CN115684551A - 一种可调倾角的边坡模拟试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可调倾角的边坡模拟试验系统及方法，包括：供水装置与降雨模拟装置连接，降雨模拟装置下方设置边坡模拟装置，边坡模拟装置包括边坡模拟箱、倾角调节装置、箱体支撑杆、插板和导流平台；边坡模拟箱的一端设置倾角调节装置，另一端通过箱体转轴连接箱体支撑杆，以箱体转轴为支点，通过倾角调节装置进行坡度倾角的无级调节；边坡模拟箱的末端设置导流平台，在靠近导流平台的侧壁上安装有插板，插板上设有不同高度的条形孔，以使得降雨冲刷模拟过程中的冲刷物与径流雨水由条形孔移动至导流平台。边坡模拟箱可稳定调节0～180°中的任意角度，实现角度调节的易操作性、调节平稳性、精确性，提高了试验效率。

Description

一种可调倾角的边坡模拟试验系统及方法

技术领域

本发明涉及边坡模拟试验技术领域，特别是涉及一种可调倾角的边坡模拟试验系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

边坡的防护与加固技术是目前研究的重点。在室外进行相关的边坡模拟实验，一是试验的场地受限研究起来困难；二是、受天气影响较大，环境因素不可控。因此人工模拟降雨以及模拟边坡可以保证变量因素可控，可模拟较为广泛种类的降雨或者边坡，提高了研究效率，加快了试验进程。

但是，现有的边坡模拟试验装置存在角度调节不精确，控制调节组件不够稳定；并且现有的边坡模拟实验装置在固-水径流物的导流方面存在缺陷，大多土质边坡模拟试验中，被冲刷的泥土的收集并没有得到很好的收集。

另外，降雨冲刷模拟过程中，容易出现主体土层的垮塌，从而导致冲刷物与径流雨水的导流出现问题，而且现有试验装置也无法满足针对不同厚度土层上冲刷物和径流雨水的导流。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种可调倾角的边坡模拟试验系统及方法，通过液压千斤顶实现边坡模拟箱角度的无级调节，可稳定调节0～180°中的任意角度，实现角度调节的易操作性、调节平稳性、精确性，提高了试验效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种可调倾角的边坡模拟试验系统，包括：供水装置、降雨模拟装置和边坡模拟装置；

所述供水装置与降雨模拟装置连接，所述降雨模拟装置的下方设置边坡模拟装置，所述边坡模拟装置包括边坡模拟箱、倾角调节装置、箱体支撑杆、插板和导流平台；

所述边坡模拟箱的一端设置倾角调节装置，另一端通过箱体转轴连接箱体支撑杆，以箱体转轴为支点，通过倾角调节装置进行坡度倾角的无级调节；

所述边坡模拟箱的末端设置导流平台，在靠近导流平台的侧壁上安装有插板，插板上设有不同高度的条形孔，以使得降雨冲刷模拟过程中的冲刷物与径流雨水由条形孔移动至导流平台。

作为可选择的实施方式，所述供水装置包括恒压变频泵，以及恒压变频泵入口和出口分别连接的第一进水管和第二进水管，第二进水管连接降雨模拟装置，水流由第一进水管供水，通过恒压变频泵调整水压后，由第二进水管进入降雨模拟装置。

作为可选择的实施方式，所述降雨模拟装置包括支撑杆、底部框架、降雨网管和设于降雨网管上的喷淋孔，所述底部框架的四端分别连接支撑杆，支撑杆的顶端连接降雨网管，第二进水管分别通过第一输水管与第二输水管连接至降雨网管。

作为可选择的实施方式，所述倾角调节装置包括液压千斤顶，液压千斤顶的一端通过第一千斤顶转轴连接边坡模拟箱，另一端通过第二千斤顶转轴连接至底部框架。

作为可选择的实施方式，所述箱体支撑杆的另一端与底部框架连接。

作为可选择的实施方式，所述边坡模拟箱的侧壁上设有插板滑槽，所述插板沿插板滑槽固定于边坡模拟箱。

作为可选择的实施方式，所述边坡模拟箱为上部开口的矩形箱体。

作为可选择的实施方式，可调倾角的边坡模拟试验系统还包括径流收集装置，所述径流收集装置包括滤网、径流收集桶和电子台秤，所述滤网内置于径流收集桶中，径流收集桶设于电子台秤上。

作为可选择的实施方式，边坡模拟试验过程中，滤网将由导流平台输送的冲刷物进行截留，并使径流雨水通过，由径流收集桶收集径流雨水。

第二方面，本发明提供一种可变角度的降雨边坡模拟试验方法，采用第一方面所述的可调倾角的边坡模拟试验系统，包括：

通过第一输水管和第二输水管连接供水装置与降雨管网，在降雨管网上布设喷淋孔；

根据试验设定要求，以箱体转轴为支点，通过倾角调节装置进行边坡模拟框架角度的无级调节；

在边坡模拟箱的末端设置导流平台，在靠近导流平台的侧壁上设置插板，插板上设置不同高度的条形孔，以使得降雨冲刷模拟过程中的冲刷物与径流雨水由条形孔移动至导流平台；

在导流平台下设径流收集装置，以由滤网过滤收集冲刷物，由径流收集桶收集径流雨水。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供一种精准可调倾角的边坡模拟试验系统及方法，在边坡模拟箱靠近导流平台的侧壁上安装有插板，插板上设有不同高度的条形孔，那么在降雨冲刷过程中，被冲刷的冲刷物与径流雨水可由条形孔移动至导流平台，进而被径流收集装置收集，且还可实现满足不同厚度的土层，既保护主体土层不垮塌的同时，又允许被冲刷的冲刷物与径流雨水可由条形孔移动至导流平台，实现降雨冲刷模拟过程中冲刷物与径流雨水的导流，提高了试验的准确性与效率。

本发明提供一种精准可调倾角的边坡模拟试验系统及方法，通过调节液压千斤顶对边坡模拟箱进行角度的精确控制，通过调节恒压变频泵的压力控制模拟降雨的强度，通过径流收集装置分层收集径流雨水与冲刷物，从而实现边坡模型模拟降雨试验研究的准确性、可操作性。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的可调倾角的边坡模拟试验系统整体图；

图2为本发明实施例1提供的可调倾角的边坡模拟试验系统正视图；

图3为本发明实施例1提供的降雨模拟装置示意图；

图4为本发明实施例1提供的插板示意图；

图5为本发明实施例1提供的径流收集装置示意图；

其中，1、第一进水管，2、恒压变频泵，3、第二进水管，4、第一输水管，5、第二输水管，6、降雨网管，7、喷淋孔，8、支撑杆，9、边坡模拟箱，10、第一千斤顶转轴，11、液压千斤顶，12、第二千斤顶转轴，13、底部框架，14、箱体支撑杆，15、箱体转轴，16、插板，17、导流平台，18、滤网，19、径流收集桶，20、电子台秤。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

本实施例提供一种可调倾角的边坡模拟试验系统，包括：恒压变频泵、降雨模拟装置、边坡模拟装置和径流收集装置；

如图1-图2所示，所述恒压变频泵2的入口端连接第一进水管1，出口端连接第二进水管3，水流由第一进水管1供水，通过恒压变频泵2精确调整水压，对水流进行恒压增压后，经由第二进水管3进入降雨模拟装置，从而对降雨模拟装置进行输水，最大程度的减少水头损失，保证降雨模拟装置降雨的稳定性。

在本实施例中，通过使用恒压变频泵调节试验所需水压进而控制降雨量，可以实现降雨量的精确控制，更加精确的模拟试验所需降雨。

如图3所示，所述降雨模拟装置包括支撑杆8、底部框架13和降雨网管6；所述底部框架13的四端分别连接支撑杆8，支撑杆8的顶端连接降雨网管6，降雨网管6上布设喷淋孔7，由喷淋孔7进行模拟降雨；

降雨模拟装置主体框架两端的降雨网管6分别通过第一输水管4与第二输水管5与第二进水管3连接，输入的水流经由第二进水管3分别进入第一输水管4与第二输水管5，分别通过第一输水管4与第二输水管5进入降雨网管6，避免仅从一端输水，可以最大程度的减少水头损失，保证降雨模拟系统降雨稳定性。

如图1-图2所示，所述边坡模拟装置设于降雨模拟装置的下方，包括边坡模拟箱9、插板16、导流平台17、液压千斤顶11、第一千斤顶转轴10、第二千斤顶转轴12、箱体支撑杆14与箱体转轴15；

所述边坡模拟箱9的一端通过第一千斤顶转轴10连接液压千斤顶11，液压千斤顶11通过第二千斤顶转轴12连接至底部框架13；

所述边坡模拟箱9的另一端通过箱体转轴15连接箱体支撑杆14，箱体支撑杆14的另一端与底部框架13连接；

所述边坡模拟箱9以箱体转轴15为支点，通过液压千斤顶11实现坡度倾角0～180°的平稳无级调节；

所述边坡模拟箱9的末端设置导流平台17，用于汇集并导流被冲刷的冲刷物与径流雨水等。

在本实施例中，通过液压千斤顶来实现边坡模拟箱角度的无级调节，可稳定调节0～180°任意角度，做到角度调节的易于操作性、调节平稳性、精确性，提高了试验的效率。

在本实施例中，如图4所示，所述边坡模拟箱9靠近导流平台17的侧壁上安装有插板16，所述插板16上设有不同高度的条形孔；

其目的在于：降雨冲刷过程中，被冲刷的冲刷物与径流雨水可由条形孔移动至导流平台17，进而被径流收集装置收集；且插板16还可以满足不同厚度的土层，既保护主体土层不垮塌的同时，又允许被冲刷的冲刷物与径流雨水可由条形孔移动至导流平台17。

作为可选择的一种实施方式，所述边坡模拟箱9的一侧壁上设有插板滑槽21，所述插板16设于插板滑槽21上，便于拆卸插板16；在模拟土质边坡试验过程中，需人工按照一定的参数铺设试验土层，铺设完毕后将插板16沿插板滑槽21插入边坡模拟箱9中，起到固定土坡的作用。

作为可选择的一种实施方式，所述边坡模拟箱9为上部开口的矩形箱体，具体尺寸应根据试验规模确定。

作为可选择的一种实施方式，所述边坡模拟箱9的侧面使用透明亚克力材质，侧方与前方等不同位置可放置高速相机或录像机，方于试验时观察坡面变化。

如图5所示，径流收集装置包括滤网18、径流收集桶19和电子台秤20；所述滤网18内置于径流收集桶19，径流收集桶19设于电子台秤20上，由此实现降雨模拟试验时，滤网18将冲刷下来的冲刷物进行截留，并使径流雨水的通过；称量滤网18中的冲刷物得到其质量，径流收集桶19收集径流雨水，径流雨水与冲刷物总质量由电子台秤实时监测。

在本实施例中，通过径流收集装置对降雨过程中的泥沙、径流雨水的收集并实时监测泥沙、径流雨水质量的变化。径流收集桶中内置的滤网将泥沙过滤，使得仅有水流通过，实现固-水分离；底部的电子台秤实时称量总质量变化，将滤网与截留物取出，即得到径流雨水的质量，从而计算得到截留物的质量。由此实现径流物固-水的收集以及称量的问题，使得试验易操作，提高了试验效率与准确性。

实施例2

本实施例提供一种可变角度的降雨边坡模拟试验系统的试验方法，包括：

通过第一输水管和第二输水管连接供水装置与降雨管网，在降雨管网上布设喷淋孔；

根据试验设定要求，以箱体转轴为支点，通过倾角调节装置进行边坡模拟框架角度的无级调节；

在边坡模拟箱的末端设置导流平台，在靠近导流平台的侧壁上设置插板，插板上设置不同高度的条形孔，以使得降雨冲刷模拟过程中的冲刷物与径流雨水由条形孔移动至导流平台；

在导流平台下设径流收集装置，以由滤网过滤收集冲刷物，由径流收集桶收集径流雨水。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种可调倾角的边坡模拟试验系统，其特征在于，包括：供水装置、降雨模拟装置和边坡模拟装置；

所述供水装置与降雨模拟装置连接，所述降雨模拟装置的下方设置边坡模拟装置，所述边坡模拟装置包括边坡模拟箱、倾角调节装置、箱体支撑杆、插板和导流平台；

所述边坡模拟箱的一端设置倾角调节装置，另一端通过箱体转轴连接箱体支撑杆，以箱体转轴为支点，通过倾角调节装置进行坡度倾角的无级调节；

所述边坡模拟箱的末端设置导流平台，在靠近导流平台的侧壁上安装有插板，插板上设有不同高度的条形孔，以使得降雨冲刷模拟过程中的冲刷物与径流雨水由条形孔移动至导流平台。

2.如权利要求1所述的一种可调倾角的边坡模拟试验系统，其特征在于，所述供水装置包括恒压变频泵，以及恒压变频泵入口和出口分别连接的第一进水管和第二进水管，第二进水管连接降雨模拟装置，水流由第一进水管供水，通过恒压变频泵调整水压后，由第二进水管进入降雨模拟装置。

3.如权利要求2所述的一种可调倾角的边坡模拟试验系统，其特征在于，所述降雨模拟装置包括支撑杆、底部框架、降雨网管和设于降雨网管上的喷淋孔，所述底部框架的四端分别连接支撑杆，支撑杆的顶端连接降雨网管，第二进水管分别通过第一输水管与第二输水管连接至降雨网管。

4.如权利要求3所述的一种可调倾角的边坡模拟试验系统，其特征在于，所述倾角调节装置包括液压千斤顶，液压千斤顶的一端通过第一千斤顶转轴连接边坡模拟箱，另一端通过第二千斤顶转轴连接至底部框架。

5.如权利要求3所述的一种可调倾角的边坡模拟试验系统，其特征在于，所述箱体支撑杆的另一端与底部框架连接。

6.如权利要求1所述的一种可调倾角的边坡模拟试验系统，其特征在于，所述边坡模拟箱的侧壁上设有插板滑槽，所述插板沿插板滑槽固定于边坡模拟箱。

7.如权利要求1所述的一种可调倾角的边坡模拟试验系统，其特征在于，所述边坡模拟箱为上部开口的矩形箱体。

8.如权利要求1所述的一种可调倾角的边坡模拟试验系统，其特征在于，可调倾角的边坡模拟试验系统还包括径流收集装置，所述径流收集装置包括滤网、径流收集桶和电子台秤，所述滤网内置于径流收集桶中，径流收集桶设于电子台秤上。

9.如权利要求8所述的一种可调倾角的边坡模拟试验系统，其特征在于，边坡模拟试验过程中，滤网将由导流平台输送的冲刷物进行截留，并使径流雨水通过，由径流收集桶收集径流雨水。

10.一种可变角度的降雨边坡模拟试验方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的可调倾角的边坡模拟试验系统，包括：

通过第一输水管和第二输水管连接供水装置与降雨管网，在降雨管网上布设喷淋孔；

根据试验设定要求，以箱体转轴为支点，通过倾角调节装置进行边坡模拟框架角度的无级调节；

在边坡模拟箱的末端设置导流平台，在靠近导流平台的侧壁上设置插板，插板上设置不同高度的条形孔，以使得降雨冲刷模拟过程中的冲刷物与径流雨水由条形孔移动至导流平台；

在导流平台下设径流收集装置，以由滤网过滤收集冲刷物，由径流收集桶收集径流雨水。

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