CN112305165A - 一种评测边坡植被体稳定性的仿真模型及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种评测边坡植被体稳定性的仿真模型及方法，它包括用于对整个仿真模型进行支撑的支撑系统，所述支撑系统的顶部设置有用于模拟边坡环境的边坡系统，所述边坡系统的正上方设置有用于模拟降雨环境的降雨系统，所述边坡系统的外围设置有用于记录边坡植被体在降雨、风载作用下破坏情况的评测系统，所述边坡系统、降雨系统和评测系统与用于提供风载的供风系统配合相连，其通过记录仿真模型植被体的破坏情况及对应的降雨、风载等模拟信息，并同现场降雨、风载等自然信息相比较，分析评测野外边坡植被体的稳定性，以为野外边坡植被体的人工调控提供决策依据，从而减少失稳破坏灾害。

Description

一种评测边坡植被体稳定性的仿真模型及方法

技术领域

本发明属于边坡生态修复研究技术领域，具体涉及一种评测边坡植被体稳定性的仿真模型及方法。

背景技术

边坡植被体在降雨、风载作用下易失稳破坏，严重危及当地居民生命财产安全。由于场地及设备的局限性，难以在野外现场直接评测边坡植被体的稳定性。

CN 108982814 A多渗流条件下边坡稳定性机理研究通用模型试验系统通过构建试验系统，为复杂水环境变化引起的不同渗流条件下，多种类型土的边坡稳定性机理探讨与模型试验研究提供有效的方法与手段。但是，该系统仅考虑了在水环境的渗流影响，并没有考虑风载条件对边坡植被体稳定性的影响。

CN 109815633 A中公开了一种基于地表水地下水耦合模型的边坡稳定性判别方法，通过建立耦合模型，能够根据地表水位快速获得精确的边坡内部水位结果，结合智能算法找出最危险滑坡面，进而分析边坡的稳定性。但是，该模型仅适用于地下水环境中的边坡稳定性研究，并没有涉及边坡植被体在降雨或风载条件下的稳定性问题。

CN 211148634 U中公开了一种模拟复杂条件下岩土边坡失稳破坏的模型试验装置，其能够用于室内边坡模型试验，分别研究降雨、地震及两者耦合作用下岩土体边坡破坏的动态演化过程。但是，该装置只是耦合降雨和地震两者综合因素下边坡的稳定性，也没有考虑边坡植被体的稳定性。

基于此，现有的研究主要集中在对边坡稳定性的分析，而鲜有对边坡植被体稳定性的研究。

发明内容

针对背景技术中所出现的问题，本发明提出了一种评测边坡植被体稳定性的仿真模型及方法，其通过记录仿真模型植被体的破坏情况及对应的降雨、风载等模拟信息，并同现场降雨、风载等自然信息相比较，分析评测野外边坡植被体的稳定性，以为野外边坡植被体的人工调控提供决策依据，从而减少失稳破坏灾害。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种评测边坡植被体稳定性的仿真模型，它包括用于对整个仿真模型进行支撑的支撑系统，所述支撑系统的顶部设置有用于模拟边坡环境的边坡系统，所述边坡系统的正上方设置有用于模拟降雨环境的降雨系统，所述边坡系统的外围设置有用于记录边坡植被体在降雨、风载作用下破坏情况的评测系统，所述边坡系统、降雨系统和评测系统与用于提供风载的供风系统配合相连。

所述支撑系统包括底板，所述底板的底部通过多个第一连杆支撑安装有万向轮；所述底板采用轻质刚性材料制成，呈圆形薄板状；所述万向轮采用带有限位器的万向脚轮，并能够根据实际需求将整个仿真模型固定在任意位置。

所述边坡系统包括种植槽，所述种植槽的底部一侧通过第二连杆支撑在底板上，所述种植槽的底部另一侧通过电动推杆支撑在底板上；所述电动推杆采用多层套筒内外套接而成，其竖向高度可调，并能通过调节其高度来调整种植槽的坡度，以模拟不同坡度的边坡。

所述种植槽内部回填有土壤，并栽种不同种类的苗木来模拟野外边坡植被体。

所述降雨系统包括输水管，所述输水管固定在支撑系统的底板上，所述输水管采用刚性管材制成，呈倒置L型结构；所述输水管的底端与外接水源相连，顶端向下弯折；在输水管顶端末梢安装有用于洒水的花洒；在输水管上安装有用于控制水量的流量计。

所述输水管和花洒的数量根据边坡系统的种植槽的上表面积确定，应确保所有花洒形成的降雨面完全覆盖其下方的种植槽；所述输水管的竖向高度可调，以适应不同高度的植被体。

所述评测系统包括第一圆环形滑轨，所述第一圆环形滑轨固定在支撑系统的底板上，并环绕在边坡系统的外围，所述第一圆环形滑轨上滑动安装有第一支撑杆和第二支撑杆，所述第一支撑杆和第二支撑杆采用高度可调的伸缩杆，以适应不同高度的植被体；所述第一支撑杆的不同高度处分别固定有第一摄像仪和第一风速仪；所述第二支撑杆的不同高度处分别固定有第二摄像仪和第二风速仪。

所述第一摄像仪与第二摄影仪呈90°相位角正交布置，并各自记录植被体在降雨、风载作用下的破坏情况；基于现场实况，将植被体的失稳破坏分为倾斜、断折和倾覆三类现象；第一风速仪和第二风速仪各自记录供风系统所提供的风载情况或边坡系统所承载的风载情况，包括风速、风向。

所述供风系统包括第二圆环形滑轨，所述第二圆环形滑轨固定在支撑系统的底板上，并环绕在评测系统的外围；所述第二圆环形滑轨上滑动安装有第三支撑杆，所述第三支撑杆采用高度可调的伸缩杆，以适应不同高度的植被体；所述第三支撑杆的合适高度位置安装有供风机，并使其高度匹配于植被体，以模拟野外边坡的风载状况。

采用所述评测边坡植被体稳定性的仿真模型进行边坡植被体稳定性评测的方法，它包括以下步骤：

第一步，针对某野外边坡，实地调查其土壤、植被体和边坡坡度实际条件；收集当地气象气候资料，重点掌握降雨和风载自然信息；

第二步，根据所调查的土壤状况，在边坡系统的种植槽中回填对应土壤；根据所调查的边坡坡度状况，调整边坡系统中电动推杆的竖向高度，使种植槽坡度与野外边坡坡度相一致；

第三步，根据所调查的植被体状况，基于相似理论，在边坡系统的种植槽中栽种对应的苗木；仿真模型植被体的株高、冠幅、盖度、郁闭度、覆盖率及根系植入土体深度性状，通过适当控制措施处理后，使其与野外边坡植被体无限相接近；

第四步，定义降雨、风载作用对边坡植被体稳定性的破坏标准，分为倾斜、断折、倾覆三类现象；倾斜：植株倾斜，但根系仍深埋在边坡土壤中，苗木可继续生长；断折：植株主干折断，苗木生长严重受限；倾覆：植株连根拔起，苗木无法继续生长；

第五步，调整输水管竖向高度，使其与植被体的高度相匹配，且确保降雨面完全覆盖其下的种植槽；调整第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆的高度，使第一摄像仪、第二摄像仪、第一风速仪、第二风速仪和供风机的高度均匹配于植被体，且第一摄像仪和第二摄像仪水平布设方位成90°方位角正交；

第六步，将降雨系统与水源接通，模拟自然降雨，流量计记录降雨模拟信息；打开供风机，对边坡系统供风，第一摄像仪和第二摄像仪各自记录仿真模型植被体破坏情况，第一风速仪和第二风速仪各自记录对应风载模拟信息；

第七步，将所记录的降雨、风载模拟信息同当地所收集的降雨、风载自然信息对比分析，分析评测野外边坡植被体的稳定性；

第八步，根据评测结果，人工调控野外边坡植被体的株高、冠幅、盖度、郁闭度、覆盖率、根系植入土体深度性状，以减少失稳破坏灾害。

本发明有如下有益效果：

1、本仿真模型集野外边坡立地条件、现场气象气候条件于一体，在仿真模型上开展边坡植被体稳定性破坏试验，突破了此前难以在野外现场直接评测边坡植被体稳定性的技术难题。

2、通过调整本仿真模型中五大系统的相关参数，在土壤、植被体、边坡坡度、降雨、风载等方面能模拟不同立地及气候气象条件的野外边坡，可多次调整使用，实践应用性强。

3、基于相似理论，将野外边坡立地及气候气象状况“浓缩复制”为高仿真模型及对应的操作程序，试验模拟与现场实况相似度高，模拟结果能反映现场实况，评测结论可为野外边坡的人工调控提供决策依据。

4、本仿真模型采用两个摄像仪互成90°双向评测、记录试验模拟的全过程，既规避了评测死角，亦加强了评测结论的真实性和准确性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的俯视图。

图中：万向轮1、第一连杆21、第二连杆22、底板3、电动推杆4、种植槽5、输水管6、流量计7、花洒8、第一圆环形滑轨901、第二圆环形滑轨902、第一摄像仪101、第二摄像仪102、第一风速仪111、第二风速仪112、供风机12、第一支撑杆131、第二支撑杆132、第三支撑杆133、苗木14。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-2，一种评测边坡植被体稳定性的仿真模型，它包括用于对整个仿真模型进行支撑的支撑系统，所述支撑系统的顶部设置有用于模拟边坡环境的边坡系统，所述边坡系统的正上方设置有用于模拟降雨环境的降雨系统，所述边坡系统的外围设置有用于记录边坡植被体在降雨、风载作用下破坏情况的评测系统，所述边坡系统、降雨系统和评测系统与用于提供风载的供风系统配合相连。通过采用上述的仿真模型，其通过记录仿真模型植被体的破坏情况及对应的降雨、风载等模拟信息，并同现场降雨、风载等自然信息相比较，分析评测野外边坡植被体的稳定性，以为野外边坡植被体的人工调控提供决策依据，从而减少失稳破坏灾害。其主要用于对边坡植被体的稳定性进行研究。

进一步的，所述支撑系统包括底板3，所述底板3的底部通过多个第一连杆21支撑安装有万向轮1；所述底板3采用轻质刚性材料制成，呈圆形薄板状；所述万向轮1采用带有限位器的万向脚轮，并能够根据实际需求将整个仿真模型固定在任意位置。通过上述的支撑系统能够用于对整个仿真模型进行稳定的支撑和固定，并能够通过万向轮1对整个模型进行移动，增强了使用的灵和性和便捷性。

进一步的，所述边坡系统包括种植槽5，所述种植槽5的底部一侧通过第二连杆22支撑在底板3上，所述种植槽5的底部另一侧通过电动推杆4支撑在底板3上；所述电动推杆4采用多层套筒内外套接而成，其竖向高度可调，并能通过调节其高度来调整种植槽5的坡度，以模拟不同坡度的边坡。通过上述的边坡系统能够用于模拟真实的边坡坡度，使其尽可能的接近真实边坡，且其坡度调节方便，调节过程中，只需要改变电动推杆4的高度就可以对坡度进行调节。

进一步的，所述种植槽5内部回填有土壤，并栽种不同种类的苗木14来模拟野外边坡植被体。通过不同类型的苗木14能够模拟真实的边坡植被环境。

进一步的，所述降雨系统包括输水管6，所述输水管6固定在支撑系统的底板3上，所述输水管6采用刚性管材制成，呈倒置L型结构；所述输水管6的底端与外接水源相连，顶端向下弯折；在输水管6顶端末梢安装有用于洒水的花洒8；在输水管6上安装有用于控制水量的流量计7。通过上述的降雨系统，能够用于模拟降雨的环境，对植被体的影响。具体模拟试验过程中，通过外接水源给输水管6进行供水，并由花洒8喷洒，进而喷洒到植被体上，在喷洒过程中，通过流量计7记录降雨量，以便于后续对降雨数据进行收集。

进一步的，所述输水管6和花洒8的数量根据边坡系统的种植槽5的上表面积确定，应确保所有花洒8形成的降雨面完全覆盖其下方的种植槽5；所述输水管6的竖向高度可调，以适应不同高度的植被体。通过上述的数量安排，能够适应不同降雨面积的需要，增强了其适应性。

进一步的，所述评测系统包括第一圆环形滑轨901，所述第一圆环形滑轨901固定在支撑系统的底板3上，并环绕在边坡系统的外围，所述第一圆环形滑轨901上滑动安装有第一支撑杆131和第二支撑杆132，所述第一支撑杆131和第二支撑杆132采用高度可调的伸缩杆，以适应不同高度的植被体；所述第一支撑杆131的不同高度处分别固定有第一摄像仪101和第一风速仪111；所述第二支撑杆132的不同高度处分别固定有第二摄像仪102和第二风速仪112。通过上述的评测系统能够对整个模拟试验过程中的真实情况进行记录。而且通过第一圆环形滑轨901便于对第一支撑杆131和第二支撑杆132的方位进行调节，以保证进行无死角监测，保证了数据的全面准确性。

进一步的，所述第一摄像仪101与第二摄影仪102呈90°相位角正交布置，并各自记录植被体在降雨、风载作用下的破坏情况；基于现场实况，将植被体的失稳破坏分为倾斜、断折和倾覆三类现象；第一风速仪111和第二风速仪112各自记录供风系统所提供的风载情况或边坡系统所承载的风载情况，包括风速、风向。通过采用正交方位的角度布置方式，保证了监控的全方位。

进一步的，所述供风系统包括第二圆环形滑轨902，所述第二圆环形滑轨902固定在支撑系统的底板3上，并环绕在评测系统的外围；所述第二圆环形滑轨902上滑动安装有第三支撑杆133，所述第三支撑杆133采用高度可调的伸缩杆，以适应不同高度的植被体；所述第三支撑杆133的合适高度位置安装有供风机12，并使其高度匹配于植被体，以模拟野外边坡的风载状况。通过上述的供风系统能够根据实际需要对供风机12的位置进行调节，调节过程中，只需要沿着第二圆环形滑轨902调节第三支撑杆133的位置即可。

实施例2：

采用所述评测边坡植被体稳定性的仿真模型进行边坡植被体稳定性评测的方法，它包括以下步骤：

第一步，针对某野外边坡，实地调查其土壤、植被体和边坡坡度实际条件；收集当地气象气候资料，重点掌握降雨和风载自然信息；

第二步，根据所调查的土壤状况，在边坡系统的种植槽5中回填对应土壤；根据所调查的边坡坡度状况，调整边坡系统中电动推杆4的竖向高度，使种植槽5坡度与野外边坡坡度相一致；

第三步，根据所调查的植被体状况，基于相似理论，在边坡系统的种植槽5中栽种对应的苗木14；仿真模型植被体的株高、冠幅、盖度、郁闭度、覆盖率及根系植入土体深度性状，通过适当控制措施处理后，使其与野外边坡植被体无限相接近；

第四步，定义降雨、风载作用对边坡植被体稳定性的破坏标准，分为倾斜、断折、倾覆三类现象；倾斜：植株倾斜，但根系仍深埋在边坡土壤中，苗木14可继续生长；断折：植株主干折断，苗木14生长严重受限；倾覆：植株连根拔起，苗木14无法继续生长；

第五步，调整输水管6竖向高度，使其与植被体的高度相匹配，且确保降雨面完全覆盖其下的种植槽5；调整第一支撑杆131、第二支撑杆132、第三支撑杆132的高度，使第一摄像仪101、第二摄像仪102、第一风速仪111、第二风速仪112和供风机12的高度均匹配于植被体，且第一摄像仪101和第二摄像仪102水平布设方位成90°方位角正交；

第六步，将降雨系统与水源接通，模拟自然降雨，流量计7记录降雨模拟信息；打开供风机12，对边坡系统供风，第一摄像仪101和第二摄像仪102各自记录仿真模型植被体破坏情况，第一风速仪111和第二风速仪112各自记录对应风载模拟信息；

第七步，将所记录的降雨、风载模拟信息同当地所收集的降雨、风载自然信息对比分析，分析评测野外边坡植被体的稳定性；

第八步，根据评测结果，人工调控野外边坡植被体的株高、冠幅、盖度、郁闭度、覆盖率、根系植入土体深度性状，以减少失稳破坏灾害。

Claims (10)

1.一种评测边坡植被体稳定性的仿真模型，其特征在于：它包括用于对整个仿真模型进行支撑的支撑系统，所述支撑系统的顶部设置有用于模拟边坡环境的边坡系统，所述边坡系统的正上方设置有用于模拟降雨环境的降雨系统，所述边坡系统的外围设置有用于记录边坡植被体在降雨、风载作用下破坏情况的评测系统，所述边坡系统、降雨系统和评测系统与用于提供风载的供风系统配合相连。

2.根据权利要求1所述一种评测边坡植被体稳定性的仿真模型，其特征在于：所述支撑系统包括底板（3），所述底板（3）的底部通过多个第一连杆（21）支撑安装有万向轮（1）；所述底板（3）采用轻质刚性材料制成，呈圆形薄板状；所述万向轮（1）采用带有限位器的万向脚轮，并能够根据实际需求将整个仿真模型固定在任意位置。

3.根据权利要求1所述一种评测边坡植被体稳定性的仿真模型，其特征在于：所述边坡系统包括种植槽（5），所述种植槽（5）的底部一侧通过第二连杆（22）支撑在底板（3）上，所述种植槽（5）的底部另一侧通过电动推杆（4）支撑在底板（3）上；所述电动推杆（4）采用多层套筒内外套接而成，其竖向高度可调，并能通过调节其高度来调整种植槽（5）的坡度，以模拟不同坡度的边坡。

4.根据权利要求3所述一种评测边坡植被体稳定性的仿真模型，其特征在于：所述种植槽（5）内部回填有土壤，并栽种不同种类的苗木（14）来模拟野外边坡植被体。

5.根据权利要求1所述一种评测边坡植被体稳定性的仿真模型，其特征在于：所述降雨系统包括输水管（6），所述输水管（6）固定在支撑系统的底板（3）上，所述输水管（6）采用刚性管材制成，呈倒置L型结构；所述输水管（6）的底端与外接水源相连，顶端向下弯折；在输水管（6）顶端末梢安装有用于洒水的花洒（8）；在输水管（6）上安装有用于控制水量的流量计（7）。

6.根据权利要求5所述一种评测边坡植被体稳定性的仿真模型，其特征在于：所述输水管（6）和花洒（8）的数量根据边坡系统的种植槽（5）的上表面积确定，应确保所有花洒（8）形成的降雨面完全覆盖其下方的种植槽（5）；所述输水管（6）的竖向高度可调，以适应不同高度的植被体。

7.根据权利要求1所述一种评测边坡植被体稳定性的仿真模型，其特征在于：所述评测系统包括第一圆环形滑轨（901），所述第一圆环形滑轨（901）固定在支撑系统的底板（3）上，并环绕在边坡系统的外围，所述第一圆环形滑轨（901）上滑动安装有第一支撑杆（131）和第二支撑杆（132），所述第一支撑杆（131）和第二支撑杆（132）采用高度可调的伸缩杆，以适应不同高度的植被体；所述第一支撑杆（131）的不同高度处分别固定有第一摄像仪（101）和第一风速仪（111）；所述第二支撑杆（132）的不同高度处分别固定有第二摄像仪（102）和第二风速仪（112）。

8.根据权利要求7所述一种评测边坡植被体稳定性的仿真模型，其特征在于：所述第一摄像仪（101）与第二摄影仪（102）呈90°相位角正交布置，并各自记录植被体在降雨、风载作用下的破坏情况；基于现场实况，将植被体的失稳破坏分为倾斜、断折和倾覆三类现象；第一风速仪（111）和第二风速仪（112）各自记录供风系统所提供的风载情况或边坡系统所承载的风载情况，包括风速、风向。

9.根据权利要求1所述一种评测边坡植被体稳定性的仿真模型，其特征在于：所述供风系统包括第二圆环形滑轨（902），所述第二圆环形滑轨（902）固定在支撑系统的底板（3）上，并环绕在评测系统的外围；所述第二圆环形滑轨（902）上滑动安装有第三支撑杆（133），所述第三支撑杆（133）采用高度可调的伸缩杆，以适应不同高度的植被体；所述第三支撑杆（133）的合适高度位置安装有供风机（12），并使其高度匹配于植被体，以模拟野外边坡的风载状况。

10.采用权利要求1-9任意一项所述评测边坡植被体稳定性的仿真模型进行边坡植被体稳定性评测的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

第一步，针对某野外边坡，实地调查其土壤、植被体和边坡坡度实际条件；收集当地气象气候资料，重点掌握降雨和风载自然信息；

第二步，根据所调查的土壤状况，在边坡系统的种植槽（5）中回填对应土壤；根据所调查的边坡坡度状况，调整边坡系统中电动推杆（4）的竖向高度，使种植槽（5）坡度与野外边坡坡度相一致；

第三步，根据所调查的植被体状况，基于相似理论，在边坡系统的种植槽（5）中栽种对应的苗木（14）；仿真模型植被体的株高、冠幅、盖度、郁闭度、覆盖率及根系植入土体深度性状，通过适当控制措施处理后，使其与野外边坡植被体无限相接近；

第四步，定义降雨、风载作用对边坡植被体稳定性的破坏标准，分为倾斜、断折、倾覆三类现象；倾斜：植株倾斜，但根系仍深埋在边坡土壤中，苗木（14）可继续生长；断折：植株主干折断，苗木（14）生长严重受限；倾覆：植株连根拔起，苗木（14）无法继续生长；

第五步，调整输水管（6）竖向高度，使其与植被体的高度相匹配，且确保降雨面完全覆盖其下的种植槽（5）；调整第一支撑杆（131）、第二支撑杆（132）、第三支撑杆（132）的高度，使第一摄像仪（101）、第二摄像仪（102）、第一风速仪（111）、第二风速仪（112）和供风机（12）的高度均匹配于植被体，且第一摄像仪（101）和第二摄像仪（102）水平布设方位成90°方位角正交；

第六步，将降雨系统与水源接通，模拟自然降雨，流量计（7）记录降雨模拟信息；打开供风机（12），对边坡系统供风，第一摄像仪（101）和第二摄像仪（102）各自记录仿真模型植被体破坏情况，第一风速仪（111）和第二风速仪（112）各自记录对应风载模拟信息；

第七步，将所记录的降雨、风载模拟信息同当地所收集的降雨、风载自然信息对比分析，分析评测野外边坡植被体的稳定性；

第八步，根据评测结果，人工调控野外边坡植被体的株高、冠幅、盖度、郁闭度、覆盖率、根系植入土体深度性状，以减少失稳破坏灾害。

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