CN111024924A - 一种可变角度的降雨滑坡模型试验设备 - Google Patents

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冷先伦
方波
张娟
曹升亮
李震
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CCCC First Highway Consultants Co Ltd
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CCCC First Highway Consultants Co Ltd
Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
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Abstract

本发明涉及一种可变角度的降雨滑坡模型试验设备，属于岩土工程技术领域。它由模型槽、降雨系统支架、下部支撑架和液压升降系统构成，所述模型槽上设有透明观测窗，模型槽内填筑边坡缩尺模型，模型槽位于降雨系统支架和下部支撑架之间，模型槽与下支撑架之间通过铰支座连接，连接处设有量角器，雨水回收装置通过降雨支架连接的防水薄膜收集洒落到模型槽外的雨水并连接软管流至下部的集水槽。本发明便于移动和拆卸组装，自带防雨和雨水回收装置，可控制降雨条件下坡体的排水条件，能够实现边坡模型在不改变初始形状的情况下实现不同坡度下滑坡模型试验，从而减少了因模型形状改变和传感器布设变化等因素对试验结果的影响。

Description

一种可变角度的降雨滑坡模型试验设备
技术领域
本发明涉及一种可变角度的降雨滑坡模型试验设备，属于岩土工程技术领域。
背景技术
在引起滑坡的诸多外部因素中，降雨和水的作用在很大程度上是诱发滑坡发生的最主要因素。针对大气降雨下的斜坡监测研究与滑坡预报具有滞后性，缺乏真实完整的现场实测资料，无法较真实的反映出坡体失稳破坏特征，现场原型试验条件不受人为控制，造价比较昂贵，而模型试验容易控制试验条件，试验相对容易实现，具有良好的重复性和可操作性，且和数值模拟相比更能真实再现岩土工程结构物间相互作用的性状。因此通过模型试验深入研究边坡滑动特征与机理，揭示边坡失稳的影响因素，具有非常重要的理论意义和实际应用价值。
在现有的相关发明，如“降雨滑坡试验用通用模型槽装置(授权公告号：CN202631519U，授权公告日：2012.12.26)”和“一种岩土工程滑坡模型试验箱(申请公告号：CN109507390A，申请公告日：2019.03.22)”都只是单一固定式模型箱，无法实现对角度的调节；“一种可调节滑坡坡角的滑坡模型试验箱(授权公告号：CN206532508U，授权公告日：2017.09.29)”，该专利由于角度调节机构均位于推车的内腔中，因此在填装滑坡体后，滑坡体的细颗粒物会阻塞调节机构，后续使用时调节不便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有降雨滑坡模型试验设备存在的缺点和不足，针对以上以往的滑坡模型试验装置无法实现方便快捷调节角度的现状，提出一种可变角度的降雨滑坡模型试验设备。该设备可以在不改变边坡模型初始形状的情况下实现不同坡度下滑坡模型试验，从而减少了因模型形状改变和传感器布设变化等因素对试验结果的影响，且可调节范围大，精度高。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种可变角度的降雨滑坡模型试验设备，包括模型槽、液压升降系统、降雨系统支架和下部支撑架，所述模型槽呈盒体状，模型槽前后壁面上分别设有观测窗，模型槽中填筑有边坡缩尺模型，模型槽右侧壁板通过螺栓与槽体连接，模型槽底板上设有对称模型槽铰支座，模型槽铰支座位于右侧壁板一侧，模型槽位于降雨系统支架和下部支撑架之间，降雨系统支架呈框架结构，模型槽与降雨系统支架结合处设置有沿降雨系统支架外周边的条形接雨槽，降雨系统支架与模型槽之间固定连接，模型槽与下部支撑架结合处设有集水槽，条形接雨槽与集水槽之间连接有软管，集水槽下方设置水桶，下部支撑架与模型槽铰支座之间铰连接，在模型槽铰支座处固定设置有量角器。
所述液压升降系统包括千斤顶、控制柜、液压站和量角器，液压升降系统设置在下部支撑架内，千斤顶通过支座固定在下部支撑架的底板上，千斤顶通过管道连接液压站，液压站连接控制柜，量角器固定在模型槽铰支座处。
所述模型槽右侧壁板下方设有泄水口，泄水口前方设有挡水板，挡水板高度高于泄水口的高度。
所述模型槽铰支座调节角度为0°-60°，调节精度1°。
由于采用以上技术方案，本发明具有如下显著优点：
1本发明通过模型槽与下支撑架采用铰连接，使得模型箱可以实现0-60°的角度变化，且调节精度较高，使边坡试验模型在不改变初始形状的情况下实现不同边坡坡度滑坡模型试验，从而减少了因模型形状改变和传感器布设变化等因素对试验结果的影响。
2能够进行多种不同的坡角边界条件设置，并能控制降雨条件下坡体的排水条件。
3该降雨滑坡模型试验设备，便于移动和拆卸组装，能够与降雨系统很好的结合，且自带防雨和雨水回收装置。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
见附图，一种可变角度降雨滑坡模型试验设备，它由模型槽3、降雨系统支架1、下部支撑架8和液压升降系统构成，模型槽3呈盒体状，模型槽3前后壁面上分别设有观测窗10，模型槽3内设置有边坡模型，边坡模型根据实际边坡的形状和地质条件缩尺制作，在模型槽3右侧壁板通过螺栓与槽体连接，模型槽3底板上设有对称模型槽铰支座6，模型槽铰支座6位于右侧壁板一侧，模型槽3位于降雨系统支架1和下部支撑架8之间，降雨系统支架1呈框架结构，模型槽3与降雨系统支架1结合处设置有沿降雨系统支架1外周边的条形接雨槽2，降雨系统支架1与模型槽3之间固定连接，模型槽3与下部支撑架8结合处设有集水槽7，条形接雨槽2与集水槽7之间连接有软管4，集水槽7下方设置水桶9，下部支撑架8与模型槽铰支座6之间铰连接，在模型槽铰支座6处固定设置有量角器15，量角器15用于测量模型槽3升降角度。
模型槽3由钢板和槽钢制成，观测窗10由10mm厚透明有机玻璃制成通过螺栓与槽钢连接，并通过防水胶密封。模型槽3右侧壁板下方设有泄水口5，通过开关泄水口5可实现降雨条件下坡体的不同排水条件，泄水口前方设有挡水板14，挡水板14高度高于泄水口5的高度。
液压升降系统包括千斤顶12、控制柜11、液压站16，液压升降系统设置在下部支撑架8内，千斤顶12通过支座13固定在下部支撑架8的底板上，千斤顶12通过管道连接液压站16，液压站16连接控制柜11，千斤顶12为双节柱，总行程1200mm，可实现模型槽在0°-60°角度内升降调节，调节精度1°。
雨水回收装置包括放置于模型槽上部的条形接雨槽2、集水槽7和水桶9，条形接雨槽2通过螺丝固定在模型槽3上方，条形接雨槽2和降雨系统支架1间连接塑料薄膜，条形接雨槽2通过软管4连接到集水槽7，槽体内雨水通过泄水口5流入集水槽7，最终流入水桶9。
本发明提供的一种可变角度降雨滑坡模型试验设备，其操作方法如下：
准备边坡模型的试验土样，在模型槽内按设计尺寸分层填筑并夯实至设定的密度，并通过环刀取样检测，确保填筑土样的均匀性，满足上述条件后按设计边坡坡形进行削坡并刮毛。在填筑坡角时，调节模型槽右侧壁板的高度并固定，在设定的监测点埋入监测传感器，整理好线路并与数据采集仪和电脑连接。模型槽内可实现透水(打开泄水口)与不透水(关闭泄水口)两种模拟情况。根据不同边坡坡度要求，通过控制柜操作液压升降系统调节模型槽的抬升与下降，实现不同边坡角的变化，模型填筑，坡角控制完毕后，打开降雨设备，进行试验数据采集，并通过观测窗观察，试验完成后，整理并分析试验数据，降雨设备可设置在降雨系统支架上，也可单独设置。
在进行多组不同坡度对比试验时，可先进行第一组最低坡度试验，后续不同坡度试验可按第一组试验相同的模型形状填筑和传感器布设，通过液压千斤顶抬升至所需达到的坡度(抬升角度＝试验设计角度-最小坡角)。使模型在不改变初始条件的情况下实现不同坡度下滑坡模型试验，从而减少了因模型形状改变和传感器布设变化等因素变化对试验结果的影响。

Claims (4)

1.一种可变角度的降雨滑坡模型试验设备，包括模型槽(3)、液压升降系统、降雨系统支架(4)和下部支撑架(8)，其特征在于：所述模型槽(3)呈盒体状，模型槽(3)前后壁面上分别设有观测窗(10)，模型槽(3)中填筑有边坡缩尺模型，模型槽(3)右侧壁板通过螺栓与槽体连接，模型槽(3)底板上设有对称模型槽铰支座(6)，模型槽铰支座(6)位于右侧壁板一侧，模型槽(3)位于降雨系统支架(1)和下部支撑架(8)之间，降雨系统支架(1)呈框架结构，模型槽(3)与降雨系统支架(1)结合处设置有沿降雨系统支架(1)外周边的条形接雨槽(2)，降雨系统支架(1)与模型槽(3)之间固定连接，模型槽(3)与下部支撑架(8)结合处设有集水槽(7)，条形接雨槽(2)与集水槽(7)之间连接有软管(4)，集水槽(7)下方设置水桶(9)，下部支撑架(8)与模型槽铰支座(6)之间铰连接，在模型槽铰支座(6)处固定设置有量角器(15)。
2.根据权利要求1所述的一种可变角度降雨滑坡模型试验设备，其特征在于：所述液压升降系统包括千斤顶(12)、控制柜(11)、液压站(16)，液压升降系统设置在下部支撑架(8)内，千斤顶(12)通过支座(13)固定在下部支撑架(8)的底板上，千斤顶(12)通过管道连接液压站(16)，液压站(16)连接控制柜(11)。
3.根据权利要求1所述的一种可变角度降雨滑坡模型试验设备，其特征在于：模型槽(3)右侧壁板下方设有泄水口(5)，泄水口前方设有挡水板(14)，挡水板(14)高度高于泄水口(5)的高度。
4.根据权利要求1所述的一种可变角度降雨滑坡模型试验设备，其特征在于：模型槽铰支座(6)调节角度为0°-60°，调节精度1°。
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