功能滑坡冲击强度测试平台。
背景技术
我国是地质灾害多发的国家，灾害类型多、分布广、密度大，尤以滑坡灾害最为突出。目前，我国已受到滑坡灾害威胁和潜在威胁的地区约占全国陆地面积的25％，每年因滑坡灾害造成的损失数以亿计，给国家和人民生命财产带来巨大损失。多年来，国内外学者对滑坡的形成机制、监测预警和风险评估等方面做了大量研究并取得了丰硕成果，但在滑坡致灾后果的定量分析暨滑坡风险定量评估研究方面仍然存在诸多难点，尤以承灾体易损性的定量预测研究最为突出。从致灾后果方面来看，滑坡冲击速度、冲击力等冲击强度指标大小对建筑物等承灾体遭受滑坡冲击破坏时的易损性大小具有决定性作用。因此，滑坡冲击强度定量化研究对滑坡风险定量评估尤其承灾体易损性定量评价具有重要的理论意义，对特定滑坡灾害的防灾减灾工作也具有重要的实际意义。
目前，对单体滑坡冲击速度、冲击力等有关滑坡冲击强度方面的研究方法主要有理论分析、数值模拟、现场原位测试及室内物理模拟试验等。理论分析研究多借助能量守恒定律进行，但需假定滑坡体为不可碎裂的均质单元体，并且对滑坡体内部土体颗粒间的碰撞耗能、滑体与滑床间的摩擦耗能等不能进行有效分析，研究结论与实际情况往往存在数量级差异，因而多利用“快”、“慢”等术语来定性描述滑坡的速度大小，用“大”、“中”、“小”等术语来定性表达滑坡冲击能量的大小，缺少对滑坡冲击强度相关指标的量化分析。数值模拟是近年来进行滑坡破坏机理及运动过程分析的一种常用方法，但建立的滑坡模型在边界条件等方面往往需要简化处理，与滑坡实际情况也存在较大差异。滑坡冲击强度的现场原位测试费用高，难度大，在滑坡发生时往往由于客观条件的限制导致测试任务无法完成，并且需要投入大量的人力、物力和时间，因此现场很难实施。室内物理模拟试验方法以相似性原理为理论基础，已经在地质工程、岩土工程等领域得到了广泛的应用，成为分析和解决复杂工程问题的一种有效手段；滑坡物理模拟试验可以有效的对滑坡的变形破坏过程进行监测、分析和研究，并往往与数值模拟试验相互验证来进行滑坡机理研究，成为滑坡机理研究的一种重要方法。然而，现有滑坡的物理模拟装置只局限于特定滑坡的破坏机理研究，对滑坡冲击强度相关测试试验研究鲜有报道，同时，现有模拟试验多集中于某一具体滑坡事件的特定影响因素研究，试验功能单一，重复利用性能较差，且装置装拆困难，不易搬运组装。
发明内容
为解决上述问题，本发明集滑坡机理研究和滑坡冲击强度定量研究于一体，提供了一种多功能滑坡冲击强度测试平台，集成多因素同时研究，装置结构简单牢固，组装搬运方便。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种多功能滑坡冲击强度测试平台，包括滑坡槽、堆积槽、置于滑坡槽底部的支撑调节装置、置于堆积槽内不同位置处的滑坡冲击力感应装置、置于试验模型槽外并与滑坡冲击力感应装置相连接的数据采集装置，以及置于滑坡槽之上的降雨模拟装置；所述滑坡槽、堆积槽断面尺寸一致，均由若干长为1m且内径为1m×1m的单元模型槽组接而成。
优选地，所述滑坡槽、堆积槽通过杆式铰接器及薄层钢板相连构成试验模型槽，试验模型槽两端均未封闭；每个单元模型槽均由框架及安装在框架上的槽底部和帮部构成，该槽底部和帮部均采用厚3cm的钢化玻璃，方便在开展模拟过程中可通过高速摄像机对滑坡变形破坏及运动过程进行数据采集；框架使用角铁制作。
优选地，在帮部和底部多处设有支撑加固角铁。
优选地，所述滑坡槽置于支撑调节装置之上，后端底部通过铰接杆铰接于支撑调节装置的升降横梁上，前端底部通过承轴安装有滚动滑轮，并置于水平地面；滑坡槽的帮部内壁上设有多处两帮对称的插槽，插槽深1.2cm、宽2cm，插槽内可插入宽103cm、长100cm、厚1.8cm的木质挡板；滑坡槽的帮部还设有多处孔洞。
优选地，所述堆积槽包括堆积过渡槽和堆积单元槽，堆积过渡槽为一一端加工为30°楔形的单元模型槽，楔形端底部通过铰接装置与滑坡槽前端底部铰接；根据所需长度组装堆积单元槽，前端保持与滑坡槽同轴线，且在两端1/3处均通过承轴安装带有锁扣的滚动滑轮，方便因滑坡槽升降而移动堆积槽；堆积过渡槽的楔形端紧切侧壁内的底部钢化玻璃刻有一定长度的卡槽，两槽铰接处帮部接缝位置安装薄层钢板切于槽内壁，钢板底部插入上述卡槽，上部于槽边处用U型卡扣固定；所述堆积槽帮部内壁钢化玻璃上设有多处用于安装滑坡冲击力感应装置的对称插槽，插槽深1.2cm、宽2cm。
优选地，所述支撑调节装置包括龙门式液压升降机和千斤顶，龙门式液压升降机安装于滑坡槽后端底部，升降机的升降横梁通过铰接杆铰接于滑坡槽后端底部，从而通过升降横梁调整滑坡坡角，龙门升降机底部固定于水平硬化地面；千斤顶上部铰接于各单元模型槽底部的组接部位，底部固定于水平硬化地面，随着滑坡槽的升降调节高低，对滑坡槽组接位置进行支撑防护。
优选地，所述滑坡冲击力感应装置包括冲击力感应器和用于安装冲击力感应器的钢制冲击挡板；钢制冲击挡板具有一定的刚性，其宽103cm、长100cm、厚1.8cm，并且足以拦挡所要研究滑坡体的最大冲击作用；其上安装12个呈4*3矩阵布置的冲击力感应器，其中最下一行的冲击力感应器距底板10cm，相邻两行冲击力感应器之间的间距为25cm，相邻两列的冲击力感应器之间的间距为20cm，中间一列处于中轴线，均采用螺丝固定；每一个冲击力感应器均有数据传输线与之连接，数据传输线的另一端与数据采集仪连接。
优选地，所述数据采集装置包括数据采集仪、计算机，数据采集仪的输入端通过数据传输线与冲击力感应器相连，输出端通过数据传输线与安装有配套软件的计算机相连。
优选地，所述降雨模拟装置包括支架、输水导管、喷头、降雨量监测仪、阀门和抽水泵；支架横跨滑坡槽上端，输水导管固定于支架上，喷头安装于支架横梁上，且处于滑坡槽岩土体正上方，在输水导管中间段安装有抽水泵，并置于地面上，抽水泵之上安装有阀门和降雨量监测仪，直接观测仪表读数确定降雨强度，通过阀门和降雨量监测仪相互结合控制降雨强度；输水导管一端直接连接供水水龙头，另一端连接喷头；喷头顺滑坡槽轴向安装有多个。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明在不失基础物理模拟实验功能的基础上，集多功能于一体，即可进行滑坡岩土体变形破坏机理研究，如降雨诱发滑坡机理研究，亦可进行滑坡冲击速度、冲击力等冲击强度研究。
(2)本发明可以开展多要素影响下的滑坡冲击强度测试，主要包括滑坡高度，滑坡体积，斜坡长度，斜坡坡角以及坡脚距等因素，且可以进行往复实验。
(3)本发明装置简单牢固，装拆操作方便，为保证试验效果的同时也很大程度上简化模型结构，易于拆装搬运操作。
(4)本发明装置性价比很高，能够以合理的成本实现多功能特征，能够重复实用，很大程度上降低了实验成本。
附图说明
图1为本发明提供的多功能滑坡冲击强度测试平台的整体结构示意图
图2为试验模型槽与支撑调节装置的结构示意图。
图3为堆积过渡槽结构示意图。
图4为千斤顶支撑的结构示意图。
图5为滑坡冲击力感应装置和数据采集装置的结构示意图。
图6为降雨模拟装置的结构示意图。
图中：
1.试验模型槽，1-1.滑坡槽，1-1-1.滑坡槽内壁插槽，1-2.堆积槽，1-2-1.堆积过渡槽，1-2-2.堆积单元槽，1-2-3.堆积槽内壁插槽，1-2-4.卡槽，1-3.带锁扣承轴式滚动滑轮，1-4.侧缝薄层钢板，1-4-1.U型卡扣，1-5.模型槽加固支撑，1-6.滑坡槽木质挡板，1-7.滑坡槽侧壁孔洞，1-8.连接滑坡槽与堆积槽的杆式铰接器。
2.支撑调节装置，2-1.龙门式液压升降机，2-1-1.横梁与滑坡槽后端底部相接处的杆式铰接器，2-2.千斤顶。
3.滑坡冲击力感应装置，3-1.冲击力感应器，3-2.钢制挡板，3-3.冲击力数据传输线。
4.数据采集装置，4-1.数据采集仪，4-2.计算机，4-3.数据采集仪与计算机数据传输线。
5.降雨模拟装置，5-1.支架，5-2.输水导管，5-3.喷头，5-3-1.使用喷头，5-3-2.预留喷头，5-4.雨量监测仪，5-5.雨量调节阀门，5-6.抽水泵。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实例提供了一种多功能滑坡冲击强度测试平台，包括滑坡槽、堆积槽、置于滑坡槽底部的支撑调节装置、置于堆积槽内不同位置处的滑坡冲击力感应装置、置于试验模型槽外并与滑坡冲击力感应装置相连接的数据采集装置，以及置于滑坡槽之上的降雨模拟装置；所述滑坡槽、堆积槽断面尺寸一致，均由若干长为1m且内径为1m×1m的单元模型槽组接而成；
所述滑坡槽、堆积槽通过杆式铰接器1-8、薄层钢板1-4相连构成试验模型槽，试验模型槽两端均未封闭；每个单元模型槽均由框架及安装在框架上的槽底部和帮部构成，该槽底部和帮部均采用厚3cm的钢化玻璃，方便在开展模拟过程中可通过高速摄像机对滑坡变形破坏及运动过程进行数据采集；框架使用角铁制作；为提高模型槽自身强度，在帮部和底部多处设有支撑加固角铁1-5。
所述滑坡槽1-1置于支撑调节装置2之上，后端底部通过铰接杆2-1-1铰接于支撑调节装置的升降横梁2-1上，前端底部通过承轴安装有滚动滑轮1-3，并置于硬化水平地面上，底部与千斤顶2-2铰接，可通过调节2-1、2-2的高度来改变滑坡槽的倾斜程度，进而模拟不同的斜坡坡度；滑坡槽的帮部内壁上设有多处两帮对称插槽1-1-1，其深1.2cm、宽2cm，插槽1-1-1内活动卡接有宽103cm、高100cm、厚1.8cm的木质挡板1-6，通过调整挡板位置来实现改变滑坡体的长度、体积、坡脚距(滑坡体坡脚与斜坡坡脚之间的距离)等特征变量，实现一装置多变量模拟；滑坡槽的帮部上还设有多处孔洞1-7，便于布设孔隙水压力传感器等监测设备的数据线。为搬运操作方便安全，滑坡槽可拆卸为多个1m长的单元模型槽。在试验使用时，可根据试验设计方案组接安装所需长度，方便安全。
所述堆积槽1-2包括堆积过渡槽1-2-1和堆积单元槽1-2-2，堆积过渡槽为一一端加工为30°楔形的单元模型槽，楔形端底部通过铰接杆1-8与滑坡槽前端底部铰接；根据所需长度组装堆积单元槽，前端保持与滑坡槽同轴线，且在两端1/3处均通过承轴安装带有锁扣的滚动滑轮1-5，方便因滑坡槽升降而移动堆积槽位置；堆积过渡槽的楔形端紧切侧壁内的底部钢化玻璃刻有一定长度的卡槽1-2-4，两槽铰接处帮部接缝位置安装薄层钢板1-4切于槽内壁，钢板底部插入上述卡槽，上部于槽边处用U型卡扣1-4-1固定；所述堆积槽帮部内壁设有多处用于安装滑坡冲击力感应装置3的对称插槽1-2-1，其深1.2cm、宽2cm。堆积槽可拆卸为多个1m长的单元模型槽，方便搬运。
所述支撑调节装置包括龙门式液压升降机2-1和千斤顶2-2，龙门式液压升降机2-1安装于滑坡槽后端底部，升降机的升降横梁通过铰接杆2-1-1铰接于滑坡槽后端底部，从而通过升降横梁的高低实现滑坡坡角的模拟，龙门升降机底部固定于水平硬化地面；参见图3，千斤顶2-2上部铰接于各单元模型槽底部的组接部位，底部固定于水平硬化地面，随着滑坡槽的升降，对滑坡槽组接位置进行支撑防护。
所述滑坡冲击力感应装置3包括冲击力感应器3-1、用于安装冲击力感应器的钢制冲击挡板3-2，以及冲击力数据传输线3-3；钢制冲击挡板3-2具有一定的刚性，其宽105cm、高100cm、厚1.8cm，并且足以拦挡所要研究滑坡体的最大冲击作用；其上安装12个呈4*3矩阵布置的冲击力感应器3-1，其中最下一行的冲击力感应器3-1距底板10cm，相邻两行冲击力感应器3-1之间的间距为25cm，相邻两列的冲击力感应器3-1之间的间距为20cm，中间一列处于中轴线，均采用螺丝固定，每一个冲击力感应器均有数据传输线与之相连。之后，将装有感应器的钢制冲击挡板插入堆积槽帮部钢化玻璃插槽1-2-1中，通过改变挡板位置来测试滑坡不同运动距离处的冲击强度大小。
参见图4，所述数据采集装置4包括数据采集仪4-1、计算机4-2、数据传输线4-3，数据采集仪的输入端通过数据传输线与冲击力感应器相连，输出端通过数据传输线与安装有配套软件的计算机相连，同时，数据采集装置最好放置于堆积槽外距离冲击力感应器适当位置，保证采集装置安全。
参见图5，所述降雨模拟装置5包括支架5-1、输水导管5-2、喷头5-3、降雨量监测仪5-4、阀门5-5和抽水泵5-6；支架横跨滑坡槽上端，输水导管固定于支架上，喷头安装于支架横梁上，且处于滑坡槽岩土体正上方，在输水导管中间段安装有抽水泵，并置于地面上，抽水泵之上安装有阀门和降雨量监测仪，直接观测仪表读数确定降雨强度，通过阀门和降雨量监测仪相互结合控制降雨强度；输水导管一端直接连接供水水龙头，另一端连接喷头；喷头顺滑坡槽走势安装有多个，根据滑坡体长度开启适当数量的使用喷头5-3-1，剩余直接堵塞，亦就是预留喷头5-3-2，可根据滑坡体灵活设置。从而进行模拟降雨，实现降雨型滑坡的变形破坏机理及冲击强度的模拟研究。
本发明可灵活改变坡角、坡高、坡长、坡脚距和雨强等影响因素，实现多变量集于一体的滑坡模拟研究，对已有模拟平台进行了补充和完善，可开展多功能滑坡物理模拟实验，包括滑坡冲击强度测试试验和降雨诱发滑坡破坏机理研究等物理模拟实验，其中最为主要的是滑坡冲击力测试模拟试验，可改变滑坡堆积厚度、长度和角度等滑坡几何特征与坡脚距(滑体坡脚与斜坡坡脚的距离)等地形特征来测试分析滑坡冲击强度与滑坡发育几何特征间的定量关系。
总之，本发明装置简单牢固，拆装方便，集于多变量多功能的可重复使用的测试平台，适于地质灾害科研使用，值得推广应用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种多功能滑坡冲击强度测试平台，其特征在于：包括滑坡槽、堆积槽、置于滑坡槽底部的支撑调节装置、置于堆积槽内不同位置处的滑坡冲击力感应装置、置于试验模型槽外和滑坡冲击力感应装置相连接的数据采集装置，以及置于滑坡槽之上的降雨模拟装置；所述滑坡槽、堆积槽断面尺寸一致，均由若干长为1m且内径为1m*1m的单元模型槽组接而成。
2.如权利要求1所述的一种多功能滑坡冲击强度测试平台，其特征在于，所述滑坡槽、堆积槽通过铰接器及薄层钢板相连构成试验模型槽，试验模型槽两端均未封闭；每个单元模型槽均由框架及安装在框架上的槽底部和帮部构成，该槽底部和帮部均采用厚3cm的钢化玻璃；框架使用角铁制作。
3.如权利要求2所述的一种多功能滑坡冲击强度测试平台，其特征在于，在帮部和底部多处设有支撑加固角铁。
4.如权利要求1所述的一种多功能滑坡冲击强度测试平台，其特征在于，所述滑坡槽置于支撑调节装置之上，后端底部通过铰接杆铰接于支撑调节装置的升降横梁上，前端底部通过承轴安装有滚动滑轮，并置于水平地面；滑坡槽帮部内壁上设有多处两帮对称的插槽，插槽深1.2cm、宽2cm，插槽内可插入宽103cm、长100cm、厚1.8cm的木质挡板；滑坡槽的帮部上还设有多处孔洞。
5.如权利要求1所述的一种多功能滑坡冲击强度测试平台，其特征在于，所述堆积槽包括堆积过渡槽和堆积单元槽，堆积过渡槽为一一端加工为30°楔形的单元模型槽，楔形端底部通过铰接装置与滑坡槽前端底部铰接；根据所需长度组装堆积单元槽，前端保持与滑坡槽同轴线，且在两端1/3处均通过承轴安装带有锁扣的滚动滑轮，方便因滑坡槽升降而移动堆积槽；堆积过渡槽的楔形端紧切侧壁内的底部钢化玻璃刻有一定长度的卡槽，两槽铰接处帮部接缝位置安装薄层钢板切于槽内壁，钢板底部插入上述卡槽，上部于槽边处用U型卡扣固定；所述堆积槽帮部内壁钢化玻璃上对称设有多处用于安装滑坡冲击力感应装置的插槽，插槽深1.2cm、宽2cm。
6.如权利要求1所述的一种多功能滑坡冲击强度测试平台，其特征在于，所述支撑调节装置包括龙门式液压升降机和千斤顶，龙门式液压升降机安装于滑坡槽后端底部，升降机的升降横梁通过铰接杆铰接于滑坡槽后端底部，从而通过升降横梁来调节滑坡槽的坡度，以实现滑坡坡角的模拟，龙门升降机底部固定于水平硬化地面上；千斤顶上部铰接于各单元模型槽底部的组接部位，底部固定于水平硬化地面上，随着滑坡槽的升降调节高低，对滑坡槽组接位置进行支撑防护。
7.如权利要求1所述的一种多功能滑坡冲击强度测试平台，其特征在于，所述滑坡冲击力感应装置包括冲击力感应器、用于安装冲击力感应器的钢制冲击挡板；钢制冲击挡板具有一定的刚性，其宽103cm、长100cm、厚1.8cm，并且足以拦挡所要研究滑坡体的最大冲击作用；其上安装12个呈4*3矩阵布置的冲击力感应器，其中最下一行的冲击力感应器距底板10cm，相邻两行冲击力感应器之间的间距为25cm，相邻两列的冲击力感应器之间的间距为20cm，中间一列处于中轴线，均采用螺丝固定；每一个冲击力感应器均有数据传输线与之连接，数据传输线的另一端与数据采集仪连接。
8.如权利要求1所述的一种多功能滑坡冲击强度测试平台，其特征在于，所述数据采集装置包括数据采集仪、计算机，数据采集仪的输入端通过数据传输线与冲击力感应器相连，输出端通过数据传输线与安装有配套软件的计算机相连。
9.如权利要求1所述的一种多功能滑坡冲击强度测试平台，其特征在于，所述降雨模拟装置包括支架、输水导管、喷头、降雨量监测仪、阀门和抽水泵；支架横跨滑坡槽上端，输水导管固定于支架上，喷头安装于支架横梁上，且处于滑坡槽岩土体正上方，在输水导管中间段安装有抽水泵，并置于地面上，抽水泵之上安装有阀门和降雨量监测仪，直接观测仪表读数确定降雨强度，通过阀门和降雨量监测仪相互结合控制降雨强度；输水导管一端直接连接供水水龙头，另一端连接喷头；喷头顺滑坡槽走势安装有多个。
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