CN115184582A - 一种水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置，包括坡模拟机构、降雨模拟机构、库水位升降模拟机构及鼓风机；本发明的有益效果是：通过降雨模拟机构用于向滑坡体上方喷水，以模拟降雨过程，通过库水位升降模拟机构改变所述前坡体容器及所述后坡体容器内的水面高度，从而模拟库水位升降过程，通过鼓风机向所述前坡体容器及所述后坡体容器内的滑坡体鼓风，从而模拟风蚀作用，一段时间后，测量滑坡体的滑坡位移量；之后，改变推动驱动件的推力大小、前坡体容器及后坡体容器的倾角、降雨量的大小、水位升降幅度及频率、风力强度等因素中的至少一个因素，再重复上述步骤，从而得到水位升降、风浪等因素对水库边坡的滑坡的影响。
Description
技术领域
本发明涉及滑坡模拟技术领域，尤其是涉及一种水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置。
背景技术
岩土滑坡是指岩石边坡内的岩体在重力作用下，沿岩体的软弱结构面产生的整体滑动。
在滑坡模型试验中，滑坡物理模型大多设计为通过在单一侵蚀作用下对滑坡形成及变形过程的研究(如申请号为CN201420834983.4的中国实用新型专利)，而对于一些地区出现的多种侵蚀作用共同作用下的研究中没有合适的物理实验模型。
具体来说，对于类似三峡库区周围的边坡，其长期受到水位升降变化、波浪冲刷侵蚀等原因引发的岩土滑坡的产生及变化。据不完全统计每年在三峡库区发生的滑坡次数少则几十次多则达到数百次，这与三峡本身所处的地质环境及岩土组成密切相关，因此研究岩土滑坡的演化机制与变形破坏机理将具有重大的社会以及经济意义。
因此，水库边坡的滑坡受到水位升降、风浪等因素的影响，然而现有的滑坡模拟装置未考虑水位升降、风浪等因素的影响，因此，现有的滑坡模拟装置需要进行改进以适应水库边坡的滑坡研究。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置，用以研究水位升降、风浪等因素对水库边坡的滑坡的影响。
为了实现上述目的，本发明提供了一种水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置，包括滑坡模拟机构、降雨模拟机构、库水位升降模拟机构及鼓风机；
所述滑坡模拟机构包括前坡体容器、后坡体容器、支撑组件及加载件，所述前坡体容器的后端与所述后坡体容器的前端相互连通并密封连接，所述支撑组件与所述前坡体容器及所述后坡体容器均连接、并用于调节所述前坡体容器及所述后坡体容器的倾角，所述加载件包括推板及推动驱动件，所述推板设置于所述后坡体容器内，所述推动驱动件与所述推板连接、并用于驱动所述推板移动；
所述降雨模拟机构用于向所述前坡体容器及所述后坡体容器上方喷水；
所述库水位升降模拟机构用于控制所述前坡体容器及所述后坡体容器内的水面高度；
所述鼓风机用于向所述前坡体容器及所述后坡体容器内的滑坡体鼓风。
在一些实施例中，所述前坡体容器包括第一底板、两个第一侧板及升降板，两个所述第一侧板分别固定于所述第一底板的左侧边缘及右侧边缘上，所述升降板与两个所述第一侧板均滑动密封连接、并可沿上下方向滑动，所述后坡体容器包括第二底板及两个第二侧板，所述第二底板的前端与所述第一底板的后端铰接，两个所述第二侧板分别固定于所述第二底板的左侧边缘及右侧边缘上，两个所述第二侧板分别与两个所述第一侧板滑动密封连接，所述支撑组件与所述第一底板及所述第二底板均连接、并用于调节所述第一底板及所述第二底板的倾角。
在一些实施例中，两个所述第一侧板上均开设有第一卡槽，所述升降板的左右两端分别滑动密封设置于两个所述第一侧板的第一卡槽内。
在一些实施例中，所述支撑组件包括支撑座、第一千斤顶及第二千斤顶，所述第二底板与所述第一底板的铰接处放置于所述支撑座上，所述第一千斤顶的活动端与所述第一底板抵接，所述第二千斤顶的活动端与所述第二底板抵接。
在一些实施例中，所述推动驱动件包括推力气缸、压力传感器及推杆，所述推力气缸的输出轴与所述压力传感器的一端连接，所述压力传感器的另一端与所述推杆的一端连接，所述推杆的另一端与所述推板连接。
在一些实施例中，所述降雨模拟机构包括水槽、抽水泵及喷水组件，所述抽水泵的进口与所述水槽连通，所述喷水组件包括分流水管、布水容器及若干个橡胶漏斗，所述分流水管的一端与所述抽水泵的出口连通，所述分流水管的另一端与所述布水容器连通，所述布水容器的下端面上均匀开设有若干个出水口，各个所述橡胶漏斗的进口端分别一一套设于所述出水口上。
在一些实施例中，所述库水位升降模拟机构包括进水泵、进水管、出水泵及出水管，所述进水泵的进口与所述水槽连通，所述进水泵的出口与所述进水管的一端连通，所述进水管的另一端与所述前坡体容器或后坡体容器连通，所述出水泵的出口与所述水槽连通，所述出水泵的进口与所述出水管的一端连通，所述出水管的另一端与所述前坡体容器或后坡体容器连通。
在一些实施例中，所述库水位升降模拟机构还包括水压测量仪，所述水压测量仪设置于所述前坡体容器内、并用于测量其所在位置处的水压大小。
在一些实施例中，所述水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置还包括摄像件，所述摄像件用于对所述前坡体容器及所述后坡体容器内的滑坡体进行摄像。
在一些实施例中，所述水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置还包括定位板，所述定位板上开设有若干个定位孔，所述定位板由透明材料制成，所述定位板可拆卸连接于所述后坡体容器上、并位于所述滑坡体的上方。
与现有技术相比，本发明提出的技术方案的有益效果是：在使用时，将滑坡体放置在前坡体容器及后坡体容器上，通过推动驱动件驱动推板向下移动，并与滑坡体抵接，从而对滑坡体施加一个向下的推力，以模拟实际滑坡过程中，滑坡体所受到的上覆地层的压力，通过降雨模拟机构用于向滑坡体上方喷水，以模拟降雨过程，通过库水位升降模拟机构改变所述前坡体容器及所述后坡体容器内的水面高度，从而模拟库水位升降过程，通过鼓风机向所述前坡体容器及所述后坡体容器内的滑坡体鼓风，从而模拟风蚀作用，一段时间后，测量滑坡体的滑坡位移量；之后，改变推动驱动件的推力大小、前坡体容器及后坡体容器的倾角、降雨量的大小、水位升降幅度及频率、风力强度等因素中的至少一个因素，再重复上述步骤，从而得到水位升降、风浪等因素对水库边坡的滑坡的影响。
附图说明
图1是本发明提供的水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置的一实施例的结构示意图；
图2是图1中的滑坡模拟机构的结构示意图；
图3是图1中的滑坡模拟机构及降雨模拟机构的立体结构示意图；
图4是图3中的分流水管的结构示意图；
图5是图1中的鼓风机及摄像件的立体结构示意图；
图6是图1中的定位板的结构示意图；
图中：1-滑坡模拟机构、11-前坡体容器、111-第一底板、112-第一侧板、113-升降板、12-后坡体容器、121-第二底板、122-第二侧板、13-支撑组件、131-支撑座、132-第一千斤顶、133-第二千斤顶、14-加载件、141-推板、142-推动驱动件、1421-推力气缸、1422-压力传感器、1423-推杆、2-降雨模拟机构、21-水槽、22-抽水泵、23-喷水组件、231-分流水管、232-布水容器、233-橡胶漏斗、3-库水位升降模拟机构、31-进水泵、32-进水管、33-出水泵、34-出水管、35-水压测量仪、4-鼓风机、5-滑坡体、6-摄像件、7-定位板、71-定位孔。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
为了便于描述，本申请中，将滑坡体5的移动方向定义为正前方。
请参照图1-图3，本发明提供了一种水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置，包括滑坡模拟机构1、降雨模拟机构2、库水位升降模拟机构3及鼓风机4。
所述滑坡模拟机构1包括前坡体容器11、后坡体容器12、支撑组件13及加载件14，所述前坡体容器11的后端与所述后坡体容器12的前端相互连通并密封连接，之所以设置前坡体容器11及后坡体容器12，是因为边坡环境通常包括较为平缓的坡底段及较为陡峭的坡面段，前坡体容器11用于模拟坡底段，后坡体容器12用于模拟坡面段，所述支撑组件13与所述前坡体容器11及所述后坡体容器12均连接、并用于调节所述前坡体容器11及所述后坡体容器12的倾角，所述加载件14包括推板141及推动驱动件142，所述推板141设置于所述后坡体容器12内，所述推动驱动件142与所述推板141连接、并用于驱动所述推板141移动，推板141用于与滑坡体5(由砂砾等构成)抵接，从而可在滑坡体5上施加一个向下的推力，以模拟实际滑坡过程中，滑坡体所受到的上覆地层的压力。
所述降雨模拟机构2用于向所述前坡体容器11及所述后坡体容器12上方喷水，从而模拟降雨过程。
所述库水位升降模拟机构3用于控制所述前坡体容器11及所述后坡体容器12内的水面高度，从而模拟库水位升降过程。
所述鼓风机4用于向所述前坡体容器11及所述后坡体容器12内的滑坡体5鼓风，从而模拟风蚀作用。
在使用时，将滑坡体5放置在前坡体容器11及后坡体容器12上，通过推动驱动件142驱动推板141向下移动，并与滑坡体5抵接，其目的在于作用于推板141上的推力可以更均匀的作用在滑坡体5上以模拟实际滑坡过程中，滑坡体5所受到的上覆地层的压力，通过降雨模拟机构2向滑坡体5上方喷水，以模拟降雨过程，通过库水位升降模拟机构3改变所述前坡体容器11及所述后坡体容器12内的水面高度，从而模拟库水位升降过程，通过鼓风机4向所述前坡体容器11及所述后坡体容器12内的滑坡体5鼓风，从而模拟风蚀作用，一段时间后，测量滑坡体5的滑坡位移量；之后，改变推动驱动件142的推力大小、前坡体容器11及后坡体容器12的倾角、降雨量的大小、水位升降幅度及频率、风力强度等因素中的至少一个因素，再重复上述步骤，从而得到水位升降、风浪等因素对水库边坡的滑坡的影响。
为了具体实现前坡体容器11及后坡体容器12的功能，请参照图1-图3，在一优选的实施例中，所述前坡体容器11包括第一底板111、两个第一侧板112及升降板113，两个所述第一侧板112分别固定于所述第一底板111的左侧边缘及右侧边缘上，所述升降板113与两个所述第一侧板112均滑动密封连接、并可沿上下方向滑动，所述后坡体容器12包括第二底板121及两个第二侧板122，所述第二底板121的前端与所述第一底板111的后端铰接，两个所述第二侧板122分别固定于所述第二底板121的左侧边缘及右侧边缘上，两个所述第二侧板122分别与两个所述第一侧板112滑动密封连接，具体地，两个所述第二侧板122分别滑动设置于两个第一侧板112的内侧壁上，且二者之间有橡胶密封条进行密封，所述支撑组件13与所述第一底板111及所述第二底板121均连接、并用于调节所述第一底板111及所述第二底板121的倾角。在使用时，升降板113的高度可以调节，具体来说，实验过程中，将升降板113的高度调节到略高于水面的位置，这样，升降板113就不会阻挡鼓风机4鼓出的风，从而使风可以作用于滑坡体5及水面上，从而提高了实验结果的准确性。
为了具体实现升降板113的功能，请参照图1-图3，在一优选的实施例中，两个所述第一侧板112上均开设有第一卡槽，所述升降板113的左右两端分别滑动密封设置于两个所述第一侧板112的第一卡槽内，同时，第一底板111上也开设有穿孔，穿孔的尺寸与升降板113相适应，且二者之间密封连接，从而可以在升降板113上下移动过程中，防止漏水。
为了便于调节前坡体容器11及后坡体容器12的倾角，请参照图1-图3，在一优选的实施例中，所述支撑组件13包括支撑座131、第一千斤顶132及第二千斤顶133，所述第二底板121与所述第一底板111的铰接处放置于所述支撑座131上，所述第一千斤顶132的活动端与所述第一底板111抵接，所述第二千斤顶133的活动端与所述第二底板121抵接，在使用时，通过调节第一千斤顶132的长度，可改变第一底板111的倾角，从而调节前坡体容器11的倾角，通过调节第二千斤顶133的长度，可改变第二底板121的倾角，从而调节后坡体容器12的倾角。
为了具体实现推动驱动件142的功能，请参照图1-图3，在一优选的实施例中，所述推动驱动件142包括推力气缸1421、压力传感器1422及推杆1423，所述推力气缸1421的输出轴与所述压力传感器1422的一端连接，所述压力传感器1422的另一端与所述推杆1423的一端连接，所述推杆1423的另一端与所述推板141连接，在使用时，可通过推力气缸1421输出推力，通过压力传感器1422检测输出的推力的大小。
为了具体实现降雨模拟机构2的功能，请参照图1-图4，在一优选的实施例中，所述降雨模拟机构2包括水槽21、抽水泵22及喷水组件23，所述抽水泵22的进口与所述水槽21连通，所述喷水组件23包括分流水管231、布水容器232及若干个橡胶漏斗233，所述分流水管231的一端与所述抽水泵22的出口连通，所述分流水管231的另一端与所述布水容器232连通，所述布水容器232的下端面上均匀开设有若干个出水口，各个所述橡胶漏斗233的进口端分别一一套设于所述出水口上，在使用时，在布水容器232的内部装有3个方向的分流水管231，分流水管231的作用在于使水更加均匀的分布到布水容器232的底部。橡胶漏斗233呈锥形，出口端孔径较小，其作用在于，减缓出水流速，使布水容器232内可保持一定高度的水，从而使各个橡胶漏斗233喷出的水更加均匀。其中喷水组件23的大小应该大于滑坡体5，以免出现鼓风机4产生的风对降雨装置降下的水发生偏移使滑坡体5局部受不到降雨的影响。
为了具体实现库水位升降模拟机构3的功能，请参照图1、图2、图3和图5，在一优选的实施例中，所述库水位升降模拟机构3包括进水泵31、进水管32、出水泵33及出水管34，所述进水泵31的进口与所述水槽21连通，所述进水泵31的出口与所述进水管32的一端连通，所述进水管32的另一端与所述前坡体容器11或后坡体容器12连通，所述出水泵33的出口与所述水槽21连通，所述出水泵33的进口与所述出水管34的一端连通，所述出水管34的另一端与所述前坡体容器11或后坡体容器12连通，在使用时，可通过开启进水泵31向前坡体容器11和后坡体容器12内注水，使水位上升，通过开启出水泵33，使水位下降，从而实现库水位升降模拟功能。为防止泥沙堵塞管道，进水管32、出水管34内均设置有过滤网。
为了便于检测实时水位，请参照图1、图2、图3和图6，在一优选的实施例中，所述库水位升降模拟机构3还包括水压测量仪35，所述水压测量仪35设置于所述前坡体容器11内、并用于测量其所在位置处的水压大小，从而通过水压大小换算出实时水位，之所以要通过水压测量仪35测量水位，是因为前坡体容器11和后坡体容器12内的水的来源不仅仅是进水泵31抽上来的水，还有来自降雨模拟机构2流下来的水。而且这样在不影响试验的前提下，可以自由的控制库水位的高度，不会出现因为固定出水口的位置，而只有一个库水位高度的情况。当库水位的水位高度达到试验预期时，出水泵33开始工作，控制水位高度不变。
为了便于实验记录，请参照图1和图5，在一优选的实施例中，所述水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置还包括摄像件6，所述摄像件6用于对所述前坡体容器11及所述后坡体容器12内的滑坡体5进行摄像。本实施例中，摄像件6为高速摄像机，其目的在于，与坡体表面的定位装置相互照应，能够清楚的知道坡体表面的变化情况。
为了便于测量滑坡位移量，请参照图1和图6，在一优选的实施例中，所述水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置还包括定位板7，所述定位板7上开设有若干个定位孔71，所述定位板7由透明材料制成，所述定位板7可拆卸连接于所述后坡体容器12上、并位于所述滑坡体5的上方，在需要测量滑坡位移量时，将定位板7连接于所述后坡体容器12上、并位于所述滑坡体5的上方，观测滑坡体5相对于各个定位孔71的位置，并与前次测量进行对比，从而得到滑坡位移量的大小。
为了更好地理解本发明，以下结合图1-图5来对本发明提供的水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置的工作过程进行详细说明：在使用时，将滑坡体5放置在前坡体容器11及后坡体容器12上，通过推动驱动件142驱动推板141向下移动，并与滑坡体5抵接，从而对滑坡体5施加一个向下的推力，以模拟实际滑坡过程中，滑坡体5所受到的上覆地层的压力，通过降雨模拟机构2向滑坡体5上方喷水，以模拟降雨过程，通过库水位升降模拟机构3改变所述前坡体容器11及所述后坡体容器12内的水面高度，从而模拟库水位升降过程，通过鼓风机4向所述前坡体容器11及所述后坡体容器12内的滑坡体5鼓风，从而模拟风蚀作用，一段时间后，测量滑坡体5的滑坡位移量；之后，改变推动驱动件142的推力大小、前坡体容器11及后坡体容器12的倾角、降雨量的大小、水位升降幅度及频率、风力强度等因素中的至少一个因素，再重复上述步骤，从而得到水位升降、风浪等因素对水库边坡的滑坡的影响。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置，其特征在于，包括滑坡模拟机构、降雨模拟机构、库水位升降模拟机构及鼓风机；
所述滑坡模拟机构包括前坡体容器、后坡体容器、支撑组件及加载件，所述前坡体容器的后端与所述后坡体容器的前端相互连通并密封连接，所述支撑组件与所述前坡体容器及所述后坡体容器均连接、并用于调节所述前坡体容器及所述后坡体容器的倾角，所述加载件包括推板及推动驱动件，所述推板设置于所述后坡体容器内，所述推动驱动件与所述推板连接、并用于驱动所述推板移动；
所述降雨模拟机构用于向所述前坡体容器及所述后坡体容器上方喷水；
所述库水位升降模拟机构用于控制所述前坡体容器及所述后坡体容器内的水面高度；
所述鼓风机用于向所述前坡体容器及所述后坡体容器内的滑坡体鼓风。
2.根据权利要求1所述的水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置，其特征在于，所述前坡体容器包括第一底板、两个第一侧板及升降板，两个所述第一侧板分别固定于所述第一底板的左侧边缘及右侧边缘上，所述升降板与两个所述第一侧板均滑动密封连接、并可沿上下方向滑动，所述后坡体容器包括第二底板及两个第二侧板，所述第二底板的前端与所述第一底板的后端铰接，两个所述第二侧板分别固定于所述第二底板的左侧边缘及右侧边缘上，两个所述第二侧板分别与两个所述第一侧板转动密封连接，所述支撑组件与所述第一底板及所述第二底板均连接、并用于调节所述第一底板及所述第二底板的倾角。
3.根据权利要求2所述的水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置，其特征在于，两个所述第一侧板上均开设有第一卡槽，所述升降板的左右两端分别滑动密封设置于两个所述第一侧板的第一卡槽内。
4.根据权利要求2所述的水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置，其特征在于，所述支撑组件包括支撑座、第一千斤顶及第二千斤顶，所述第二底板与所述第一底板的铰接处放置于所述支撑座上，所述第一千斤顶的活动端与所述第一底板抵接，所述第二千斤顶的活动端与所述第二底板抵接。
5.根据权利要求1所述的水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置，其特征在于，所述推动驱动件包括推力气缸、压力传感器及推杆，所述推力气缸的输出轴与所述压力传感器的一端连接，所述压力传感器的另一端与所述推杆的一端连接，所述推杆的另一端与所述推板连接。
6.根据权利要求1所述的水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置，其特征在于，所述降雨模拟机构包括水槽、抽水泵及喷水组件，所述抽水泵的进口与所述水槽连通，所述喷水组件包括分流水管、布水容器及若干个橡胶漏斗，所述分流水管的一端与所述抽水泵的出口连通，所述分流水管的另一端与所述布水容器连通，所述布水容器的下端面上均匀开设有若干个出水口，各个所述橡胶漏斗的进口端分别一一套设于所述出水口上。
7.根据权利要求6所述的水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置，其特征在于，所述库水位升降模拟机构包括进水泵、进水管、出水泵及出水管，所述进水泵的进口与所述水槽连通，所述进水泵的出口与所述进水管的一端连通，所述进水管的另一端与所述前坡体容器或后坡体容器连通，所述出水泵的出口与所述水槽连通，所述出水泵的进口与所述出水管的一端连通，所述出水管的另一端与所述前坡体容器或后坡体容器连通。
8.根据权利要求7所述的水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置，其特征在于，所述库水位升降模拟机构还包括水压测量仪，所述水压测量仪设置于所述前坡体容器内、并用于测量其所在位置处的水压大小。
9.根据权利要求1所述的水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置，其特征在于，还包括摄像件，所述摄像件用于对所述前坡体容器及所述后坡体容器内的滑坡体进行摄像。
10.根据权利要求9所述的水蚀与风蚀耦合侵蚀作用下的岩土滑坡物理模拟装置，其特征在于，还包括定位板，所述定位板上开设有若干个定位孔，所述定位板由透明材料制成，所述定位板可拆卸连接于所述后坡体容器上、并位于所述滑坡体的上方。
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