[实用新型]一种三维人工降雨水库型滑坡物理模型试验设备

说明书

技术领域

本实用新型属于地质灾害模型试验领域，具体设计一种三维人工降雨水库型滑坡物理模型试验设备。 

背景技术

滑坡模型试验作为地质力学模型试验的一种类型，按照介质类型可分为岩质与土质，其模拟技术也可相应的分为两类，目前国内外的模型试验研究主要集中在岩质材料模拟方面，并取得了较大成功，其理论及应用日趋成熟；但滑坡模型试验的对象除了岩质滑坡之外，还有土质、碎石土等类型，特别是三峡库区，土质和碎石土滑坡更为普遍，目前国内外针对土质或碎石土的滑坡模型试验技术研究才刚刚起步，仍然存在较多的问题：

1）土或碎石土是碎散性材料，现实还难于实施在保持其原有物理、力学性质条件下，将其自重应力水平转化为1/n，因此该试验只是部分满足了物理模型与原型间的几何相似和力学相似，而不能精确反映原型的整体特征。

2）在土体研究，特别是软土研究中，破坏模型试验已经取得较大进展，但在软土弹塑性模型以及考虑水介质作用的渗透模型研究中进行常规模型试验存在很大的困难，因为在普通重力场内，模型试验规模是有限的，但模型中各点的应力水平仍然比原型低得多，土体的许多应力应变关系特别是非线性关系在模型中不能得到真实体现，试验成果主要依赖于模型相似材料的相似性以及数据采集的可靠性。从目前国内外的研究成果显示，虽然目前测试手段获得了较大发展，但软土等软弱散体的相似材料研究存在很大的困难，这严重制约了地质力学模型试验技术的发展。

3）二维滑坡模型的两侧边接触摩擦问题。二维滑坡模型试验不可避免的在两侧边产生相似材料与侧边的摩擦问题，目前的研究表明，这种摩擦系数大小成为模型试验的主要控制条件。

4）滑坡模型试验相似材料配制研究是滑坡模型中的难点之一，目前岩质滑坡的相似材料随着石膏系相似材料模拟技术的逐渐成熟而基本解决，土质滑坡特别是软土体相似材料的研究却一直存在相当的难度。土体作为自然界中一定历史条件形成的自然产物，其具有性质具有多样性、区域性等特点，要研制一种材料完全满足各方面的相似条件是不可能的，所以有必要忽略其次要因素、针对主要因素开展实验研究，并采用模糊综合评判法择优选择。目前土体相似材料参数相似中，容重、粘聚力、内摩擦角、弹性模量等四个因素的相似是可以满足的，但在此基础上再加入参量如渗透系数等时，其相似满足就存在较大的困难。

5）土工离心模型试验也存在很多缺陷，首先离心惯性力场和重力场并不能完全相似，离心惯性力场与惯性半径成正比，模型上各点的加速度不同，大小和方向都在发生变化，致使土工离心模型试验不能获得均匀的力场，这与工程实际存在较大差异；其次加料过程中产生的科氏加速度也会引起离心模型误差；最后加速和制动问题也是离心模型试验的一个问题之一。旋转速度的提升和降低直至停止都需要一定的时间，这样所造成的力场的变化与工程实际也是不相符的，对试验结果的可靠性造成了很大的影响。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种三维人工降雨水库型滑坡物理模型试验设备，能够集多种物理量测试与控制系统、人工降雨控制系统、库水位控制系统、光测非接触式位移测试系统和TDR水分测试系统于一体的大型滑坡模型试验平台。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种三维人工降雨水库型滑坡物理模型试验设备，包括箱体，所述箱体四周及底部密封，顶部设有人工降雨系统，箱体内设有滑坡床，滑坡床上设有滑坡体，滑坡床的顶端设有用于模拟地下水径流的后缘补水系统，滑坡体内设有物理量测试与控制系统，滑坡体的表面设有TDR水分测试系统，箱体外还设有用于控制滑坡体正前方水位的库水位控制系统，所述滑坡体正前方的箱体上还设有出闸门。

所述人工降雨系统系统包括设于箱体顶部的多个喷头，喷头通过水管与电磁阀和水泵连接。该系统通过将电磁阀和水泵的开关与计算机连接，然后通过计算机模拟微雨、小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨等常见多发雨型，降雨强度范围为10-280mm/h，实现全自动人工模拟降雨。

所述后缘补水系统由后缘补水槽和补水控制阀组成，后缘补水槽内填充卵石及砂粒。所述砂粒的粒径约为0.5～2mm，通过后缘补水系统可以模拟滑坡体内地下水径流，使得环境条件更接近于实际工程条件。

所述物理量测试与控制系统包括拉线式位移传感器、土压力传感器和孔隙水压力传感器，拉线式位移传感器通过支架固定在滑坡体上部，土压力传感器和孔隙水压力传感器埋置在滑坡体内部。本实用新型设置的传感器的种类较多，使得测试的物理量更为全面；且提供的传感器的工作性能好、精度较高。