CN108981578A - 降雨诱发边坡位移的模拟实验机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降雨诱发边坡位移的模拟实验机构，包括箱体、设置在箱体内部的边坡模型和内部位移测量机构以及设置在箱体顶部的喷水机构和表面位移测量机构，边坡模型和箱体的内壁贴合，喷水机构用于模拟降雨，表面位移测量机构用于测量边坡模型的表面监测点位移，内部位移测量机构用于测量边坡模型的内部监测点位移。本发明设计的表面位移测量机构和内部位移测量机构分别测量边坡模型的表面和内部位移，并且能够将位移转移到横杆和量杆的位移上，通过标尺直接读数，测量简单快速，适用于需要记录多次多组数据的模拟实验中。

Description

降雨诱发边坡位移的模拟实验机构

技术领域

本发明涉及工程地质技术领域，尤其涉及一种降雨诱发边坡位移的模拟实验机构。

背景技术

边坡稳定性是指边坡岩、土体在一定坡高和坡角条件下的稳定程度。自然或人工边坡，在重力、水压力、振动力、降雨以及其他诱发因素的作用下，可能发生滑动或崩塌破坏，造成自然灾害。大规模的边坡破坏能引起交通中断、建筑物倒塌、江河堵塞、水库淤填，给人民的生命财产带来巨大损失。

研究边坡稳定性的目的，在于预测边坡的失稳时间、规模，以及危害程度，以便事先采取防治措施，减轻地质灾害。另外，对于人工设计的边坡，要求设计达到安全、经济的目的，也需要预测其稳定性。

边坡位移时间序列是用于评价边坡稳定性的一个重要直观观测量，因此在边坡监测系统中边坡位移实时监测是一个重要的监测项目，现有技术中采用测量边坡表面和内部监测点坐标的方式来测量边坡位移，这种方式虽然快速有效，但是无法应用于模拟实验中，因此需要设计一种能够直观测量边坡模型表面和内部位移的模拟实验机构。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种降雨诱发边坡位移的模拟实验机构，具有直观测量边坡表面和内部位移的功能。

为实现上述目的，本发明采用了一种技术方案：一种降雨诱发边坡位移的模拟实验机构，所述降雨诱发边坡位移的模拟实验机构包括箱体、设置在所述箱体内部的边坡模型和内部位移测量机构以及设置在所述箱体顶部的喷水机构和表面位移测量机构；

所述箱体为带有内部空间的立方体结构，由四个侧板和底板构成；

所述边坡模型的一个侧面为坡面，以模拟边坡的坡面，顶面为平面，另三个侧面和底面均与所述箱体的内部贴合；

所述喷水机构包括喷水支架和安装在所述喷水支架上的喷水管，所述喷水管通过连接供水机构来模拟降雨喷洒到所述边坡模型上；

所述表面位移测量机构包括设置在所述箱体顶部的大滑轨、安装所述大滑轨上的滑座、在所述滑座的顶部设置的与所述大滑轨平行的小滑轨、安装在所述小滑轨上并与之垂直的横杆、安装在所述横杆底部并向所述箱体的内部延伸的挡板；所述挡板的底端与所述边坡模型的坡面接触，并设其为表面位移监测点；实验中所述挡板的位移反映为所述横杆在所述小滑轨上的位移，进而测量出所述表面位移监测点的位移；

所述内部位移测量机构包括从所述边坡模型的底部插入其内部的量杆、与所述量杆顶端连接的拉绳、与所述拉绳连接且设于所述箱体侧板外部的铅锤；所述量杆的底端设为内部位移监测点，实验中所述量杆底端的位移通过所述拉绳传递至所述铅锤，进而通过所述铅锤的位移测量出所述内部位移监测点的位移。

进一步地，所述喷水支架上设有与所述喷水管匹配的穿孔，所述喷水管的两端分别穿过两个喷水支架的穿孔进行安装，且悬空于所述箱体的顶部；所述喷水管的底部开有多个喷水孔，通过所述喷水孔喷水。

进一步地，所述量杆的底端设有若干个均匀环形阵列分布的受力板，以增加各方向的受力面积。

进一步地，在所述小滑轨的一侧设置有表面位移测量标尺，用于读取所述横杆的位移。

进一步地，在所述箱体的侧板外部固定有圆筒，且使得所述铅锤位于所述圆筒中，且在所述圆筒的表面设有内部位移测量标尺，用于读取所述铅锤的位移。

进一步地，在所述圆筒的顶部设有滑轮，所述拉绳绕过所述滑轮连接到所述铅锤，以保持所述铅锤在所述圆筒的中心移动且与所述圆筒的内壁无摩擦。

进一步地，所述箱体侧板设有通孔以供所述拉绳穿过。

进一步地，所述滑座上还设有贯通其中的螺孔和安装于所述螺孔内的固定螺丝。

进一步地，在所述横杆一侧的滑座顶部安装第一光电传感器，所述第一光电传感器的发射端对准所述横杆以测量其位移。

进一步地，在所述箱体的侧板外部上安装第二光电传感器，所述第二光电传感器的发射端对准所述铅锤以测量其位移。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明设计表面位移测量机构和内部位移测量机构分别测量边坡表面和内部位移，并且能够将位移转移到横杆和量杆的位移上，通过标尺直接读数，测量简单快速，适用于需要记录多次多组数据的模拟实验中。

附图说明

图1为本发明的实施例一中降雨诱发边坡位移的模拟实验机构的结构示意图；

图2为本发明的实施例一中降雨诱发边坡位移的模拟实验机构的俯视图；

图3为本发明的实施例一中降雨诱发边坡位移的模拟实验机构的剖视图；

图4为本发明的实施例一中降雨诱发边坡位移的模拟实验机构中边坡模型的剖视图；

图5为本发明的实施例一中降雨诱发边坡位移的模拟实验机构的受力板与量杆的连接结构示意图；

图6为本发明的实施例一中降雨诱发边坡位移的模拟实验机构的滑座的结构图；

图7为本发明的实施例一中降雨诱发边坡位移的模拟实验机构的横杆与挡板的连接结构示意图；

图8为本发明的实施例一中降雨诱发边坡位移的模拟实验机构的滑轮的结构示意图；

图9为本发明的实施例一中降雨诱发边坡位移的模拟实验机构的模拟实验示意图；

图10为本发明的实施例二中降雨诱发边坡位移的模拟实验机构的俯视图；

图11为本发明的实施例二中降雨诱发边坡位移的模拟实验机构的剖视图。

图中：1-箱体，2-边坡模型，3-喷水支架，4-喷水管，5-大滑轨，6-滑座，7-小滑轨，8-横杆，9-挡板，10-表面位移测量标尺，11-量杆，12-拉绳，13-铅锤，14-圆筒，15-受力板，16-内部位移测量标尺，17-内部位移测量机构，18-喷水机构，19-表面位移测量机构，20-排水孔，21-喷水孔，22-通孔，23-螺孔，24-固定螺丝，25-穿孔，26-滑轮，27-接头，28-供水机构，29-水泵，30-信号接收器/处理器，31-第一光电传感器，32-第二光电传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

实施例一

如图1-9所示，本发明的实施例提供了一种降雨诱发边坡位移的模拟实验机构，包括用于模拟实验的箱体1，设置在所述箱体1内部的边坡模型2和内部位移测量机构17，设置在所述箱体1顶部的喷水机构18和表面位移测量机构19。

所述箱体1采用防水材料，一方面避免水的渗漏，另一方面延长使用寿命，优选的，所述箱体1采用玻璃钢。优选的，所述箱体1为带有内部空间的立方体结构。更优选的，所述箱体1是由四个侧板和底板构成的长方体盒体结构，四个侧板相互连接围成一个长方体框体结构，底板固连于该长方体框体的底面，顶部开口。所述箱体1的一侧板的底部应开有排水孔20(图1中以右侧板为例)，所述排水孔20用于排出所述箱体1内部的水，也可通过塞子堵塞，以模拟边坡排水条件和涉水条件。

如图4所示，所述边坡模型2采用现有的技术和方法进行制作，可以预先制作完成后放入所述箱体1内，也可以直接在所述箱体1内制作。所述边坡模型2与箱体1固定连接，并与所述箱体1的内壁贴合，所述边坡模型2的一侧面(例如，图1中以右面为例)为坡面，以模拟边坡的坡面，底面和其余三个侧面(例如，图1中的左面、前面、后面)均与所述箱体1之间没有间隙，顶面为平面。

所述喷水机构18通过喷水来模拟降雨，包括喷水支架3和喷水管4，其中所述喷水支架3的底部固定安装在所述箱体1的顶部，优选的，所述喷水支架3的数量为两个，且在所述箱体1的顶部对称分布。所述喷水支架3上设有与所述喷水管4匹配的穿孔25，所述喷水管4的两端分别穿过两个喷水支架3的穿孔25进行安装，且悬空于所述箱体1的顶部，所述喷水管4的底部开有多个喷水孔21(因角度问题，在图1中未显示)，所述喷水管4的一端通过接头27连接供水机构28，所述喷水机构18所连接的供水机构28包含能够控制流量的水泵29。在实验中，通过所述供水机构28和水泵29向所述喷水管4供给定量定速的水，来精确模拟降雨强度，通过所述喷水管4的喷水孔21喷洒到所述边坡模型2上。

所述表面位移测量机构19包括大滑轨5、滑座6、小滑轨7、横杆8和挡板9，其中所述大滑轨5设置在所述箱体1的顶部，所述滑座6通过滑块安装所述大滑轨5上，并与之平行，在所述滑座6的顶部设有与所述大滑轨5的方向一致(例如，图1中的左右方向)的所述小滑轨7，也即所述小滑轨7与大滑轨5平行。优选的，所述大滑轨5、滑座6、小滑轨7的数量均为两个，且均在所述箱体1的顶部对称分布。以图1为例，两个大滑轨5、两个滑座6、两个小滑轨7均分别设于所述箱体1的顶部的前、后两侧板上、并沿左右方向设置。所述横杆8的两端底部分别通过滑块安装在两个小滑轨7上；所述横杆8的底部固定安装有向下延伸的所述挡板9，所述挡板9位于所述箱体1的内部，所述挡板9的底部接触所述边坡模型2的坡面，所述挡板9可以设置一定的倾斜角度，以使其贴合边坡表面。在所述小滑轨7的一侧设置有便于读数的表面位移测量标尺10，所述表面位移测量标尺10可以是印刷在所述滑座6上的刻度线。所述滑座6能在所述大滑轨5上自由滑动，进而能够使其上的所述小滑轨7、横杆8和挡板9随动，能使所述挡板9和边坡模型2表面接触确定一个监测点，然后再通过所述横杆8在所述小滑轨7上的位移来测量所述边坡模型2表面的监测点的位移。

如图6所示，所述滑座6上还设有用于固定所述滑座6的固定螺丝24，所述固定螺丝24安装于所述滑座6的螺孔23内，所述螺孔23贯通所述滑座6，通过旋紧所述固定螺丝24能使得其伸出所述滑座6，直至所述固定螺丝24的底端接触所述箱体1，并通过与所述箱体1之间的摩擦力固定滑座6。

所述内部位移测量机构17包括从所述边坡模型2的底部插入其内部的量杆11、拉绳12、铅锤13和圆筒14，所述量杆11的底端设有若干个均匀环形阵列分布的受力板15，以增加各方向的受力面积。如图5所示，四个受力板15呈“十”字形分布，四个受力板15均连接在所述量杆11的底端。所述受力板15可以是矩形板或其他形状的板片式结构，其能够增大所述量杆11与边坡模型2之间的受力，保证所述量杆11能良好体现边坡位移量。

所述量杆11的顶端连接所述拉绳12的一端，所述拉绳12的另一端由所述箱体1的一侧板(图中以左侧板为例)上的通孔22穿出，并且连接一个重量、大小合适的铅锤13，所述铅锤13设置于所述圆筒14的内部，且与所述圆筒14的内壁无摩擦，所述圆筒14固定于所述箱体1的侧板外部，在所述圆筒14的表面设有便于读数的内部位移测量标尺16，所述内部位移测量标尺16可以是印刷在所述圆筒14上的刻度线。在初始状态下，所述铅锤13的顶端位于所述内部位移测量标尺16的零点。如图8所示，为了保持所述铅锤13的垂直度，在圆筒14的顶部设置滑轮26，所述滑轮26的中心通过轴承连接转轴，转轴与圆筒14固连，所述拉绳12从所述箱体1的通孔22穿出后绕过所述滑轮26连接到所述铅锤13，保持所述铅锤13的移动路径位于所述圆筒14的中心。

本发明的实施例一工作原理是：测量过程：实验中通过所述供水机构28向所述喷水管4供给定量定速(可通过设置所述水泵29来控制定量定速)的水来精确模拟降雨强度，通过所述喷水管4的喷水孔21喷洒到所述边坡模型2上，单位时间的水量相同，根据时间参数能够相对的计算水量，作为实验参数；某一时间点的所述边坡模型2的位移量通过所述表面位移测量标尺10和内部位移测量标尺16读出。

测量原理：对所述表面位移测量机构19来说：先推动所述滑座6在所述大滑轨5上滑动，使所述挡板9的底端移动到与所述边坡模型2的坡面接触，接触点作为监测点A(表面位移监测点)，初始时所述横杆8应该位于所述表面位移测量标尺10的零点；然后在实验中，所述边坡模型2的监测点A处的位移会表现为所述挡板9的水平位移，进而反映到与其固连的所述横杆8的位移，从而能够通过标尺读出所述横杆8的位移从而测量监测点A的位移；对所述内部位移测量机构17来说：将所述量杆11插入所述边坡模型2内，也可在所述边坡模型2制作时预埋其中，将所述量杆11的底端作为监测点B(内部位移监测点)，在实验过程中，所述边坡模型2内部的监测点B位移会通过所述受力板15传递到量杆11底端，进而通过所述量杆11传递到所述拉绳12，再通过所述拉绳12传递到所述铅锤13，通过所述铅锤13在竖直方向上的位移体现监测点B的位移，所述铅锤13的位移能够通过所述圆筒14外的内部位移测量标尺16读出。上述位移的传递均是通过力的传递完成。

实施例二

请参阅图10-11，与实施例一不同的是，将上述通过标尺(也即所述表面位移测量标尺10和内部位移测量标尺16)进行读数的方式替换为通过光电传感器等自动化的方式来对位移进行读数，具体是，在所述横杆8一侧(图10中以右侧为例)的所述滑座6的顶部安装第一光电传感器31，在所述圆筒14下方的所述箱体1的侧板外部上固定安装第二光电传感器32，所述第一光电传感器31的发射端对准所述横杆8，所述第二光电传感器32的发射端对准所述铅锤13的底部，所述第一光电传感器31和第二光电传感器32通过引线连接到信号接收器/处理器30，将电信号处理得到距离变化的参数，得出位移参数。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明设计表面位移测量机构和内部位移测量机构分别测量边坡表面和内部位移，并且能够将位移转移到横杆和量杆的位移上，通过标尺直接读数，测量简单快速，适用于需要记录多次多组数据的模拟实验中。

值得说明的是：在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。上述所述的固定等连接方式均是本领域人员公知的现有连接方式，举例来说可以通过胶合、焊接等固定方式。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

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 (10)

1.一种降雨诱发边坡位移的模拟实验机构，其特征在于：所述降雨诱发边坡位移的模拟实验机构包括箱体、设置在所述箱体内部的边坡模型和内部位移测量机构以及设置在所述箱体顶部的喷水机构和表面位移测量机构；

所述箱体为带有内部空间的立方体结构，由四个侧板和底板构成；

所述边坡模型的一个侧面为坡面，以模拟边坡的坡面，顶面为平面，另三个侧面和底面均与所述箱体的内部贴合；

所述喷水机构包括喷水支架和安装在所述喷水支架上的喷水管，所述喷水管通过连接供水机构来模拟降雨喷洒到所述边坡模型上；

所述表面位移测量机构包括设置在所述箱体顶部的大滑轨、安装所述大滑轨上的滑座、在所述滑座的顶部设置的与所述大滑轨平行的小滑轨、安装在所述小滑轨上并与之垂直的横杆、安装在所述横杆底部并向所述箱体的内部延伸的挡板；所述挡板的底端与所述边坡模型的坡面接触，并设其为表面位移监测点；实验中所述挡板的位移反映为所述横杆在所述小滑轨上的位移，进而测量出所述表面位移监测点的位移；

所述内部位移测量机构包括从所述边坡模型的底部插入其内部的量杆、与所述量杆顶端连接的拉绳、与所述拉绳连接且设于所述箱体侧板外部的铅锤；所述量杆的底端设为内部位移监测点，实验中所述量杆底端的位移通过所述拉绳传递至所述铅锤，进而通过所述铅锤的位移测量出所述内部位移监测点的位移。

2.根据权利要求1所述的降雨诱发边坡位移的模拟实验机构，其特征在于：所述喷水支架上设有与所述喷水管匹配的穿孔，所述喷水管的两端分别穿过两个喷水支架的穿孔进行安装，且悬空于所述箱体的顶部；所述喷水管的底部开有多个喷水孔，通过所述喷水孔喷水。

3.根据权利要求1所述的降雨诱发边坡位移的模拟实验机构，其特征在于：所述量杆的底端设有若干个均匀环形阵列分布的受力板，以增加各方向的受力面积。

4.根据权利要求1所述的降雨诱发边坡位移的模拟实验机构，其特征在于：在所述小滑轨的一侧设置有表面位移测量标尺，用于读取所述横杆的位移。

5.根据权利要求1所述的降雨诱发边坡位移的模拟实验机构，其特征在于：在所述箱体的侧板外部固定有圆筒，且使得所述铅锤位于所述圆筒中，且在所述圆筒的表面设有内部位移测量标尺，用于读取所述铅锤的位移。

6.根据权利要求5所述的降雨诱发边坡位移的模拟实验机构，其特征在于：在所述圆筒的顶部设有滑轮，所述拉绳绕过所述滑轮连接到所述铅锤，以保持所述铅锤在所述圆筒的中心移动且与所述圆筒的内壁无摩擦。

7.根据权利要求1所述的降雨诱发边坡位移的模拟实验机构，其特征在于：所述箱体侧板设有通孔以供所述拉绳穿过。

8.根据权利要求1所述的降雨诱发边坡位移的模拟实验机构，其特征在于：所述滑座上还设有贯通其中的螺孔和安装于所述螺孔内的固定螺丝。

9.根据权利要求1所述的降雨诱发边坡位移的模拟实验机构，其特征在于：在所述横杆一侧的滑座顶部安装第一光电传感器，所述第一光电传感器的发射端对准所述横杆以测量其位移。

10.根据权利要求1所述的降雨诱发边坡位移的模拟实验机构，其特征在于：在所述箱体的侧板外部上安装第二光电传感器，所述第二光电传感器的发射端对准所述铅锤以测量其位移。