CN115492044A - 一种模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法，其特征在于，在长条形的水槽一端放水模拟河道，水槽中部的一侧向外连通设置一个斜向的滑槽，在滑槽上堆土和模拟河道接触形成模拟的岸坡模型，试验时调节模拟河道的水流条件以模拟实际工程河道水流条件；调节模拟的岸坡为不同的坡角大小并分别进行河流侵蚀试验，对试验过程中的岸坡进行跟踪拍摄直至岸坡被冲刷破坏或固定试验时间结束，记录获得不同坡角大小下的岸坡在河道水流冲刷下产生破坏的时间以及所产生的不同的破坏模式。本发明能够更加精确可靠地确定河流侵蚀下土质岸坡稳定程度，以更好地保障河道边岸安全。

Description

一种模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法

技术领域

本发明涉及岸坡失稳研究技术领域，具体涉及一种模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法。

背景技术

在土质岸坡分布的河流区域，常常会因为河流的冲刷侵蚀，引起岸坡的崩塌，进而影响到河流航道以及边岸建筑物或者河道取水口等事物的安全。故需要研究河流侵蚀作用下岸坡的稳定性。

具体地说，江河流域尤其是河谷地带是地质灾害高发区域。大部分地质灾害沿大江大河及其支流呈带状分布。江河岸坡的破坏形式很多，岸坡失稳破坏是一种比较常见的地质灾害，特别是在我国长江及其支流范围内，滑坡往往造成涌浪影响过往船只并且挤压航道，当滑坡方量较大且河道宽度不足时则会形成堰塞湖，阻断航道，同时也对上下游造成极大的威胁。对于河岸岸坡失稳最主要的因素是河流的侵蚀冲刷、水位变化等作用。在岸坡受到河流冲刷过程中，当岸坡土体自身的抗力小于岸坡土体受的水流的冲刷力时，岸坡土体就会被河流的流水冲刷，非黏性土岸坡的土体多以单个土颗粒的运动形式被水流冲走，黏性土岸坡的土体多以多颗粒成片或成团的形式或成片等复杂的运动形式被水流冲走。随着岸坡坡脚的土体被水流冲刷带走，改变了水流的边界条件，使得岸坡的坡脚受到河流流水的进一步冲刷，导致岸坡的坡脚局部区域的土体滑塌，致使岸坡底部承载力不足或底部临空看，在重力或其他外荷载作用下，滑裂面的剪应力超过了其抗剪强度，进而引发土石滑塌，进而发生滑坡。因此，研究水流对岸坡的冲刷机理是十分必要的，岸坡在河流冲刷作用下的失稳机理是岸坡稳定性分析领域的重点研究问题之一。目前现有对河流冲刷对岸坡稳定性研究大多集中于极限平衡法的分析模型，对于对于岸坡土体所受到的河流流水的冲刷力和岸坡自身土体的抗冲刷力的确定和计算的模式均不是很完善，无论是理论计算还是试验或者经验得出都只考虑了众多因素中的部分因素，很难完全真实的反应岸坡土体所受到的河流流水的冲刷特性和岸坡自身土体的抗冲刷特性。然而，在冲刷的过程中，岸坡岩土体在破坏过程中不仅冲刷部位会发生变形，岸坡内部也存在一定的变形过程，故需要更好地分析河流冲刷作用对岸坡整体失稳机理。

CN201210253326.6曾公开过一种堆积层滑坡稳定性快速测评方法，具体为：计算滑坡不稳定指数KL值，KL值计算公式如下：Kl=K1P1+K2P2+K3P3+K4P4+K5P5+K6P6式中，Pl为坡面形态和综合坡角的量化值；P2为滑坡前缘特征的量化值；P3为滑带特性的量化值；P4为岩土体结构及特性的量化值；P5为滑坡的变形破坏特征的量化值；P6为人类工程活动的量化值；该发明的方法在花费较小的人力、财力和时间的情况下，能对工程有潜在影响的堆积层滑坡稳定性进行快速测评。但该方法的方法纯粹依靠公式计算研究进行测评，适用性和可靠性较差。

故如何提供一种能够更加精确可靠地获得河流侵蚀下土质岸坡稳定程度的性能状况，以更好地保障河道边岸安全，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够更加精确可靠地确定河流侵蚀下土质岸坡稳定程度的模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法，以更好地保障河道边岸安全。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法，其特征在于，在长条形的水槽一端放水模拟河道，水槽中部的一侧向外连通设置一个斜向的滑槽，在滑槽上堆土和模拟河道接触形成模拟的岸坡模型，试验时调节模拟河道的水流条件以模拟实际工程河道水流条件；调节模拟的岸坡为不同的坡角大小并分别进行河流侵蚀试验，对试验过程中的岸坡进行跟踪拍摄直至岸坡被冲刷破坏或固定试验时间结束，记录获得不同坡角大小下的岸坡在河道水流冲刷下产生破坏的时间以及所产生的不同的破坏模式。

故本方法，能够通过试验，对河流冲刷引起的岸坡破坏效果和破坏模式进行记录，以方便分析总结岸坡破坏规律，以反馈和指导实际工程河道边岸安全维护。

进一步地，滑槽上堆土采用实际工程河道所在边岸土体。

这样边岸土体特性和实际工程河道边岸土体特性一致，能够更好地提高试验可靠性。

进一步地，试验时，调节模拟河道的水流条件为模拟实际工程河道在汛期水力最高峰时的水流条件。 这样，采用汛期水力最高峰时的水流条件作为试验条件，使得试验结果能够更好地保证用于边岸安全维护和预警。

进一步地，调节模拟河道的水流条件包括但不限于：调节模拟河道倾角和实际工程河道倾角一致，调节模拟河道水流流速和实际工程河道一致，调节滑槽处模拟河道水流雷诺数和实际工程河道一致。

这样，可以更好的实现对河道水流条件的模拟。其中实际工程河道倾角可以依靠实际检测工程河道水流表面的水平倾角获得。调节水流流速时以河道中部位置流速为标准，可通过实际测量获得。调节水流雷诺数时以河道和岸坡接触处位置为标准，并通过实际测量获得。水流条件选用上述三个参数，是因为河道倾角和水流流速会直接影响河道水流对岸坡的冲击效果。而雷诺数是一种可用来表征流体流动情况的无量纲数，和流体的流速、密度与黏性系数等相关，可在很大程度上反应水流的紊流程度，不同的雷诺数参数可能会导致土体岸坡以塌方或滑坡等不同的方式产生破坏，会产生不同的破坏模型。故上述三大参数的性能特征更加与岸坡被水力破坏情况相关，以上述三方面参数作为水流条件进行模拟控制，实施操作简单且使得试验结果更加可靠，能够更好地反应岸坡安全性能。但具体实施，水流条件参数也还可以进一步包括紊动强度，水流动量甚至水流温度等参数。

进一步地，固定试验时间为12小时。

这样是因为汛期水力高峰期往往只有一至数个小时，很难持续十个小时以上。故以12小时为限，如果固定试验时间内，岸坡没有产生崩塌或滑坡等破坏行为，则视为该坡角的岸坡能在汛期保持稳定。如果在固定试验时间内岸坡产生了破坏，则视为该对应坡角的土体岸坡需要进行加固处理，从而减少工程河道边岸安全灾害的发生。

进一步地，本方法通过一种用于安全测试的河道岸坡失稳试验系统实现，所述河道岸坡失稳试验系统，包括河道模拟装置和岸坡模拟装置，所述河道模拟装置包括一个上游水箱和一个下游水箱，上游水箱的出口和下游水箱的入口之间连接设置有一个水槽，上游水箱的出口处还设置有水流调节装置，水槽的一侧中部位置形成有安装缺口并连接岸坡模拟装置，所述岸坡模拟装置包括一个斜向设置的滑槽，滑槽下端和水槽缺口处柔性衔接，滑槽安装在一个相对固定于地表的滑槽安装架上，滑槽安装架上安装有旋转动力装置和滑槽相连并能够带动滑槽沿和水槽缺口衔接处转动，滑槽一侧设置有相机安装架，相机安装架上安装有摄像机，摄像机正对滑槽方向设置。

这样，上述试验系统使用时，在上游水箱中蓄水并放出，水流从水槽流到下游水箱，形成模拟河道，然后在滑槽上堆砌土体模拟岸坡，依靠上游水箱出口处的水流调节装置，调节水流条件以模拟实际工程河道水流条件；即可调节模拟的岸坡为不同的坡角大小并分别进行河流侵蚀试验，依靠摄像机对试验过程中的岸坡的形变情况进行跟踪拍摄，直至岸坡产生冲刷破坏或固定试验时间结束，记录获得不同坡角大小下的岸坡在河道水流冲刷下产生破坏的时间以及所产生的不同的破坏模式（例如崩塌、滑坡或开裂等）。故所述试验系统结构简单，使用方便，能够试验出不同坡度的土体岸坡在模拟水流条件冲刷下的破坏模式，以更好地反馈和保障实际河道的岸坡安全。且摄像机拍摄结果能够进一步用于分析破坏产生的过程和机理，更好地反馈用于岸坡的安全整改，提高岸坡安全性。

进一步地，所述旋转动力装置为安装在滑槽安装架上的旋转动力电机；滑槽下端设置有滑槽转轴和水槽缺口处转动连接，旋转动力电机输出轴和滑槽转轴传动连接。

这样，采用电机带动滑槽转动，具有实施简单，方便控制等优点。

进一步地，所述相机安装架，包括位于滑槽一侧外侧面水平向外固定延伸形成的两根水平连接杆，两根水平连接杆上安装连接有一根和滑槽平行设置的斜向连接杆，水平连接杆上开设有用于调节的水平通槽，斜向连接杆端部依靠一个第一连接螺栓穿过水平通槽固定在水平连接杆上，第一连接螺栓松开后能够在水平通槽内滑动实现对斜向连接杆水平位置的调节；斜向连接杆上开设有斜向通槽，斜向连接杆上还设置有一个L形的中间连接座，中间连接座的水平段依靠一个第二连接螺栓穿过斜向通槽固定在斜向连接杆上，第二连接螺栓松开后能够在斜向通槽内滑动实现对中间连接座沿滑槽倾斜方向的位置调节；中间连接座的竖直段上设置有竖向滑槽，中间连接座的竖直段上还安装有一个摄像机座，摄像机座依靠一个第三连接螺栓穿过竖向滑槽固定在中间连接座的竖直段上，第三连接螺栓松开后能够在竖向滑槽内滑动实现对摄像机座的竖向位置调节；所述摄像机固定在摄像机座上。

这样，可以根据滑槽上堆积土体的不同厚度情况，方便调整相机的远近、上下和高低位置，保证相机的拍摄记录要求。

进一步地，滑槽内底部分布设置有若干监控用位移传感器，所述监控用位移传感器和所述摄像机分别和控制中心相连。

这样，通过摄像机对土体岸坡表面摄像对比，结合滑槽底部检测土体位移数据进行分析，可以更好地检测和记录土体岸坡的破坏情况；更好地分析破坏产生的过程和机理，获得岸坡破坏模型，反馈用于岸坡的安全整改，可以更好地提高岸坡安全性。

进一步地，水槽和滑槽相连一侧的中部具有沿水槽整个侧面向外凸出的一个凸出段，所述凸出段的中部（不大于二分之一距离）位置形成安装缺口并连接滑槽。

这样，凸出段的设置，不仅仅使得滑槽的两端和水槽侧面相接位置具有一个缓冲的衔接段，避免水力条件突变对滑槽位置造成的水力影响。而且重要的是凸出段是水槽整个侧面向外凸出形成，故凸出段的底部和水槽底部相接，使得利用土体堆砌岸坡时，土体是整体堆砌进入到凸出段内直接和模拟河道相接，这样在试验初期水流冲刷掉凸出段内少部分土体后，能够在滑槽正对位置的凸出段中真正模拟出河道和岸坡相接位置的实际土体受冲刷情况，极大地提高了模拟试验的精度，使得试验结果更具有实际安全指导意义。

进一步地，所述水流调节装置，包括水平并列且竖向安装在上游水箱出水口处的第一闸板、第二闸板和第三闸板，第一闸板可上下移动的安装在上游水箱侧壁的竖向第一闸板滑槽内，还设置有第一闸板竖向移动调节机构，第二闸板和第一闸板相贴设置，第二闸板可左右移动的安装在上游水箱侧壁的横向第二闸板滑槽内，还设置有第二闸板水平移动调节机构，第一闸板和第二闸板上分别分布设置有出水孔，第三闸板可上下移动的安装在上游水箱侧壁的竖向第三闸板滑槽内，还设置有第三闸板竖向移动调节机构。

这样，可以依靠第三闸板向上移动调节，使得上游水箱从第三闸板下端露出的出口出水，通过第三闸板的上下距离调节，能够确定出水的深度。同时通过第一闸板的上下调节和第二闸板的左右调节，实现两个闸板上的出水孔的左右错位和上下错位，进而调节出水的紊乱程度，实现对河道模拟水流雷诺数大小的调节。

进一步地，所述第一闸板竖向移动调节机构，包括竖向固定在第一闸板背离第二闸板一侧的两端的两个第一闸板齿条，两个第一闸板齿条分别和一个第一闸板齿轮啮合，两个第一闸板齿轮安装在同一根水平设置的第一闸板齿轮轴上，第一闸板齿轮轴一端可转动地穿出水槽侧板设置有一个第一闸板调节把手。

这样，通过转动第一闸板调节把手，带动两个第一闸板齿轮转动，进而通过齿轮和齿条的配合，可以方便快捷地上下调节第一闸板的位置。结构简单且调节方便可靠。

进一步地，所述第二闸板水平移动调节机构，包括设置在第二闸板端面上的螺纹孔，还包括一根水平设置并螺纹配合在螺纹孔内的螺杆，螺杆的一端可转动地穿出上游水箱侧壁并在端部设置有一个第二闸板调节把手。

这样，通过转动第二闸板调节把手，可以通过螺杆和螺纹孔构成的丝杠螺母机构，带动第二闸板做水平位置的左右调节。结构简单且调节方便可靠。

进一步地，所述第三闸板竖向移动调节机构，包括竖向固定在第三闸板一侧的两端的两个第三闸板齿条，两个第三闸板齿条分别和一个第三闸板齿轮啮合，两个第三闸板齿轮安装在同一根水平设置的第三闸板齿轮轴上，第三闸板齿轮轴一端安装有一个被动斜齿轮并和一个主动斜齿轮啮合，主动斜齿轮所在的转轴可转动地水平穿出上游水箱侧壁并在外端端部设置有一个第三闸板调节把手。

这样，通过主动第三闸板调节把手，通过两个斜齿轮的配合带动第三闸板齿轮轴转动，进而通过齿轮和齿条的配合，可以方便快捷地上下调节第三闸板的位置，实现出水的深度调节。结构简单且调节方便可靠。

进一步地，下游水箱底部还连通设置有回水管道，回水管道另一端和上游水箱衔接，回水管道上安装有回收泵。

这样，可以实现水流的循环试验处理，节约用水。

进一步地，上游水箱一侧上方还设置有一个中转水箱，中转水箱底部正对上游水箱设置有出水口，中转水箱出水口上安装有流量控制阀，回水管道连接到中转水箱并通过中转水箱和上游水箱相接。

这样，中转水箱的设置方便水的中转并进而实现对水流速度的调节控制。具体地说，中转水箱的流量控制阀的最大出水量可设置大于或等于上游水箱出水口的最大出水量。这样，使得上游水箱在出水过程中，可以通过中转水箱实现对上游水箱持续供水，该过程中能够通过增减中转水箱的出水量控制上游水箱内的水压深度，进而实现对上游水箱出水速度的调节，实现了对模拟河道流速的调节。当模拟河道内流速调节到满足要求后，再调节中转水箱的出水量和上游水箱的出水量一致，保持上游水箱内的水压深度维持在固定高度，进而可以保持模拟河道中流速的稳定。进一步地，上游水箱出水口出设置有对出水流速进行检测的流速传感器，在第三闸板侧壁上还设置有对第三闸阀向上移动高度进行检测的位移传感器，流速传感器和位移传感器分别和控制中心相连，控制中心和流量控制阀相连。这样可以通过检测上游水箱的出水流速以及第三闸板抬起的高度（高度乘以闸板长度获得出口面积）计算上游水箱的出水流量大小，进而方便控制中转水箱的出水流量与其匹配，可以更好地辅助实现精确调控。

进一步地，水槽包括位于两侧的侧板和位于底部的底板，底板的两侧和侧板之间以及底板的两端和上游水箱以及下游水箱之间均通过防水胶布实现密封柔性连接，底板上端或下端的下表面还向下安装有一个竖向设置的电缸。

这样，方便通过电缸控制调节底板的倾斜角度，使其和实际工程河道水面倾角一致，实现对河道倾角的模拟调节。

进一步地，下游水箱底部低于水槽底部最低处并形成有泥沙沉淀区。这样方便泥沙的沉淀。试验结束后再清理沉淀即可。

故上述试验系统能够方便实现模拟河道倾角、模拟河道水流流速、模拟河道水流雷诺数和岸坡坡角大小以及水流深度等参数的调节控制，模拟出土体岸坡和河道实际接触冲刷区域情形。实验过程中通过在岸坡侧面的摄像头进行实时监测记录，在岸坡上分点布置位移传感器记录各个点的位移数据，通过比较摄像头记录各个不同坡角引起滑坡的规模和位移传感器记录的位移数据，可以确定出最易滑坡的岸坡角度。在实际工程中首先对最易破坏的坡角的岸坡进行加固处理，从而减少灾害的发生。故上述试验系统能够更加精确可靠地实现模拟河流侵蚀下岸坡失稳试验。同时该试验系统使用时还可以通过切换参数调整的方式，实现其他方式的河流侵蚀试验。例如（1）模拟河床倾角相同，河流形态相同，岸坡坡角不同时滑坡随坡角变化而引起的破坏模式不同。（2）模拟岸坡坡角相同，河流形态相同，河床倾角不同时滑坡随不同河床倾角变化而引起的破坏模式不同。（3）模拟岸坡坡角相同，河床倾角相同，当河流为恒定流或非恒定流时而引起的滑坡破坏模式不同。（4）模拟岸坡坡角相同，河流形态相同，河床水位不同时滑坡随不同河床水位变化而引起的破坏模式不同；等等。

综上所述，本发明能够更加精确可靠地获得河流侵蚀下土质岸坡稳定程度，以更好地保障河道边岸安全。

附图说明

图1为本发明实施时采用的用于安全测试的河道岸坡失稳试验系统的立体结构示意图。

图2为图1中单独相机安装架的放大示意图。

图3为本发明实施时采用的用于安全测试的河道岸坡失稳试验系统的俯视方向结构示意图。

图4为图3的左视图。

图5为图3的仰视图。

图6为图3中单独水流调节装置处放大的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式：一种模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法，其特点在于，在长条形的水槽一端放水模拟河道，水槽中部的一侧向外连通设置一个斜向的滑槽，在滑槽上堆土和模拟河道接触形成模拟的岸坡模型，试验时调节模拟河道的水流条件以模拟实际工程河道水流条件；调节模拟的岸坡为不同的坡角大小并分别进行河流侵蚀试验，对试验过程中的岸坡进行跟踪拍摄直至岸坡被冲刷破坏或固定试验时间结束，记录获得不同坡角大小下的岸坡在河道水流冲刷下产生破坏的时间以及所产生的不同的破坏模式。

故本方法，能够通过试验，对河流冲刷引起的岸坡破坏效果和破坏模式进行记录，以方便分析总结岸坡破坏规律，以反馈和指导实际工程河道边岸安全维护，提高了河道边岸安全维护的可靠性。

其中，滑槽上堆土采用实际工程河道所在边岸土体。

这样边岸土体特性和实际工程河道边岸土体特性一致，能够更好地提高试验可靠性。

其中，试验时，调节模拟河道的水流条件为模拟实际工程河道在汛期水力最高峰时的水流条件。 这样，采用汛期水力最高峰时的水流条件作为试验条件，使得试验结果能够更好地保证用于边岸安全维护和预警。

其中，调节模拟河道的水流条件包括但不限于：调节模拟河道倾角和实际工程河道倾角一致，调节模拟河道水流流速和实际工程河道一致，调节滑槽处模拟河道水流雷诺数和实际工程河道一致。

这样，可以更好的实现对河道水流条件的模拟。其中实际工程河道倾角可以依靠实际检测工程河道水流表面的水平倾角获得。调节水流流速时以河道中部位置流速为标准，可通过实际测量获得。调节水流雷诺数时以河道和岸坡接触处位置为标准，并通过实际测量获得。水流条件选用上述三个参数，是因为河道倾角和水流流速会直接影响河道水流对岸坡的冲击效果。而雷诺数是一种可用来表征流体流动情况的无量纲数，和流体的流速、密度与黏性系数等相关，可在很大程度上反应水流的紊流程度，不同的雷诺数参数可能会导致土体岸坡以塌方或滑坡等不同的方式产生破坏，会产生不同的破坏模型。故上述三大参数的性能特征更加与岸坡被水力破坏情况相关，以上述三方面参数作为水流条件进行模拟控制，实施操作简单且使得试验结果更加可靠，能够更好地反应岸坡安全性能。但具体实施，水流条件参数也还可以进一步包括紊动强度，水流动量甚至水流温度等参数。

其中，固定试验时间为12小时。

这样是因为汛期水力高峰期往往只有一至数个小时，很难持续十个小时以上。故以12小时为限，如果固定试验时间内，岸坡没有产生崩塌或滑坡等破坏行为，则视为该坡角的岸坡能在汛期保持稳定。如果在固定试验时间内岸坡产生了破坏，则视为该对应坡角的土体岸坡需要进行加固处理，从而减少工程河道边岸安全灾害的发生。

具体实施时，本方法通过一种用于安全测试的河道岸坡失稳试验系统实现，所述河道岸坡失稳试验系统，参见图1-图6所示，包括河道模拟装置和岸坡模拟装置，所述河道模拟装置包括一个上游水箱1和一个下游水箱2，上游水箱1的出口和下游水箱2的入口之间连接设置有一个水槽3，上游水箱的出口处还设置有水流调节装置，水槽的一侧中部位置形成有安装缺口并连接岸坡模拟装置，所述岸坡模拟装置包括一个斜向设置的滑槽4，滑槽4下端和水槽缺口处柔性衔接，滑槽安装在一个相对固定于地表的滑槽安装架5上，滑槽安装架5上安装有旋转动力装置和滑槽相连并能够带动滑槽沿和水槽缺口衔接处转动，滑槽一侧设置有相机安装架，相机安装架上安装有摄像机6，摄像机6正对滑槽方向设置。

这样，上述试验系统使用时，在上游水箱中蓄水并放出，水流从水槽流到下游水箱，形成模拟河道，然后在滑槽上堆砌土体模拟岸坡，依靠上游水箱出口处的水流调节装置，调节水流条件以模拟实际工程河道水流条件；即可调节模拟的岸坡为不同的坡角大小并分别进行河流侵蚀试验，依靠摄像机对试验过程中的岸坡的形变情况进行跟踪拍摄，直至岸坡产生冲刷破坏或固定试验时间结束，记录获得不同坡角大小下的岸坡在河道水流冲刷下产生破坏的时间以及所产生的不同的破坏模式（例如崩塌、滑坡或开裂等）。故所述试验系统结构简单，使用方便，能够试验出不同坡度的土体岸坡在模拟水流条件冲刷下的破坏模式，以更好地反馈和保障实际河道的岸坡安全。且摄像机拍摄结果能够进一步用于分析破坏产生的过程和机理，更好地反馈用于岸坡的安全整改，提高岸坡安全性。

其中，所述旋转动力装置为安装在滑槽安装架上的旋转动力电机7；滑槽下端设置有滑槽转轴和水槽缺口处转动连接，旋转动力电机7输出轴和滑槽转轴传动连接。

这样，采用电机带动滑槽转动，具有实施简单，方便控制等优点。

其中，所述相机安装架，包括位于滑槽一侧外侧面水平向外固定延伸形成的两根水平连接杆8，两根水平连接杆8上安装连接有一根和滑槽平行设置的斜向连接杆9，水平连接杆8上开设有用于调节的水平通槽，斜向连接杆9端部依靠一个第一连接螺栓10穿过水平通槽固定在水平连接杆8上，第一连接螺栓10松开后能够在水平通槽内滑动实现对斜向连接杆水平位置的调节；斜向连接杆9上开设有斜向通槽，斜向连接杆上还设置有一个L形的中间连接座11，中间连接座11的水平段依靠一个第二连接螺栓穿过斜向通槽固定在斜向连接杆上，第二连接螺栓松开后能够在斜向通槽内滑动实现对中间连接座沿滑槽倾斜方向的位置调节；中间连接座11的竖直段上设置有竖向滑槽，中间连接座的竖直段上还安装有一个摄像机座12，摄像机座12依靠一个第三连接螺栓穿过竖向滑槽固定在中间连接座的竖直段上，第三连接螺栓松开后能够在竖向滑槽内滑动实现对摄像机座12的竖向位置调节；所述摄像机6固定在摄像机座12上。

这样，可以根据滑槽上堆积土体的不同厚度情况，方便调整相机的远近、上下和高低位置，保证相机的拍摄记录要求。

其中，滑槽4内底部分布设置有若干监控用位移传感器（图中未显示），所述监控用位移传感器和所述摄像机分别和控制中心（图中未显示）相连。

这样，通过摄像机对土体岸坡表面摄像对比，结合滑槽底部检测土体位移数据进行分析，可以更好地检测和记录土体岸坡的破坏情况；更好地分析破坏产生的过程和机理，获得岸坡破坏模型，反馈用于岸坡的安全整改，可以更好地提高岸坡安全性。

其中，水槽3和滑槽4相连一侧的中部具有沿水槽整个侧面向外凸出的一个凸出段13，所述凸出段13的中部（不大于二分之一距离）位置形成安装缺口并连接滑槽。

这样，凸出段的设置，不仅仅使得滑槽的两端和水槽侧面相接位置具有一个缓冲的衔接段，避免水力条件突变对滑槽位置造成的水力影响。而且重要的是凸出段是水槽整个侧面向外凸出形成，故凸出段的底部和水槽底部相接，使得利用土体堆砌岸坡时，土体是整体堆砌进入到凸出段内直接和模拟河道相接，这样在试验初期水流冲刷掉凸出段内少部分土体后，能够在滑槽正对位置的凸出段中真正模拟出河道和岸坡相接位置的实际土体受冲刷情况，极大地提高了模拟试验的精度，使得试验结果更具有实际安全指导意义。

其中，所述水流调节装置，包括水平并列且竖向安装在上游水箱1出水口处的第一闸板14、第二闸板15和第三闸板16，第一闸板14可上下移动的安装在上游水箱侧壁的竖向第一闸板滑槽内，还设置有第一闸板竖向移动调节机构，第二闸板15和第一闸板14相贴设置，第二闸板15可左右移动的安装在上游水箱侧壁的横向第二闸板滑槽内，还设置有第二闸板水平移动调节机构，第一闸板14和第二闸板15上分别分布设置有出水孔，第三闸板16可上下移动的安装在上游水箱侧壁的竖向第三闸板滑槽内，还设置有第三闸板竖向移动调节机构。

这样，可以依靠第三闸板向上移动调节，使得上游水箱从第三闸板下端露出的出口出水，通过第三闸板的上下距离调节，能够确定出水的深度。同时通过第一闸板的上下调节和第二闸板的左右调节，实现两个闸板上的出水孔的左右错位和上下错位，进而调节出水的紊乱程度，实现对河道模拟水流雷诺数大小的调节。

其中，所述第一闸板竖向移动调节机构，包括竖向固定在第一闸板14背离第二闸板一侧的两端的两个第一闸板齿条17，两个第一闸板齿条17分别和一个第一闸板齿轮18啮合，两个第一闸板齿轮18安装在同一根水平设置的第一闸板齿轮轴19上，第一闸板齿轮轴一端可转动地穿出水槽侧板设置有一个第一闸板调节把手20。

这样，通过转动第一闸板调节把手，带动两个第一闸板齿轮转动，进而通过齿轮和齿条的配合，可以方便快捷地上下调节第一闸板的位置。结构简单且调节方便可靠。

其中，所述第二闸板水平移动调节机构，包括设置在第二闸板15端面上的螺纹孔，还包括一根水平设置并螺纹配合在螺纹孔内的螺杆21，螺杆21的一端可转动地穿出上游水箱侧壁并在端部设置有一个第二闸板调节把手22。

这样，通过转动第二闸板调节把手，可以通过螺杆和螺纹孔构成的丝杠螺母机构，带动第二闸板做水平位置的左右调节。结构简单且调节方便可靠。

其中，所述第三闸板竖向移动调节机构，包括竖向固定在第三闸板16一侧的两端的两个第三闸板齿条23，两个第三闸板齿条23分别和一个第三闸板齿轮24啮合，两个第三闸板齿轮24安装在同一根水平设置的第三闸板齿轮轴25上，第三闸板齿轮轴25一端安装有一个被动斜齿轮26并和一个主动斜齿轮27啮合，主动斜齿轮27所在的转轴可转动地水平穿出上游水箱侧壁并在外端端部设置有一个第三闸板调节把手28。

这样，通过主动第三闸板调节把手，通过两个斜齿轮的配合带动第三闸板齿轮轴转动，进而通过齿轮和齿条的配合，可以方便快捷地上下调节第三闸板的位置，实现出水的深度调节。结构简单且调节方便可靠。

其中，下游水箱底部还连通设置有回水管道30，回水管道30另一端和上游水箱衔接，回水管道上安装有回收泵31。

这样，可以实现水流的循环试验处理，节约用水。

其中，上游水箱1一侧上方还设置有一个中转水箱32，中转水箱32底部正对上游水箱设置有出水口，中转水箱出水口上安装有流量控制阀，回水管道30连接到中转水箱32并通过中转水箱和上游水箱相接。

这样，中转水箱的设置方便水的中转并进而实现对水流速度的调节控制。具体地说，中转水箱的流量控制阀的最大出水量可设置大于或等于上游水箱出水口的最大出水量。这样，使得上游水箱在出水过程中，可以通过中转水箱实现对上游水箱持续供水，该过程中能够通过增减中转水箱的出水量控制上游水箱内的水压深度，进而实现对上游水箱出水速度的调节，实现了对模拟河道流速的调节。当模拟河道内流速调节到满足要求后，再调节中转水箱的出水量和上游水箱的出水量一致，保持上游水箱内的水压深度维持在固定高度，进而可以保持模拟河道中流速的稳定。其中，上游水箱出水口出设置有对出水流速进行检测的流速传感器，在第三闸板侧壁上还设置有对第三闸阀向上移动高度进行检测的位移传感器，流速传感器和位移传感器分别和控制中心相连，控制中心和流量控制阀相连。这样可以通过检测上游水箱的出水流速以及第三闸板抬起的高度（高度乘以闸板长度获得出口面积）计算上游水箱的出水流量大小，进而方便控制中转水箱的出水流量与其匹配，可以更好地辅助实现精确调控。

其中，水槽3包括位于两侧的侧板和位于底部的底板34，底板的两侧和侧板之间以及底板的两端和上游水箱以及下游水箱之间均通过防水胶布35实现密封柔性连接，底板上端或下端的下表面还向下安装有一个竖向设置的电缸36。

这样，方便通过电缸控制调节底板的倾斜角度，使其和实际工程河道水面倾角一致，实现对河道倾角的模拟调节。

其中，下游水箱2底部低于水槽底部最低处并形成有泥沙沉淀区。这样方便泥沙的沉淀。试验结束后再清理沉淀即可。

故上述试验系统能够方便实现模拟河道倾角、模拟河道水流流速、模拟河道水流雷诺数和岸坡坡角大小以及水流深度等参数的调节控制，模拟出土体岸坡和河道实际接触冲刷区域情形。实验过程中通过在岸坡侧面的摄像头进行实时监测记录，在岸坡上分点布置位移传感器记录各个点的位移数据，通过比较摄像头记录各个不同坡角引起滑坡的规模和位移传感器记录的位移数据，可以确定出最易滑坡的岸坡角度。在实际工程中首先对最易破坏的坡角的岸坡进行加固处理，从而减少灾害的发生。故上述试验系统能够更加精确可靠地实现模拟河流侵蚀下岸坡失稳试验。同时该试验系统使用时还可以通过切换参数调整的方式，实现其他方式的河流侵蚀试验。例如（1）模拟河床倾角相同，河流形态相同，岸坡坡角不同时滑坡随坡角变化而引起的破坏模式不同。（2）模拟岸坡坡角相同，河流形态相同，河床倾角不同时滑坡随不同河床倾角变化而引起的破坏模式不同。（3）模拟岸坡坡角相同，河床倾角相同，当河流为恒定流或非恒定流时而引起的滑坡破坏模式不同。（4）模拟岸坡坡角相同，河流形态相同，河床水位不同时滑坡随不同河床水位变化而引起的破坏模式不同；等等。

Claims (10)

1.一种模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法，其特征在于，在长条形的水槽一端放水模拟河道，水槽中部的一侧向外连通设置一个斜向的滑槽，在滑槽上堆土和模拟河道接触形成模拟的岸坡模型，试验时调节模拟河道的水流条件以模拟实际工程河道水流条件；调节模拟的岸坡为不同的坡角大小并分别进行河流侵蚀试验，对试验过程中的岸坡进行跟踪拍摄直至岸坡被冲刷破坏或固定试验时间结束，记录获得不同坡角大小下的岸坡在河道水流冲刷下产生破坏的时间以及所产生的不同的破坏模式。

2.如权利要求1所述的模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法，其特征在于，滑槽上堆土采用实际工程河道所在边岸土体。

3.如权利要求1所述的模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法，其特征在于，试验时，调节模拟河道的水流条件为模拟实际工程河道在汛期水力最高峰时的水流条件；

调节模拟河道的水流条件包括但不限于：调节模拟河道倾角和实际工程河道倾角一致，调节模拟河道水流流速和实际工程河道一致，调节滑槽处模拟河道水流雷诺数和实际工程河道一致。

4.如权利要求1所述的模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法，其特征在于，固定试验时间为12小时。

5.如权利要求1所述的模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法，其特征在于，本方法通过一种用于安全测试的河道岸坡失稳试验系统实现，所述河道岸坡失稳试验系统，包括河道模拟装置和岸坡模拟装置，所述河道模拟装置包括一个上游水箱和一个下游水箱，上游水箱的出口和下游水箱的入口之间连接设置有一个水槽，上游水箱的出口处还设置有水流调节装置，水槽的一侧中部位置形成有安装缺口并连接岸坡模拟装置，所述岸坡模拟装置包括一个斜向设置的滑槽，滑槽下端和水槽缺口处柔性衔接，滑槽安装在一个相对固定于地表的滑槽安装架上，滑槽安装架上安装有旋转动力装置和滑槽相连并能够带动滑槽沿和水槽缺口衔接处转动，滑槽一侧设置有相机安装架，相机安装架上安装有摄像机，摄像机正对滑槽方向设置。

6.如权利要求5所述的模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法，其特征在于，所述旋转动力装置为安装在滑槽安装架上的旋转动力电机；滑槽下端设置有滑槽转轴和水槽缺口处转动连接，旋转动力电机输出轴和滑槽转轴传动连接。

7.如权利要求5所述的模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法，其特征在于，所述相机安装架，包括位于滑槽一侧外侧面水平向外固定延伸形成的两根水平连接杆，两根水平连接杆上安装连接有一根和滑槽平行设置的斜向连接杆，水平连接杆上开设有用于调节的水平通槽，斜向连接杆端部依靠一个第一连接螺栓穿过水平通槽固定在水平连接杆上，第一连接螺栓松开后能够在水平通槽内滑动实现对斜向连接杆水平位置的调节；斜向连接杆上开设有斜向通槽，斜向连接杆上还设置有一个L形的中间连接座，中间连接座的水平段依靠一个第二连接螺栓穿过斜向通槽固定在斜向连接杆上，第二连接螺栓松开后能够在斜向通槽内滑动实现对中间连接座沿滑槽倾斜方向的位置调节；中间连接座的竖直段上设置有竖向滑槽，中间连接座的竖直段上还安装有一个摄像机座，摄像机座依靠一个第三连接螺栓穿过竖向滑槽固定在中间连接座的竖直段上，第三连接螺栓松开后能够在竖向滑槽内滑动实现对摄像机座的竖向位置调节；所述摄像机固定在摄像机座上。

8.如权利要求5所述的模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法，其特征在于，滑槽内底部分布设置有若干监控用位移传感器，所述监控用位移传感器和所述摄像机分别和控制中心相连；

水槽和滑槽相连一侧的中部具有沿水槽整个侧面向外凸出的一个凸出段，所述凸出段的中部位置形成安装缺口并连接滑槽。

9.如权利要求5所述的模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法，其特征在于，所述水流调节装置，包括水平并列且竖向安装在上游水箱出水口处的第一闸板、第二闸板和第三闸板，第一闸板可上下移动的安装在上游水箱侧壁的竖向第一闸板滑槽内，还设置有第一闸板竖向移动调节机构，第二闸板和第一闸板相贴设置，第二闸板可左右移动的安装在上游水箱侧壁的横向第二闸板滑槽内，还设置有第二闸板水平移动调节机构，第一闸板和第二闸板上分别分布设置有出水孔，第三闸板可上下移动的安装在上游水箱侧壁的竖向第三闸板滑槽内，还设置有第三闸板竖向移动调节机构；

所述第一闸板竖向移动调节机构，包括竖向固定在第一闸板背离第二闸板一侧的两端的两个第一闸板齿条，两个第一闸板齿条分别和一个第一闸板齿轮啮合，两个第一闸板齿轮安装在同一根水平设置的第一闸板齿轮轴上，第一闸板齿轮轴一端可转动地穿出水槽侧板设置有一个第一闸板调节把手；

所述第二闸板水平移动调节机构，包括设置在第二闸板端面上的螺纹孔，还包括一根水平设置并螺纹配合在螺纹孔内的螺杆，螺杆的一端可转动地穿出上游水箱侧壁并在端部设置有一个第二闸板调节把手；

所述第三闸板竖向移动调节机构，包括竖向固定在第三闸板一侧的两端的两个第三闸板齿条，两个第三闸板齿条分别和一个第三闸板齿轮啮合，两个第三闸板齿轮安装在同一根水平设置的第三闸板齿轮轴上，第三闸板齿轮轴一端安装有一个被动斜齿轮并和一个主动斜齿轮啮合，主动斜齿轮所在的转轴可转动地水平穿出上游水箱侧壁并在外端端部设置有一个第三闸板调节把手。

10.如权利要求5所述的模拟河流侵蚀下岸坡失稳的试验方法，其特征在于，下游水箱底部还连通设置有回水管道，回水管道另一端和上游水箱衔接，回水管道上安装有回收泵；

上游水箱一侧上方还设置有一个中转水箱，中转水箱底部正对上游水箱设置有出水口，中转水箱出水口上安装有流量控制阀，回水管道连接到中转水箱并通过中转水箱和上游水箱相接；

水槽包括位于两侧的侧板和位于底部的底板，底板的两侧和侧板之间以及底板的两端和上游水箱以及下游水箱之间均通过防水胶布实现密封柔性连接，底板上端或下端的下表面还向下安装有一个竖向设置的电缸；

下游水箱底部低于水槽底部最低处并形成有泥沙沉淀区。

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