CN111855121A - 一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置及实验方法，属于岩土工程实验装置领域。由模型箱体、边坡模型、降雨模拟装置、振动模拟装置和监测系统构成。模型箱体是一个透明且上方敞口的长方体并放置在振动台，在模型箱体内堆筑边坡模型。降雨模拟装置的出水端位于模型箱体上方并向边坡模型喷洒进而模拟降雨作用。振动模拟装置通过电动机连接电源，将电能转化为机械能，使振动台产生振动进而模拟地震扰动。监测系统通过相关测试计连接读数仪器得到实时数据，并由电脑终端进行处理。本实验装置能够理想地模拟、监测边坡在降雨入渗效应和地震动力响应耦合条件下的变形失稳。
Description
技术领域
本发明涉及一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置及实验方法，属于岩土工程实验装置领域。
背景技术
边坡失稳是我国地质灾害中最常见的灾害之一，边坡的稳定性分析是岩土工程的一个重要研究方向，稳定性的影响原因有降雨、地震、人工开挖、各种荷载作用、岩土体工程性质等。而降雨和地震则是最主要也是较为常见的两个因素，至今仍是边坡稳定性研究的重点。边坡在降雨或地震以及两者耦合条件下失稳模式的分析研究，对于边坡失稳的预防与整治将起到非常重要的作用。
在我国，天然岩坡和铁路、公路等开挖形成的人工边坡发生失稳破坏多发在雨季，近些年来，广大学者普遍认识到了边坡失稳的发生与降雨存在着关联性；在地震方面，中科院地球环境研究所研究发现，由于2008年汶川地震产生近6万个滑坡。地震通常持时较短，降雨则可能持续很长时间，表面看来，地震和降雨在持时方面的巨大差异，使二者之间耦合发生的概率极小，考虑其间的耦合作用似乎没有必要。但是，2008年汶川8.0级特大地震所产生的余震之多、之强，使地震的持续影响时间大大超出了已有的认知，加上，正好赶上汶川降雨充沛的季节；因此在地震有效持续影响时间内，长时间的强降雨使滑坡的潜在危害增加。边坡岩土体中的软弱夹层是一种广泛存在的地质体，由于其力学强度低、水理性质差和流变效应显著；在降雨和地震扰动下对边坡的变形失稳以及破坏模式在很大程度上受到软弱夹层、软弱夹层厚度以及软弱夹层倾角的控制和影响。
因此研究边坡在降雨与地震耦合条件下的失稳机理是十分有必要的，但现实条件下野外边坡现场测试的实现成本较高，难度较大。
发明内容
本发明对现有技术存在的不足及未涉及之处，提出一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置及实验方法，可以同时考虑边坡在降雨入渗效应和地震动力响应耦合条件下的变形失稳，能够在室内完成降雨与地震耦合条件下的边坡失稳模拟实验。研究边坡在降雨与地震耦合条件下的失稳机理是十分有必要的，研究两者耦合情况下边坡失稳的触发机制，分析软弱夹层及夹层厚度、倾角变化在降雨和地震工况下对边坡的影响，为预防此类边坡失稳提供更多理论依据。
本发明采用的技术方案是：一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置，包括模型箱体1、边坡模型2、降雨模拟装置、振动模拟装置和监测系统；
模型箱体1为一个透明且上方敞口的长方体并放置在振动台26上，在模型箱体1内堆筑边坡模型2，降雨模拟装置的出水端位于模型箱体1的上方，振动模拟装置位于模型箱体1的下方，监测系统包括安装在边坡模型2上的检测装置及位于模型箱体1外侧的读数仪器38和电脑终端39，检测装置与读数仪器38连接，读数仪器38和电脑终端39连接，
边坡模型2位于模型箱体1内部下方，由左右对称的两半边坡组成，两半边坡的坡脚位于整个边坡模型2的中部，每一半边坡内都设有检测装置，至少有一边的边坡内设有软弱夹层3；
振动模拟装置包括底板21、下底座22、固定座23、复位弹簧24、上底座25、振动台26、电动机固定梁28、电动机29；底板21、下底座22、固定座23、上底座25、振动台26自下而上固定连接，固定座23和上底座25之间设置复位弹簧24，电动机固定梁28固定在振动台26的底面，电动机29安装在电动机固定梁28上且与振动台26连接。
具体地，所述的降雨模拟装置包括水箱5、软管6、连接卡套7、水箱支架8、出水管9、水泵10、供水主管11、流量表12、阀门13、角钢支撑杆14、水管支架15、顶部分管16、接头17、伸缩软管18、降雨喷头19和排水孔20，水箱5放置在水箱支架8上并通过软管6和连接卡套7与出水管9连接，出水管9与水泵10连接；供水主管11的进水端与水泵10连接，出水端通过阀门13与顶部分管16连通，供水主管11上安装有流量表12，角钢支撑杆14支撑在模型箱体1四个角的正上方，水管支架15支撑在角钢支撑杆14之间，顶部分管16固定在水管支架15上，顶部分管16下方依次通过接头17和可旋转角度的伸缩软管18与降雨喷头19连接，排水孔20设置在模型箱体1底部。
优选地，所述的水泵10为自吸式水泵，模型箱体1两侧底部设置若干排水孔20，排水孔20半径不小于5cm，相邻两孔间距不小于10cm。
优选地，所述的振动台26上方固定有聚苯乙烯泡沫27，模型箱体1的底部通过支撑底座4放置在振动台26上的聚苯乙烯泡沫27上方。
具体地，所述的模型箱体1五面均采用高透明度有机玻璃并通过卡扣为可拆卸装置，模型箱体1的长宽高分别为1m、0.8m和1m，边坡模型2的宽度为模型箱体1的宽度0.8m，高度控制在坡顶面离降雨喷头19最底部不小于20cm的距离。
优选地，所述的底板21与下底座22之间、下底座22与固定座23之间、上底座25与振动台26之间均通过焊接固定。
具体地，所述的检测装置包括土压力计33、孔隙水压力测试计34、振动检测仪35、含水率测试计36、位移计37，每一半边坡上都设有若干个测试仪器引线孔32，土压力计33、孔隙水压力测试计34、振动检测仪35、含水率测试计36、位移计37通过穿过测试仪器引线孔32的电缆30与读数仪器38连接，振动检测仪35可测量速度、加速度和位移值。
具体地，所述的顶部分管16包括四根相互连通的横向配水分管，降雨喷头19为塑料三头浇水喷头。
具体地，所述的振动台26底面两根电动机固定梁28属于钢板并通过焊接固定于中间竖直方向的两端，振动台26为一个1.5m×1.5m的正方形，振幅为0.3—0.6mm，频率为10-30赫兹。
一种所述的以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置的实验方法，包括如下步骤：
步骤1：根据实验要求准备好振动模拟装置所需的各部分钢板材料，振动台26尺寸为1.5m×1.5m；底板21、下底座22和固定座23之间通过焊接固定接触，在固定座23和上底座25之间设置复位弹簧24；上底座25和振动台26之间通过焊接固定接触；振动台26底面两根电动机固定梁28通过焊接固定于中间竖直方向的两端，电动机29通过两根电动机固定梁28固定在振动台26底面；在振动台26上方铺一层厚度为20cm的聚苯乙烯泡沫27作为减振层。
步骤2：根据实验所需要的模型箱体1尺寸1m×0.8m×1m，备好高透明度有机玻璃，正面有机玻璃预留若干测试仪器引线孔32、两侧面有机玻璃底部预留若干排水孔20，安装形成可拆卸的模型箱体1，留住正面尚不安装，其余四面安装完好，底部利用支撑底座4将模型箱体1放置在振动台26上的聚苯乙烯泡沫27上方，准备好实验所用边坡模型1模拟材料和软弱夹层3模拟材料，按照实验要求，在模型箱体1中以设定的比例配置相似材料来堆筑边坡模型2和软弱夹层3，在堆筑的同时喷淋水雾，以达到设计的含水率和湿密度，堆筑边坡模型2的宽度为模型箱体1宽度0.8m，坡高、坡角以及坡顶面、坡面、坡脚面尺寸则根据实际工程概况及相似比进行确定，坡高控制在坡顶面离降雨喷头最底部不小于20cm的距离；在堆筑过程中按实验要求的不同位置分别布设若干土压力计33、孔隙水压力测试计34、振动检测仪35、含水率测试计36和位移计37并连接好电缆30；
步骤3：通过设置不同的软弱夹层3，对两边的边坡做降雨入渗效应和地震动力响应耦合条件下的变形失稳对比；
步骤4：在模型箱体1内填充好边坡模型2并进行自然固结一天后，模型箱体1安装好正面并使电缆30穿过测试仪器引线孔32连接读数仪器38，读数仪器38连接电脑终端39。
步骤5：水箱5放置在水箱支架8上并通过软管6和连接卡套7与出水管9连接，出水管9与水泵10连接，水泵10为自吸式水泵；供水主管11的进水端与水泵10连接，出水端通过阀门13与顶部分管16连通，供水主管11上安装有流量表12。使用前，将实验用水注入水箱,实验过程中不断补水，以确保充足的实验用水量；水泵10根据所需模拟降雨强度大小选取参数类型为尽可能使模拟的降雨更加均匀。
步骤6：在模型箱体1四角上方安装角钢支撑杆14和水管支架15，然后再配置降雨管网；降雨管网由顶部分管16组成，在顶部分管16下方通过接头17和伸缩软管18连接配置若干个降雨喷头19手动调节伸缩软管18来控制降雨喷头19的方向，实现均匀喷洒；降雨入渗到边坡模型2内部直接由模型箱体1两侧底部排水孔20排出。
步骤7：通过调节阀门13控制降雨喷头19流量，观察流量表12调到实验所需的流量大小；将电动机29连接电源，通过调节电动机29转速来控制振幅和频率。
步骤8：根据实验要求设置一定的降雨时间和振动时间，时间到达后，关闭阀门13并切断电动机29电源。
步骤9：将读数仪器38记录的数据，在电脑终端39进行处理。
本发明的有益效果是：
1)同时考虑边坡在降雨和地震引起的应力场变化的耦合效应，能够在室内完成降雨与地震耦合条件下的边坡失稳模拟实验。
2)在此实验装置中，通过设置不同的软弱夹层，对两边的边坡做降雨入渗效应和地震动力响应耦合条件下的变形失稳对比，能够研究软弱夹层3及夹层厚度、倾角在降雨和地震工况下对边坡稳定性和边坡破坏模式的影响。
3)在此实验装置中，对研究边坡在降雨入渗效应和地震动力响应耦合条件下的变形失稳具有重要的现实意义。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图2为本发明装置模型箱体整体结构示意图；
图3为本发明装置振动台底面结构示意图；
图4为本发明装置模型箱体上方降雨管网结构示意图；
图5为本发明装置降雨喷头连接结构示意图；
图6为本发明装置有无软弱夹层对比实验监测系统结构示意图；
图7为本发明装置含不同水平软弱夹层厚度对比实验示意图；
图8为本发明装置一种含不同顺倾软弱夹层厚度对比实验示意图；
图9为本发明装置另一种含不同顺倾软弱夹层倾角对比实验示意图；
图10为本发明装置一种含不同反倾软弱夹层厚度对比实验示意图；
图11为本发明装置另一种含不同反倾软弱夹层倾角对比实验示意图。
图中各标号为：1、模型箱体；2、边坡模型；3、软弱夹层；4、支撑底座；5、水箱；6、软管；7、连接卡套；8、水箱支架；9、出水管；10、水泵；11、供水主管；12、流量表；13、阀门；14、角钢支撑杆；15、水管支架；16、顶部分管；17、接头；18、伸缩软管；19、降雨喷头；20、排水孔；21、底板；22；下底座；23；固定座；24、复位弹簧；25、上底座；26、振动台；27、聚苯乙烯泡沫；28、电动机固定梁；29、电动机30、电缆；31、插头；32、测试仪器引线孔；33、土压力计；34、孔隙水压力测试计；35、振动检测仪；36、含水率测试计；37、位移计；38、读数仪器；39、电脑终端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-11所示，一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置，包括模型箱体1、边坡模型2、降雨模拟装置、振动模拟装置和监测系统；
模型箱体1为一个透明且上方敞口的长方体并放置在振动台26上，在模型箱体1内堆筑边坡模型2，降雨模拟装置的出水端位于模型箱体1的上方，振动模拟装置位于模型箱体1的下方，监测系统包括安装在边坡模型2上的检测装置及位于模型箱体1外侧的读数仪器38和电脑终端39，检测装置与读数仪器38连接，读数仪器38和电脑终端39连接，
边坡模型2位于模型箱体1内部下方，由左右对称的两半边坡组成，两半边坡的坡脚位于整个边坡模型2的中部，每一半边坡内都设有检测装置，至少有一边的边坡内设有软弱夹层3；
振动模拟装置包括底板21、下底座22、固定座23、复位弹簧24、上底座25、振动台26、电动机固定梁28、电动机29；底板21、下底座22、固定座23、上底座25、振动台26自下而上固定连接，固定座23和上底座25之间设置复位弹簧24，电动机固定梁28固定在振动台26的底面，电动机29安装在电动机固定梁28上且与振动台26连接。
进一步地，所述的降雨模拟装置包括水箱5、软管6、连接卡套7、水箱支架8、出水管9、水泵10、供水主管11、流量表12、阀门13、角钢支撑杆14、水管支架15、顶部分管16、接头17、伸缩软管18、降雨喷头19和排水孔20，水箱5放置在水箱支架8上并通过软管6和连接卡套7与出水管9连接，出水管9与水泵10连接；供水主管11的进水端与水泵10连接，出水端通过阀门13与顶部分管16连通，供水主管11上安装有流量表12，角钢支撑杆14支撑在模型箱体1四个角的正上方，水管支架15支撑在角钢支撑杆14之间，顶部分管16固定在水管支架15上，顶部分管16下方依次通过接头17和可旋转角度的伸缩软管18与降雨喷头19连接，排水孔20设置在模型箱体1底部。
进一步地，所述的水泵10为自吸式水泵，模型箱体1两侧底部设置若干排水孔20，排水孔20半径不小于5cm，相邻两孔间距不小于10cm。
进一步地，所述的振动台26上方固定有聚苯乙烯泡沫27，模型箱体1的底部通过支撑底座4放置在振动台26上的聚苯乙烯泡沫27上方。
进一步地，所述的模型箱体1五面均采用高透明度有机玻璃并通过卡扣为可拆卸装置，模型箱体1的长宽高分别为1m、0.8m和1m，边坡模型2的宽度为模型箱体1的宽度0.8m，高度控制在坡顶面离降雨喷头19最底部不小于20cm的距离。
进一步地，所述的底板21与下底座22之间、下底座22与固定座23之间、上底座25与振动台26之间均通过焊接固定。
进一步地，所述的检测装置包括土压力计33、孔隙水压力测试计34、振动检测仪35、含水率测试计36、位移计37，所采用的测试计均为微型测试计；如实验需要监测其他参数可设置其他测试计，每一半边坡上都设有若干个测试仪器引线孔32，数量具体按实验需求而定，土压力计33、孔隙水压力测试计34、振动检测仪35、含水率测试计36、位移计37通过穿过测试仪器引线孔32的电缆30与读数仪器38连接，振动检测仪35可测量速度、加速度和位移值。
进一步地，所述的顶部分管16包括四根相互连通的横向配水分管，降雨喷头19为塑料三头浇水喷头。
进一步地，所述的振动台26底面两根电动机固定梁28属于钢板并通过焊接固定于中间竖直方向的两端，振动台26为一个1.5m×1.5m的正方形，振幅为0.3—0.6mm，频率为10-30赫兹。
本发明中，边坡模型2由人工堆筑方法，可以模拟不同坡高、坡角以及坡顶面、坡面、坡脚面尺寸，以及利用不同的相似模拟材料，采用不同的配置比例来模拟不同的边坡体内部构造，可以实现对不同类型边坡体进行有效模拟。通过水泵10和阀门13可实现降雨喷头19的流量和流速的调节，模拟各种降雨强度下边坡的变形失稳特征；通过调节电动机29转速来控制振幅和频率，对边坡施加不同振幅、不同频率的振动，模拟不同地震动力条件下边坡失稳规律；通过设置在边坡模型2里的测试仪器和模型箱体1正面的测试仪器引线孔32以及电缆30所连接的读数仪器38获得所需参数，并在电脑终端39进行数据处理，可以保证测试数据的有效性，同时可以实时监测边坡在不同应力场的动态变化。利用在边坡模型2中布设微型孔隙水压力测试计34和含水率测试计36测量边坡内部在降雨入渗过程中以及不用降雨条件下的孔隙水压力和含水率，记录数据，可以观察边坡内部的渗流场变化情况。利用在边坡模型中布设微型振动检测仪35监测边坡内部在地震扰动下不同位置的速度、加速度，可以观察边坡内部地震动力响应规律。利用在边坡模型中布设微型土压力计33和位移计37，观察边坡在降雨入渗效应与地震动力响应耦合条件下的应力场变化情况和边坡内部的位移变化情况。
一种所述的以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置的实验方法，包括如下步骤：
步骤1：根据实验要求准备好振动模拟装置所需的各部分钢板材料，振动台26尺寸为1.5m×1.5m；底板21、下底座22和固定座23之间通过焊接固定接触，在固定座23和上底座25之间设置复位弹簧24；上底座25和振动台26之间通过焊接固定接触；振动台26底面两根电动机固定梁28通过焊接固定于中间竖直方向的两端，电动机29通过两根电动机固定梁28固定在振动台26底面；在振动台26上方铺一层厚度为20cm的聚苯乙烯泡沫27作为减振层。
步骤2：根据实验所需要的模型箱体1尺寸1m×0.8m×1m，备好高透明度有机玻璃，正面有机玻璃预留若干测试仪器引线孔32、两侧面有机玻璃底部预留若干排水孔20，安装形成可拆卸的模型箱体1，留住正面尚不安装，其余四面安装完好，底部利用支撑底座4将模型箱体1放置在振动台26上的聚苯乙烯泡沫27上方，准备好实验所用边坡模型1模拟材料和软弱夹层3模拟材料，按照实验要求，在模型箱体1中以设定的比例配置相似材料来堆筑边坡模型2和软弱夹层3，在堆筑的同时喷淋水雾，以达到设计的含水率和湿密度，堆筑边坡模型2的宽度为模型箱体1宽度0.8m，坡高、坡角以及坡顶面、坡面、坡脚面尺寸则根据实际工程概况及相似比进行确定，坡高控制在坡顶面离降雨喷头最底部不小于20cm的距离；在堆筑过程中按实验要求的不同位置分别布设若干土压力计33、孔隙水压力测试计34、振动检测仪35、含水率测试计36和位移计37并连接好电缆30；
步骤3：本实施例中包括六组对比实验，分别是有无软弱夹层3边坡、含不同水平软弱夹层3厚度边坡、含不同顺倾软弱夹层3厚度、倾角边坡以及含不同反倾软弱夹层3厚度、倾角边坡在降雨入渗效应和地震动力响应耦合条件下的变形失稳对比。软弱夹层3厚度与软弱夹层3倾角两个因素，在其中一个做对比实验时，另外一个应保持一致。在含不同厚度软弱夹层3边坡失稳对比实验中，不同厚度的软弱夹层3应从同一水平面或者同一倾斜面开始堆筑；在含不同倾角软弱夹层3边坡失稳对比实验中，软弱夹层3在边坡面的出露位置最下方应在同一水平线上。
步骤4：在模型箱体1内填充好边坡模型2并进行自然固结一天后，模型箱体1安装好正面并使电缆30穿过测试仪器引线孔32连接读数仪器38，读数仪器38连接电脑终端39。
步骤5：水箱5放置在水箱支架8上并通过软管6和连接卡套7与出水管9连接，出水管9与水泵10连接，水泵10为自吸式水泵；供水主管11的进水端与水泵10连接，出水端通过阀门13与顶部分管16连通，供水主管11上安装有流量表12。使用前，将实验用水注入水箱,实验过程中不断补水，以确保充足的实验用水量；水泵10根据所需模拟降雨强度大小选取参数类型为尽可能使模拟的降雨更加均匀。
步骤6：在模型箱体1四角上方安装角钢支撑杆14和水管支架15，然后再配置降雨管网；降雨管网由顶部分管16组成，在顶部分管16下方通过接头17和伸缩软管18连接配置若干个降雨喷头19手动调节伸缩软管18来控制降雨喷头19的方向，实现均匀喷洒；降雨入渗到边坡模型2内部直接由模型箱体1两侧底部排水孔20排出。
步骤7：通过调节阀门13控制降雨喷头19流量，观察流量表12调到实验所需的流量大小；将电动机29连接电源，通过调节电动机29转速来控制振幅和频率。
步骤8：根据实验要求设置一定的降雨时间和振动时间，时间到达后，关闭阀门13并切断电动机29电源。
步骤9：将读数仪器38记录的数据，在电脑终端39进行处理。
图6中：有无软弱夹层3的边坡的对比实验中，在模拟降雨和地震作用下，左边含软弱夹层3的边坡相比较右边无软弱夹层3的边坡，呈现出沿软弱夹层3滑动特征，边坡裂纹与软弱夹层3贯通；边坡位移更大，破坏更明显。
图8中：含不同顺倾软弱夹层3厚度对比实验中，在模拟降雨和地震作用下，右边含较厚软弱夹层3的边坡相比较左边含较薄软弱夹层3的边坡，沿软弱夹层3破坏特征显著，边坡安全系数更低，稳定性更差。
图9中：含不同顺倾软弱夹层3倾角对比实验中，在模拟降雨和地震作用下，左边含倾角45°软弱夹层3的边坡相比右边含倾角30°软弱夹层3的边坡，下滑力较大，破坏范围较大，边坡整体强度较低。
基于上述的实验装置，本发明装置主要可以同时考虑降雨、地震引起的应力场变化的耦合效应；通过调节降雨喷头19的流量和流速，可模拟边坡在各种降雨强度下的变形失稳特征；通过对边坡施加不同振幅、不同频率的地震，可模拟不同动力条件下边坡失稳规律；这样便可以对降雨入渗效应与地震动力响应耦合下边坡的变形特征与失稳机理进行研究探讨。本实验装置能够理想地模拟、监测边坡在降雨入渗效应和地震动力响应耦合条件下的变形失稳。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置，其特征在于：包括模型箱体(1)、边坡模型(2)、降雨模拟装置、振动模拟装置和监测系统；
模型箱体(1)为一个透明且上方敞口的长方体并放置在振动台(26)上，在模型箱体(1)内堆筑边坡模型(2)，降雨模拟装置的出水端位于模型箱体(1)的上方，振动模拟装置位于模型箱体(1)的下方，监测系统包括安装在边坡模型(2)上的检测装置及位于模型箱体(1)外侧的读数仪器(38)和电脑终端(39)，检测装置与读数仪器(38)连接，读数仪器(38)和电脑终端(39)连接，
边坡模型(2)位于模型箱体(1)内部下方，由左右对称的两半边坡组成，两半边坡的坡脚位于整个边坡模型(2)的中部，每一半边坡内都设有检测装置，至少有一边的边坡内设有软弱夹层3；
振动模拟装置包括底板(21)、下底座(22)、固定座(23)、复位弹簧(24)、上底座(25)、振动台(26)、电动机固定梁(28)、电动机(29)；底板(21)、下底座(22)、固定座(23)、上底座(25)、振动台(26)自下而上固定连接，固定座(23)和上底座(25)之间设置复位弹簧(24)，电动机固定梁(28)固定在振动台(26)的底面，电动机(29)安装在电动机固定梁(28)上且与振动台(26)连接。
2.根据权利要求1所述的一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置，其特征在于：所述的降雨模拟装置包括水箱(5)、软管(6)、连接卡套(7)、水箱支架(8)、出水管(9)、水泵(10)、供水主管(11)、流量表(12)、阀门(13)、角钢支撑杆(14)、水管支架(15)、顶部分管(16)、接头(17)、伸缩软管(18)、降雨喷头(19)和排水孔(20)，水箱(5)放置在水箱支架(8)上并通过软管(6)和连接卡套(7)与出水管(9)连接，出水管(9)与水泵(10)连接；供水主管(11)的进水端与水泵(10)连接，出水端通过阀门(13)与顶部分管(16)连通，供水主管(11)上安装有流量表(12)，角钢支撑杆(14)支撑在模型箱体(1)四个角的正上方，水管支架(15)支撑在角钢支撑杆(14)之间，顶部分管(16)固定在水管支架(15)上，顶部分管(16)下方依次通过接头(17)和可旋转角度的伸缩软管(18)与降雨喷头(19)连接，排水孔(20)设置在模型箱体(1)底部。
3.根据权利要求2所述的一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置，其特征在于：所述的水泵(10)为自吸式水泵，模型箱体(1)两侧底部设置若干排水孔(20)，排水孔(20)半径不小于5cm，相邻两孔间距不小于10cm。
4.根据权利要求1所述的一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置，其特征在于：所述的振动台(26)上方固定有聚苯乙烯泡沫(27)，模型箱体(1)的底部通过支撑底座(4)放置在振动台(26)上的聚苯乙烯泡沫(27)上方。
5.根据权利要求1所述的一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置，其特征在于：所述的模型箱体(1)五面均采用高透明度有机玻璃并通过卡扣为可拆卸装置，模型箱体(1)的长宽高分别为1m、0.8m和1m，边坡模型(2)的宽度为模型箱体(1)的宽度0.8m，高度控制在坡顶面离降雨喷头(19)最底部不小于20cm的距离。
6.根据权利要求1所述的一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置，其特征在于：所述的底板(21)与下底座(22)之间、下底座(22)与固定座(23)之间、上底座(25)与振动台(26)之间均通过焊接固定。
7.根据权利要求1所述的一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置，其特征在于：所述的检测装置包括土压力计(33)、孔隙水压力测试计(34)、振动检测仪(35)、含水率测试计(36)、位移计(37)，每一半边坡上都设有若干个测试仪器引线孔(32)，土压力计(33)、孔隙水压力测试计(34)、振动检测仪(35)、含水率测试计(36)、位移计(37)通过穿过测试仪器引线孔(32)的电缆(30)与读数仪器(38)连接，振动检测仪(35)可测量速度、加速度和位移值。
8.根据权利要求2所述的一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置，其特征在于：所述的顶部分管(16)包括四根相互连通的横向配水分管，降雨喷头(19)为塑料三头浇水喷头。
9.根据权利要求1所述的一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置，其特征在于：所述的振动台(26)底面两根电动机固定梁(28)属于钢板并通过焊接固定于中间竖直方向的两端，振动台(26)为一个1.5m×1.5m的正方形，振幅为0.3—0.6mm，频率为10-30赫兹。
10.一种权利要求1-9任一项所述的以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置的实验方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：根据实验要求准备好振动模拟装置所需的各部分钢板材料，振动台(26)尺寸为1.5m×1.5m；底板(21)、下底座(22)和固定座(23)之间通过焊接固定接触，在固定座(23)和上底座(25)之间设置复位弹簧(24)；上底座(25)和振动台(26)之间通过焊接固定接触；振动台(26)底面两根电动机固定梁(28)通过焊接固定于中间竖直方向的两端，电动机(29)通过两根电动机固定梁(28)固定在振动台(26)底面；在振动台(26)上方铺一层厚度为20cm的聚苯乙烯泡沫(27)作为减振层；
步骤2：根据实验所需要的模型箱体(1)尺寸1m×0.8m×1m，备好高透明度有机玻璃，正面有机玻璃预留若干测试仪器引线孔(32)、两侧面有机玻璃底部预留若干排水孔(20)，安装形成可拆卸的模型箱体(1)，留住正面尚不安装，其余四面安装完好，底部利用支撑底座(4)将模型箱体(1)放置在振动台(26)上的聚苯乙烯泡沫(27)上方，准备好实验所用边坡模型(1)模拟材料和软弱夹层(3)模拟材料，按照实验要求，在模型箱体(1)中以设定的比例配置相似材料来堆筑边坡模型(2)和软弱夹层(3)，在堆筑的同时喷淋水雾，以达到设计的含水率和湿密度，堆筑边坡模型(2)的宽度为模型箱体(1)宽度0.8m，坡高、坡角以及坡顶面、坡面、坡脚面尺寸则根据实际工程概况及相似比进行确定，坡高控制在坡顶面离降雨喷头最底部不小于20cm的距离；在堆筑过程中按实验要求的不同位置分别布设若干土压力计(33)、孔隙水压力测试计(34)、振动检测仪(35)、含水率测试计(36)和位移计(37)并连接好电缆(30)；
步骤3：通过设置不同的软弱夹层(3)，对两边的边坡做降雨入渗效应和地震动力响应耦合条件下的变形失稳对比；
步骤4：在模型箱体(1)内填充好边坡模型(2)并进行自然固结一天后，模型箱体(1)安装好正面并使电缆(30)穿过测试仪器引线孔(32)连接读数仪器(38)，读数仪器(38)连接电脑终端(39)；
步骤5：水箱(5)放置在水箱支架(8)上并通过软管(6)和连接卡套(7)与出水管(9)连接，出水管(9)与水泵(10)连接，水泵(10)为自吸式水泵；供水主管(11)的进水端与水泵(10)连接，出水端通过阀门(13)与顶部分管(16)连通，供水主管(11)上安装有流量表(12)，使用前，将实验用水注入水箱,实验过程中不断补水，以确保充足的实验用水量；水泵(10)根据所需模拟降雨强度大小选取参数类型为尽可能使模拟的降雨更加均匀；
步骤6：在模型箱体(1)四角上方安装角钢支撑杆(14)和水管支架(15)，然后再配置降雨管网；降雨管网由顶部分管(16)组成，在顶部分管(16)下方通过接头(17)和伸缩软管(18)连接配置若干个降雨喷头(19)手动调节伸缩软管(18)来控制降雨喷头(19)的方向，实现均匀喷洒；降雨入渗到边坡模型(2)内部直接由模型箱体(1)两侧底部排水孔(20)排出；
步骤7：通过调节阀门(13)控制降雨喷头(19)流量，观察流量表(12)调到实验所需的流量大小；将电动机(29)连接电源，通过调节电动机(29)转速来控制振幅和频率；
步骤8：根据实验要求设置一定的降雨时间和振动时间，时间到达后，关闭阀门(13)并切断电动机(29)电源；
步骤9：将读数仪器(38)记录的数据，在电脑终端(39)进行处理。
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