[发明专利]降雨与地下水耦合作用下边坡模拟试验装置及试验方法

说明书

一、技术领域

本发明属于一种应用于水利、铁路、公路等工程领域，具体是一种降雨与地下水耦合作用下边坡滑坡模型试验装置及试验方法，利用该装置及试验方法能进一步阐明边坡滑坡机理，为边坡滑坡治理提供技术支持。

二、背景技术

在我国发生的各类自然灾害中，滑坡已成为仅次于地震的第二大地质灾害。大量滑坡实例表明，降雨是触发滑坡、泥石流、山洪等严重地质灾害的主要诱因。随着雨水的渗入，地下水位抬升，边坡土体饱和度逐渐增加，孔隙水压力明显上升，对应的基质吸力不断降低进而引起土体及潜在破裂面抗剪强度下降，当降雨强度和持时达到一定程度时，便会导致边坡失稳。

边坡模型试验研究具有边界条件多样、操作简便、重现性强等优点，已成为降雨诱发滑坡机理研究的常用手段。传统研究降雨入渗条件下边坡稳定性的试验装置一般只考虑了降雨条件的影响，并没有考虑地下水变化对边坡性态的影响。

因此需要发明一个能够反映降雨入渗与地下水变化耦合作用的边坡模拟试验装置，并监测不同降雨条件下边坡土体的表面和内部性态。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种降雨与地下水耦合作用下边坡模拟试验装置及试验方法。

本发明目的是通过以下技术方案实现的： 

一种降雨与地下水耦合作用下边坡模拟试验装置，其特征在于该试验装置由有机玻璃试验箱1，降雨系统2和供水箱3所制成，其中，降雨系统2安装在有机玻璃试验箱1的上方，供水箱3放置在有机玻璃试验箱1的一侧；将两块网状隔板7的底部和两侧面与试验箱1的底部和两侧面粘结, 形成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个小箱体，在Ⅰ小箱体侧面的底部安装一个PVC水管4，PVC水管4上安装第一自动流量计5和第一节制阀6；降雨系统2从左到右前6节PVC水管4分别与7节PVC三通管8连接，后4节PVC水管4分别与水压表9、第二节制阀6、第二自动流量计5、加压水泵10相连接后通入供水箱3中，在7节PVC三通管8的下端分别安装喷头11，在第二自动流量计5与加压水泵10之间的PVC水管4上连接1个PVC水管4，在PVC水管4上端安装第三个自动流量计5与第三节制阀6，在两块网状隔板7的内侧面上各粘贴一块土工布12。

所述的降雨诱发滑坡模拟试验装置，其特征在于所述的PVC水管4、PVC三通管8、喷头11、水压表9、节制阀6、自动流量计5和加压水泵10的口径相匹配并用螺纹连接。

所述的降雨诱发滑坡模拟试验装置进行模拟试验的方法，其试验方法步骤如下：

1) 将现场开挖的粘土在恒温烘箱中烘干，按照原状土级配、初始含水量制备土样；

2) 在有机玻璃试验箱1 的Ⅱ小箱体内的有机玻璃内壁均匀涂抹凡士林，将制备好的土样按照原状样密度装入有机玻璃试验箱1 的Ⅱ小箱体内，将土样放置一定厚度后依次埋设变形标点塑料管13，间距为10cm，然后在变形标点塑料管13上部放置试样土，形成ABCD试样土斜坡；

3) 在试样土斜坡中依次插入4支张力计14，间距为10cm、在4个张力计14的后方平行插4支孔隙水压力计15，间距为10cm，

4) 然后在有机玻璃试验箱1的Ⅱ小箱体的正前方的有机玻璃外表面上绘制网格，网格间距为1cm；

5) 在供水箱3中注满水，分别打开第三节制阀6，第三自动流量计5，然后启动加压水泵10，记录第三自动流量计5初始读数，向有机玻璃试验箱1的Ⅲ小箱体内注水，注入一定水头后停止注水，关闭加压水泵10，记录第三自动流量计5读数，关闭第三节制阀6；等待24h后，重复步骤5）直到有机玻璃试验箱1 的Ⅲ小箱体内保持恒定水头；

6) 打开第二节制阀6、加压水泵10，通过第二节制阀6控制降雨量，直至设定降雨量为止，开始降雨，记录第二自动流量计5初始值，

7) 间隔30min分别记录4支张力计14、4支孔隙水压力计15的读数，间隔1min读取边坡变形标点塑料管13数值，该数值通过有机玻璃试验箱1 的Ⅱ小箱体的正前方的有机玻璃外表面上绘制网格获取，间隔1min测量滑坡前缘、后缘的变形，直至边坡发生滑坡破坏为止；

8) 先关闭加压水泵10，然后关闭第二节制阀6，停止降雨，记录第二自动流量计5数值，并通过有机玻璃试验箱1的Ⅱ小箱体的正前方的有机玻璃外表面上绘制网格记录试验土样地下水位值，试验结束。

本发明的原理如下：