CN204556622U - 一种岩土体灾变的模拟及检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种岩土体灾变的模拟及检测装置。包括承载有岩土的机械翻斗装置、人工降雨装置、信息采集及监测系统、控制器和支撑框架，机械翻斗装置安装在地面上，支撑框架位于机械翻斗装置的上方，机械翻斗装置正上方的支撑框架上固定安装有人工降雨装置，机械翻斗装置内安装有信息采集及监测系统，控制器分别与机械翻斗装置、人工降雨装置和信息采集及监测系统连接。本实用新型能模拟滑坡泥石流等常见岩土体灾害的灾变过程，为岩土体灾害的研究提供定量研究，并且固定的装置和可自主设定参数的降雨量和边坡可以提高研究的全面性和效率。

Description

一种岩土体灾变的模拟及检测装置

技术领域

本实用新型涉及了一种模拟与检测装置，尤其是涉及了一种岩土体灾变的模拟及检测装置，可模拟滑坡泥石流灾害。

背景技术

现在对岩土灾害的研究大体是通过实地监测分析，这样往往存在靠天吃饭的问题，使研究存在被动性，而且一地的地质环境是特定的，研究结果推广到不同地区的可行性不大。计算机辅助对岩土灾害发生的仿真可以对研究大有帮助但还是代替不了实物的研究。

并且新开发出的灾害监测方法和仪器缺少用于检验其正确性和可靠性的平台；研究的分散性很强，影响灾害发生的因子很多，当下的研究往往只考虑一两个因子，没法构成系统的监测网络，也就无法得出科学全面的结论。这一领域现有的装置大多都是小微型的，根据量变产生质变原理，大型装置才更可能接近现实的情况，小微装置也无法负载更多的功能。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供了一种岩土体灾变的模拟及检测装置，对自然降雨和自然坡度岩土的模拟以及对岩土与地质环境信息实时采集，实现对岩土体灾变的直接和全面的研究。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：

本发明包括承载有岩土的机械翻斗装置、人工降雨装置、信息采集及监测系统、控制器和支撑框架，机械翻斗装置安装在地面上，支撑框架位于机械翻斗装置的上方，机械翻斗装置正上方的支撑框架上固定安装有人工降雨装置，机械翻斗装置内安装有信息采集及监测系统，控制器分别与机械翻斗装置、人工降雨装置连接。

所述的机械翻斗装置包括底座、厢体、挡板、液压油缸和液压控制器；厢体顶端敞开，厢体四边的其中一边安装有铰接的挡板，其余三边安装有固定板，挡板顶部铰接在两侧的固定板之间；厢体通过底座安装在地面上，厢体底板靠近挡板一侧的底部与底座一侧的支撑柱铰接，厢体底板远离挡板一侧底部连接液压油缸的一端，液压油缸另一端支撑在地面，液压油缸经液压控制器与控制器连接。

所述的信息采集及监测系统包括雨量计、含水率传感器、倾角传感器、角铁定桩、定杆、倾角传感器、地下位移传感器和拉长传感器，定杆插入厢体的岩土中，定杆底部固定在厢体上，定杆顶部安装有雨量计、信息采集及发送主机和拉长传感器，倾角传感器固定安装在厢体；角铁定桩插入岩土中，地下位移传感器和含水率传感器均埋入岩土中，角铁定桩顶部经钢丝连接拉长传感器，雨量计、含水率传感器、倾角传感器、地下位移传感器和拉长传感器均经电线连接到信息采集及发送主机。

所述的人工降雨装置包括包括人工降雨管道、水泵和电动阀和流量计；水源连接到水泵，水泵出口依次经流量计、电动阀连接三条水平安装在支撑框架上的人工降雨管道，各条人工降雨管道的底面上均布有降水喷头，控制器连接水泵和电动阀。

所述的厢体底板表面设有用于防滑的钢柱。

所述的液压油缸的伸缩使得厢体从水平到倾斜具有0-60度的翻转角度。

本实用新型具有的有益效果是：

本实用新型依托于相似性原理，可渐进的对现实的岩土体灾变过程进行模拟与测量，并且可部分改变岩土地质环境的要素，模拟测量不同的地质环境，使模拟与测量的研究更具全面性。

本实用新型通过对影响岩土灾害发生的降雨量，岩土结构和自然斜坡的坡度等要素的模拟，可将岩土灾害的研究由定性研究扩展到定量研究，并且可自主的对这些要素的改变可提升研究的全面性，且固定的设备和排除外界因素的干扰可大大提高研究效率。并且这些信息通过信息采集传感和监测系统得以保存和实时监测，为研究也提供了新的便利。

附图说明

图1是本实用新型的主要结构示意图。

图2是本实用新型机械翻斗装置的右视示意图。

图3是本实用新型机械翻斗装置的后视示意图。

图4是本实用新型厢体的内部示意图。

图5是本实用新型机械翻斗装置的底座示意图。

图6是人工降雨装置的结构示意图。

图7是信息采集及监测系统的部件安装示意图。

图8是信息采集及监测系统的内部连接示意图。

图中：1为控制器，2为人工降雨装置，3为机械翻斗装置，4为支撑框架，5为信息采集及监测系统，6为底座，7为厢体，8为挡板，9为厢体底板，10为轴承，11为液压油缸，12为液压控制器，13为钢柱，14为人工降雨管道，15为降水喷头，16为水泵，17为流量计，18为电动阀门，19为雨量计， 22为信息采集及发送主机，23为钢丝，24为角铁定桩，25为倾角传感器，26为岩土，27为拉长传感器，28为地下位移传感器，29为含水率传感器，30为定杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括承载有岩土26且可改变角度的的机械翻斗装置3、人工降雨装置2、信息采集及监测系统5、控制器1和支撑框架4，机械翻斗装置3安装在地面上，支撑框架4位于机械翻斗装置3的上方，机械翻斗装置3正上方的支撑框架4上固定安装有人工降雨装置2，机械翻斗装置3内安装有信息采集及监测系统5，控制器1分别与机械翻斗装置3、人工降雨装置2连接。

本实用新型能检测土体的地表位移及地表以下岩土的位移组成的，支撑框架4承托人工降雨装置2。通过对自然降雨的模拟和对边坡的模拟来完成对岩土灾害的相应研究，为滑坡、泥石流等常见岩土体灾害的研究提供一个平台。

如图2和图3所示，机械翻斗装置3包括底座6、厢体7、挡板8、液压油缸11和液压控制器12；厢体7顶端敞开，厢体7四边的其中一边安装有铰接的挡板，其余三边安装有固定板，挡板顶部铰接在两侧的固定板之间；厢体7通过底座6安装在地面上，厢体底板9靠近挡板一侧的底部与底座6一侧的支撑柱铰接，厢体底板9远离挡板一侧底部通过轴承10连接液压油缸11的一端，液压油缸11另一端通过轴承10支撑在地面，液压油缸11与液压控制器12连接，控制器1连接液压控制器12控制液压油缸11。

如图7所示，信息采集及监测系统5包括雨量计19、含水率传感器29、倾角传感器25、角铁定桩24、定杆30、倾角传感器25、地下位移传感器28和拉长传感器27，定杆30插入厢体7的岩土26中，定杆30底部固定在厢体7上，定杆30顶部安装有雨量计19、信息采集及发送主机22和拉长传感器27，倾角传感器25固定安装在厢体7；角铁定桩24插入岩土26中，地下位移传感器28和含水率传感器29均埋入岩土26中，角铁定桩24顶部经钢丝23连接拉长传感器27，雨量计19、含水率传感器29、倾角传感器25、地下位移传感器28和拉长传感器27均经电线连接到信息采集及发送主机22。

雨量计19为翻斗式雨量计，雨量计19接收人工降雨装置2的降水喷头15喷出的水；含水率传感器29为垂直交叉平面式岩土含水率传感器，倾角传感器25为单轴倾角传感器。

如图6所示，人工降雨装置2包括包括人工降雨管道14、水泵16和电动阀18和流量计17；水源连接到水泵16，水泵16出口依次经流量计17、电动阀18连接三条水平安装在支撑框架4上的人工降雨管道14，各条人工降雨管道14的底面上均布有降水喷头15，控制器1连接水泵16和电动阀18进行控制。

如图4所示，厢体底板9表面设有用于防滑的钢柱13。

由于机械的负载较大，从可靠性和安全性设计底座6如图5所示，全部通过不同规格的工字钢焊接而成而且根据三角稳定原理使底座的两侧设计成正倒三角的结构，并且两侧的底部之间通过两根工字钢当横梁连接，且底座上面焊接有安装轴承座的基座，使四个支点位置水平，确保厢体平稳。且翻斗上安装有倾角传感器25，可实时监测翻斗所在的角度。

如图8所示，信息采集及发送主机22包括AD转换模块、MCU及其外围模块与存储器，MCU分别与AD转换模块和存储器连接，AD转换模块采集各个传感器的信号后传送到MCU。

液压油缸11的伸缩使得厢体7从水平到倾斜具有0-60度的翻转角度。

本实用新型的具体模拟与测量过程是：

1)通过人工降雨装置2，实现对自然降雨的模拟，并且可以实现对降雨的实时控制和大小控制。

2)通过机械翻斗装置3，实现边坡的模拟，并可以改变坡度的且可承载足够重量的机械装置。

3)对降雨量、坡度、岩土含水率、地表位移、地下位移这些岩土与地质环境信息通过各个传感器进行采集，从而实现实时监控。

本实用新型各传感器将采集的数据通过A/D转换模块发送到MCU处理，进行实时监测并保存数据。

控制器可控制装置的总的水电，改变雨量大小，改变厢体角度，并接收采集仪器测量的数据实现监测。

本实用新型的具体实施过程如下：

如图2所示，机械翻斗装置是先将实验岩土混合好后放置于翻斗厢体7内，通过控制器1控制液压控制器来控制液压油缸11的动作从而改变翻斗的角度，如图3为确保翻斗举升的过程中发生晃动设计双油缸结构，如图4厢体内部做了防滑处理焊接有钢柱13，确保岩土发生形变是由于重力和岩土内部剪应力的作用，如图5设定的厢体7转动的区间为0-60度从安全性和要求的需要出发设计图5所示的底座，且厢体上安装有倾角传感器25，可以监测厢体7实时的角度变化，通过这一反馈可实现闭环控制实现角度的设定。

实施例承载岩土的机械翻斗装置为可满足最大100吨的负载设计的，而基于以上目标设计的尺寸就相应为5米×4米×1.5米的厢体规格，而最高翻转60度的要求和同时厢体在最大倾角处最低离地面不能少于0.5米以免干扰岩土的滑落。这些目标就决定了降雨框架4的高度，包括特别设计承重的底座6，以及考虑安全和平稳性设计的采用双油缸模式，由于自然中的岩土灾害现象是土内部力与重力含水率之间的关系故岩土与厢体底部的摩擦力要足够大基于此原因翻斗厢体7内部作防滑处理，底部均匀焊接钢柱13，且厢体7底板9通过工字钢焊接作加厚处理，通过两台30T的液压油缸来改变其角度，通过液压站提供动力轴承来保证翻转区间为0-60度，且有挡板方便需要时锁住厢体内的岩土，工作可以解锁。

如图7，定杆30焊接在机械翻斗厢体内，角铁定桩24插入土内，含水率传感器29、地下位移传感模块28埋入土中。定杆30上装有雨量筒19、雨量与地表位移信息处理及发送主机22，拉长传感器连接钢丝23钢丝另一端固定在角铁定桩24上，两者之间的土体发生位移会改变拉长传感器的拉长量通过相应处理电路得出岩土表面位移依据这一原理实现对表层岩土位移的监测。倾角传感器25置于厢体上实时监测厢体与水平面的倾角，地下位移传感模块通过自身姿态的变化测出地下岩土位移的变化情况，含水率传感器29监测岩土含水率的变化，各个传感器接入主机22，这一过程实现了信息采集和实时监测。

在实施例中人工降雨装置连接自来水，将降雨设备架在先搭好的高7米高的托高框架上且顶部均匀分布竖杠，如图1外部框架所示，人工降雨装置2包括人工降雨管道14、控制流量的电动阀18和增压的水泵16，在框架上方机械翻斗厢体的正上方均匀水平铺设3条PVC管作为人工降雨管道14，其中一端彻底密封，密封端在同一侧，通过连接器将几条PVC管连通，并通过输水管将水导入管内，每条人工降雨管道14均安装有三个降水喷头15，通过计算使喷头15喷出的水能均匀覆盖正下方的岩土26并以此确认好九个喷头的位置，在输水管路径中依次安装增压的水泵16，并将水泵16接入水源，记录流量的流量计17，调节流量的电动阀18，且通过雨量计17来实时监测降水量，通过控制器来控制雨量调节和雨量。如图6，展示了人工降雨装置2的安装路径及主要构成部分，通过水泵16和电动阀18来控制流量从而改变降水量，同时通过雨量计19实时记录降水量通过这一反馈实现闭环控制，实现降水量的设定。

如图8，信息采集及监测系统5：雨量计19、拉长传感器27、倾角传感器25、地下位移传感模块28和岩土含水率传感器29采集数据，并进行保存和实现了实时监控，实现了对灾变过程各信息采集量的跟踪监测。

实施例可对滑坡、泥石流地质隐患点展开研究，首先采集其地貌、地质、大气水文信息。基于以上信息，通过对本装置以下的操作来实现灾变模拟：其中控制器1控制液压控制器12驱动液压油缸11相应调节机械翻斗角度，同时安装于厢体7的倾角传感器25实时监测厢体实时与水平面的夹角，可作为反馈量来实现闭环反馈控制来实现对坡度的设定，加之由实际土样分析而组成的实验岩土26共同来模拟隐患点边坡。

控制器1通过控制电动阀18和水泵16来开展降水实验，与此同时雨量计17实时监控降水大小并以此作为反馈量实现闭环反馈控制以实现到对降水量的设定，当降水达到设定值控制器1停止降水工作。同时含水率传感器实时跟踪监测岩土含水率、地表位移传感器实时监测实验岩土地表位移、地下位移传感器实时监测实验岩土中底层的位移信息。

由此，本实用新型能模拟滑坡泥石流等常见岩土体灾害的灾变过程，为岩土体灾害的研究提供定量研究，并且固定的装置和可自主设定参数的降雨量和边坡以及各信息量的实时跟踪监测可以提高研究的全面性和效率。

Claims (6)

1.一种岩土体灾变的模拟及检测装置，其特征在于：包括承载有岩土（26）的机械翻斗装置（3）、人工降雨装置（2）、信息采集及监测系统（5）、控制器（1）和支撑框架（4），机械翻斗装置（3）安装在地面上，支撑框架（4）位于机械翻斗装置（3）的上方，机械翻斗装置（3）正上方的支撑框架（4）上固定安装有人工降雨装置（2），机械翻斗装置（3）内安装有信息采集及监测系统（5），控制器（1）分别与机械翻斗装置（3）、人工降雨装置（2）连接。

2.根据权利要求1所述的一种岩土体灾变的模拟及检测装置，其特征在于：所述的机械翻斗装置（3）包括底座（6）、厢体（7）、挡板（8）、液压油缸（11）和液压控制器（12）；厢体（7）顶端敞开，厢体（7）四边的其中一边安装有铰接的挡板，其余三边安装有固定板，挡板顶部铰接在两侧的固定板之间；厢体（7）通过底座（6）安装在地面上，厢体底板（9）靠近挡板一侧的底部与底座（6）一侧的支撑柱铰接，厢体底板（9）远离挡板一侧底部连接液压油缸（11）的一端，液压油缸（11）另一端支撑在地面，液压油缸（11）经液压控制器（12）与控制器（1）连接。

3.根据权利要求2所述的一种岩土体灾变的模拟及检测装置，其特征在于：所述的信息采集及监测系统（5）包括雨量计（19）、含水率传感器（29）、倾角传感器（25）、角铁定桩（24）、定杆（30）、倾角传感器（25）、地下位移传感器（28）和拉长传感器（27），定杆（30）插入厢体（7）的岩土（26）中，定杆（30）底部固定在厢体（7）上，定杆（30）顶部安装有雨量计（19）、信息采集及发送主机（22）和拉长传感器（27），倾角传感器（25）固定安装在厢体（7）；角铁定桩（24）插入岩土（26）中，地下位移传感器（28）和含水率传感器（29）均埋入岩土（26）中，角铁定桩（24）顶部经钢丝（23）连接拉长传感器（27），雨量计（19）、含水率传感器（29）、倾角传感器（25）、地下位移传感器（28）和拉长传感器（27）均经电线连接到信息采集及发送主机（22）。

4.根据权利要求1所述的一种岩土体灾变的模拟及检测装置，其特征在于：所述的人工降雨装置（2）包括包括人工降雨管道（14）、水泵（16）和电动阀（18）和流量计（17）；水源连接到水泵（16），水泵（16）出口依次经流量计（17）、电动阀（18）连接三条水平安装在支撑框架（4）上的人工降雨管道（14），各条人工降雨管道（14）的底面上均布有降水喷头（15），控制器（1）连接水泵（16）和电动阀（18）。

5.根据权利要求2所述的一种岩土体灾变的模拟及检测装置，其特征在于：所述的厢体底板（9）表面设有用于防滑的钢柱（13）。

6.根据权利要求2所述的一种岩土体灾变的模拟及检测装置，其特征在于：所述的液压油缸（11）的伸缩使得厢体（7）从水平到倾斜具有0-60度的翻转角度。