CN112782387A - 多工况耦合滑坡模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多工况耦合滑坡模型试验装置，包括模型框架组件、降雨模拟组件、水流冲刷组件和升降组件；模型框架组件用于堆砌试样土坡，同时可模拟库水位升降状况，降雨模拟组件设置在模型框架组件的上方，用于模拟不同的降雨强度，水流冲刷组件向模型框架组件内的试样土坡提供冲刷水流和蓄水水位，升降组件驱动模型框架组件的一端升降而调整倾斜角度。本发明通过调整夹板的搭配以及各组件的使用，模拟降雨、库水位升降以及水流冲刷等工况对边坡稳定性的影响，从而对不同工况耦合作用下边坡失稳的动态演化过程进行跟踪、分析和研究，获取不同影响因素下边坡破坏的试验现象，为研究边坡不同的失稳机理提供了试验可能。

Description

多工况耦合滑坡模型试验装置

技术领域

本发明涉及边坡工程试验技术领域，特别涉及一种多工况耦合滑坡模型试验装置。

背景技术

滑坡是斜坡上的岩土体在受到不良条件影响下，沿着滑动面滑移的一种地质现象，由于突发性强，危害性大，严重威胁山区人民群众的生命财产安全，是一种不可小觑的自然灾害。大多数的滑坡都直接或间接与水有关联，俗话称“十滑九水”，水对边坡的影响主要表现在降雨的渗入，地下水的侵蚀，库水位升降以及水流对坡脚的冲刷等等。因此，通过试验去探究水对边坡稳定性的影响，具有非常重要的意义。

在已有的装置设计中，有很多模拟水对边坡影响的试验装置，包括模拟不同降雨强度下边坡失稳的试验装置，以及模拟库水位变化下边坡失稳的试验装置等。这些模型装置的尺寸大，有效降低了装置边界对试验的影响；水量控制精确，能很好地模拟不同降雨强度。但是这些装置模拟的工况相对单一，难以进行多种工况及不同工况耦合作用下的滑坡模拟试验，因此不能更真实地模拟实际环境。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种能模拟水流冲刷、库水位升降及降雨作用的滑坡模型试验装置，上述试验装置可以进行多种工况组合下的滑坡模拟试验，从而对滑坡失稳的动态演化过程进行跟踪、分析及研究，为边坡失稳机理的研究提供技术支持。

为了达到上述目的，本发明提供了一种多工况耦合滑坡模型试验装置，包括模型框架组件、降雨模拟组件、水流冲刷组件和升降组件；所述模型框架组件用于堆砌试样土坡，同时可模拟库水位升降状况，所述降雨模拟组件设置在所述模型框架组件的上方，用于模拟不同的降雨强度，所述水流冲刷组件向所述模型框架组件内的试样土坡提供冲刷水流和蓄水水位，所述升降组件驱动所述模型框架组件的一端升降而调整倾斜角度。

进一步地，所述模型框架组件包括钢架，所述钢架的底端设置底板、侧壁上设置侧板形成盒型结构，所述钢架的内部设置有夹板卡槽，所述夹板卡槽内可选择设置夹板，使所述盒型结构内部形成间隔。

进一步地，所述钢架的各部分通过焊接方式连接，所述底板为不锈钢材质，与所述钢架焊接连接，所述底板上还设置有一模板，所述模板用于增加底面的摩擦系数，所述侧板为有机玻璃材质，用环氧树脂粘结在所述钢架内侧面，所述夹板卡槽与所述夹板的连接处设置有橡胶密封条。

进一步地，所述钢架的主槽体为长方体，中部向长边两侧延伸出两个副槽体，所述副槽体的侧壁上开设有圆孔，所述圆孔上设置孔塞，所述夹板卡槽包括成对设置的第一夹板卡槽、第二夹板卡槽、第三夹板卡槽以及第四夹板卡槽，所述第一夹板卡槽设置在两所述副槽体的最外侧侧壁上，所述第二夹板卡槽设置在所述主槽体与两所述副槽体的交界处，同时位于所述主槽体内，所述第三夹板卡槽和所述第四夹板卡槽设置在所述主槽体与两所述副槽体的交界处，分别位于两所述副槽体内，所述夹板包括与所述夹板卡槽对应的第一夹板、第二夹板、第三夹板和第四夹板，所述第一夹板和所述第二夹板上均设置有水位线刻度尺，所述第二夹板上开设有排水孔，所述排水孔上设置排水阀。

进一步地，所述水流冲刷系统包括设置在所述主槽体外部的水箱以及供水泵，所述供水泵与所述水箱通过水管连接，同时所述供水泵设置有一喷水管，所述喷水管模拟库水位升降时，延伸至所述主槽体内，在坡体前缘注水，所述喷水管模拟水流冲刷时，放置在一侧的所述副槽体底部，对坡底进行冲刷，通过调节所述供水泵的泵压大小、以及所述喷水管的角度来控制模拟水流的状态。

进一步地，所述降雨模拟组件包括多个喷头，所述喷头沿所述主槽体的长度方向设置，安装在支撑架上，通过水管与泵连接，同时配置有调节阀门，所述喷头通过所述调节阀门控制水量大小。

进一步地，所述喷头沿所述主槽体的长度方向悬挂设置两排，每排设置两个所述喷头。

进一步地，所述升降组件包括设置在所述主槽体前端的铰接座、设置在所述主槽体后端的吊环、以及设置在所述支撑架上的吊葫芦，所述吊葫芦与所述吊环吊接。

进一步地，所述主槽体可调节的最大角度为20°，当所述吊葫芦不受力时，所述主槽体保持水平。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明提供的多工况耦合滑坡模型试验装置，包括模型框架组件、降雨模拟组件、水流冲刷组件和升降组件，通过调整夹板的搭配以及各组件的使用，模拟降雨、库水位升降以及水流冲刷等工况对边坡稳定性的影响，从而对不同工况耦合作用下边坡失稳的动态演化过程进行跟踪、分析和研究，获取不同影响因素下边坡破坏的试验现象，为研究边坡不同的失稳机理提供了试验可能。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的铰接座示意图。

【附图标记说明】

1-试样土坡；2-钢架；3-底板；4-侧板；5-主槽体；6-副槽体；7-圆孔；8-第一夹板卡槽；9-第二夹板卡槽；10-第三夹板卡槽；11-第四夹板卡槽；12-水箱；13-供水泵；14-喷水管；15-调整支架；16-喷头；17-支撑架；18-铰接座；19-吊葫芦。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。另外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种多工况耦合滑坡模型试验装置，设置有模型框架组件、降雨模拟组件、水流冲刷组件和升降组件。其中模型框架组件用于堆砌试样土坡，同时形成储水槽以模拟库水位升降状况，降雨模拟组件设置在模型框架组件的上方，用于模拟不同的降雨强度，水流冲刷组件向模型框架组件内的试样土坡提供冲刷水流，用于模拟实际水流冲刷坡体的效果，升降组件驱动模型框架组件的一端升降而调整试样土坡1的倾斜角度。上述库水位升降、降雨作用和水流冲刷的工况可以任意组合，以进行多工况耦合作用下的滑坡模拟试验，真实地模拟实际环境。

其中，模型框架组件包括钢架2，钢架2的底端设置底板3、侧壁上设置侧板4形成盒型结构。同时，钢架2的内部设置有夹板卡槽，夹板卡槽内可选择设置夹板，使盒型结构内部形成间隔，以控制试样土坡1的堆砌形状、库水位储水槽大小等。

具体地，钢架2的各部分型材通过焊接方式连接，底板为不锈钢材质，与钢架2焊接连接，同时底板3上还设置有一模板，其用于增加底面的摩擦系数，使试样土坡1堆砌在模板上时底端不易发生滑动。侧板4为有机玻璃材质便于观察，用环氧树脂粘结在钢架2内侧面而防止漏水。另外，夹板卡槽内设置有橡胶密封条，当夹板卡入夹板卡槽时通过橡胶密封条同样产生水密性。

其中，钢架2的主槽体5为长方体，长宽高分别为2.4×1.2×1.2m，主槽体5的中部向长边两侧延伸出两个副槽体6，其侧壁位于主槽体5长度的两个三等分处，长宽高分别为0.8×0.5×1.2m。副槽体6的侧壁上开设有圆孔7，圆孔7半径为5cm，同时设置有孔塞，用于试验过程中的排水，与降雨模拟组件、水流冲刷组件的供水相抵消。夹板卡槽包括成对设置的第一夹板卡槽8、第二夹板卡槽9、第三夹板卡槽10以及第四夹板卡槽11，第一夹板卡槽8设置在两副槽体6的最外侧侧壁上，第二夹板卡槽9设置在主槽体5与两副槽体6的交界处，同时位于主槽体5内，第三夹板卡槽10和第四夹板卡槽11设置在主槽体5与两副槽体6的交界处，分别位于两副槽体6内。夹板包括与夹板卡槽对应的第一夹板、第二夹板、第三夹板和第四夹板(图上未示出)，第一夹板和第二夹板上均设置有水位线刻度尺，第二夹板上开设有排水孔，排水孔上设置排水阀，其中第一夹板不会与第三夹板、第四夹板同时使用。

试样土坡1主要堆砌在主槽体5的后部分，当模拟库水位升降时，安装第二夹板、第三夹板和第四夹板，通过水流冲刷组件向主槽体5与第二夹板、第三夹板和第四夹板围成的槽内供水，使水位上升至试验所需位置，观测试样土坡1的滑坡现象；通过第二夹板上的水位线刻度尺读数，需要降低水位时，打开第二夹板上的排水阀排水。当模拟水流冲刷时，仅安装第一夹板或第二夹板，试样土坡1堆砌至前侧与夹板有一定距离，两侧可延伸至副槽体6一定距离，打开副槽体6侧壁上的圆孔7排水，通过水流冲刷系统对试样土坡1的坡底提供冲刷水流，设置第一夹板的目的主要是调整过水通道大小，增加水流速度。另外，降雨模拟组件设置在主槽体5的后部分正上方，降雨作用的工况可直接与上述库水位升降工况或水流冲刷工况耦合。

在本实施例中，水流冲刷系统包括设置在主槽体5外部的水箱12以及供水泵13，供水泵13与水箱12通过水管连接，同时供水泵13设置有一喷水管14，模拟库水位升降时，喷水管14延伸至主槽体5内，在坡体前缘注水，模拟水流冲刷时，喷水管14放置在左侧副槽体6底部，对坡底进行冲刷。可设置调整支架15等结构支撑喷水管14的出水端。通过调节供水泵13的泵压大小、以及喷水管14的角度来控制水流冲刷试样土坡1的状态，且调节方便。

在本实施例中，降雨模拟组件包括多个喷头16，喷头16沿主槽体5的长度方向设置，安装在支撑架17上，使其能悬挂于主槽体5的正上方。喷头16通过水管与泵连接，同时配置有调节阀门，通过调节阀门控制水量大小，模拟不同程度的降雨状况。在本实施例中，喷头16沿主槽体5长度方向分两排布置，两排间距可为0.6m，每排安装两个喷头16，间距为1m，喷头16的设置高度为2.2m。

由于在部分工况以及对应参数下试样土坡1可能并不会发生滑坡现象，为使滑坡现象产生以更好地观测试验结果，本实施例中还设置有升降组件。具体地，升降组件将包括设置在主槽体5前端的铰接座18(如图2所示)、设置在主槽体5后端的吊环、以及设置在支撑架17上的吊葫芦19，吊葫芦19与吊环吊接，通过吊葫芦19将主槽体5的后端起吊抬升，使后端绕铰接的前端旋转、产生最大20°的倾斜，确保滑坡现象能发生并进行观测(当包含库水位升降的工况时通常无需倾斜)。而吊葫芦不受力时，主槽体5保持水平放置状态，试样土坡可为水平状态，也可具有自身的倾斜角度。

综上所述，本发明的上述实施例提供的多工况耦合滑坡模型试验装置可以通过调整夹板的搭配以及各组件的使用，模拟降雨、库水位升降以及水流冲刷等工况对边坡稳定性的影响，从而对不同工况耦合作用下边坡失稳的动态演化过程进行跟踪、分析和研究，获取不同影响因素下边坡破坏的试验现象，为研究边坡不同的失稳机理提供了试验可能。

以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，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)

1.一种多工况耦合滑坡模型试验装置，其特征在于，包括模型框架组件、降雨模拟组件、水流冲刷组件和升降组件；所述模型框架组件用于堆砌试样土坡，同时可模拟库水位升降状况，所述降雨模拟组件设置在所述模型框架组件的上方，用于模拟不同的降雨强度，所述水流冲刷组件向所述模型框架组件内的试样土坡提供冲刷水流和蓄水水位，所述升降组件驱动所述模型框架组件的一端升降而调整倾斜角度。

2.根据权利要求1所述的多工况耦合滑坡模型试验装置，其特征在于，所述模型框架组件包括钢架，所述钢架的底端设置底板、侧壁上设置侧板形成盒型结构，所述钢架的内部设置有夹板卡槽，所述夹板卡槽内可选择设置夹板，使所述盒型结构内部形成间隔。

3.根据权利要求2所述的多工况耦合滑坡模型试验装置，其特征在于，所述钢架的各部分通过焊接方式连接，所述底板为不锈钢材质，与所述钢架焊接连接，所述底板上还设置有一模板，所述模板用于增加底面的摩擦系数，所述侧板为有机玻璃材质，用环氧树脂粘结在所述钢架内侧面，所述夹板卡槽与所述夹板的连接处设置有橡胶密封条。

4.根据权利要求3所述的多工况耦合滑坡模型试验装置，其特征在于，所述钢架的主槽体为长方体，中部向长边两侧延伸出两个副槽体，所述副槽体的侧壁上开设有圆孔，所述圆孔上设置孔塞，所述夹板卡槽包括成对设置的第一夹板卡槽、第二夹板卡槽、第三夹板卡槽以及第四夹板卡槽，所述第一夹板卡槽设置在两所述副槽体的最外侧侧壁上，所述第二夹板卡槽设置在所述主槽体与两所述副槽体的交界处，同时位于所述主槽体内，所述第三夹板卡槽和所述第四夹板卡槽设置在所述主槽体与两所述副槽体的交界处，分别位于两所述副槽体内，所述夹板包括与所述夹板卡槽对应的第一夹板、第二夹板、第三夹板和第四夹板，所述第一夹板和所述第二夹板上均设置有水位线刻度尺，所述第二夹板上开设有排水孔，所述排水孔上设置排水阀。

5.根据权利要求4所述的多工况耦合滑坡模型试验装置，其特征在于，所述水流冲刷系统包括设置在所述主槽体外部的水箱以及供水泵，所述供水泵与所述水箱通过水管连接，同时所述供水泵设置有一喷水管，所述喷水管模拟库水位升降时，延伸至所述主槽体内，在坡体前缘注水，所述喷水管模拟水流冲刷时，放置在一侧的所述副槽体底部，对坡底进行冲刷，通过调节所述供水泵的泵压大小、以及所述喷水管的角度来控制模拟水流的状态。

6.根据权利要求4所述的多工况耦合滑坡模型试验装置，其特征在于，所述降雨模拟组件包括多个喷头，所述喷头沿所述主槽体的长度方向设置，安装在支撑架上，通过水管与泵连接，同时配置有调节阀门，所述喷头通过所述调节阀门控制水量大小。

7.根据权利要求6所述的多工况耦合滑坡模型试验装置，其特征在于，所述喷头沿所述主槽体的长度方向悬挂设置两排，每排设置两个所述喷头。

8.根据权利要求6所述的多工况耦合滑坡模型试验装置，其特征在于，所述升降组件包括设置在所述主槽体前端的铰接座、设置在所述主槽体后端的吊环、以及设置在所述支撑架上的吊葫芦，所述吊葫芦与所述吊环吊接。

9.根据权利要求8所述的多工况耦合滑坡模型试验装置，其特征在于，所述主槽体可调节的最大角度为20°，当所述吊葫芦不受力时，所述主槽体保持水平。

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