[发明专利]边坡滑坡教学演示装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明属于一种土木(交通)工程教学领域，具体是一种应用于土力学教学使用的边坡滑坡演示装置及试验方法。

背景技术

土力学作为土木、交通、水利等专业的基础学科，在城市化进程愈演愈烈的当今时代，扮演者越来越重要的角色。如何能借助更多的工具，更加有效的提高课堂效率、便于讲解土力学课程中的重点难点已经成为目前的一个重要课题。

边坡滑坡是常见的地质灾害之一，影响着土木、公路、铁路等工程的建设。由于边坡的倾斜表面，在岩土自重条件或外力作用，整块岩土体会有向下滑动的趋势，从而丧失原有的稳定性，最终导致滑坡。引起滑坡的根本原因在于土体内部某个面上的剪应力达到了该面的抗剪强度，其起因有二，其一为由于剪应力的增加，其二为土体本身抗剪强度的减少。在课堂教学过程中，边坡稳定作为重要的章节内容，与工程实际联系紧密。但在教学过程中，由于缺少相关的演示性的实验模型，仅凭借抽象的理论讲授并不能很好的对边坡滑坡做出完整的展示，导致学生不易掌握相关知识内容。

在本发明之前，中国专利CN 103728435 A公开了一种边坡模拟试验装置，用于阐明降雨入渗与地下水变化耦合作用的边坡模拟试验装置，但其装置系统比较巨大，成本高，不便于课堂演示或教学试验；同时也缺少坡顶荷载、地震动荷载等其它条件对边坡滑坡影响的演示，用于教学课堂演示并不完善。

因此需要发明一种形式简单、方便操作，能够模拟降雨入渗、边坡上部加荷、地震动、上部水库蓄水等各种工况条件下的滑坡，用于教学的一套装置及试验方法，用于揭示土力学基本原理、土力学中的力学概念、验证边坡滑坡的各种计算方法体系。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明公开了一种边坡滑坡教学演示装置及试验方法，其可利用现有的技术，模拟降雨入渗、边坡上部加荷、地震动荷载、上部水库蓄水等各种工况条件下的滑坡，系统全面演示边坡滑坡破坏机制；并对不同坡度、不同密实度、不同土质的边坡渐进滑移现象进行演示；同时，利用试验槽上观测区的网格线，记录边坡的滑坡范围，计算滑坡体积，并分析观测结果与计算结果的不同，对比试验结果与理论结果的差异。本装置重在演示土力学基本现象，揭示土力学中的力学原理，对比毕肖普条分法、瑞典条分法等滑坡方法的实用性，从而帮助教师在完成在课堂上对学生的教学任务。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种边坡滑坡教学演示装置，包括PVC试验槽，模拟降水的喷淋设备，模拟坡顶静载的试验砝码，模拟地震动荷载的偏心轴轮，蓄水水槽，小型振动台，其特征在于：模拟降水的喷淋设备安装在PVC试验槽上方，模拟坡顶静载的试验砝码放置于PVC试验槽中边坡坡顶处，模拟地震动荷载的偏心轴轮安装在PVC试验槽下方，蓄水水槽通过导管与PVC试验槽的坡后挡水板相连；用来模拟边坡破坏形式的土体由两种不同颜色土层分层构成，放置于PVC试验槽中，在不涉及模拟地震荷载时，将试验槽放置于底座之上；用网格在PVC试验槽前后立面划分形成边坡观测区，并在PVC试验槽左右立面安装坡后挡水板和坡前挡水板；在演示边坡上部荷载对边坡的破坏作用时，将质量不同的试验砝码放置于边坡顶部；在演示地震动荷载对边坡的破坏作用时，将试验槽放置于小型振动台上；在演示边坡上部水库对边坡的破坏作用时，在边坡顶面挖设大小适当的水槽，将蓄水水槽18通过导管与坡后挡水板进水口15连接。

所述的坡前挡水板和坡后挡水板与PVC试验槽槽体用橡胶连接；坡前挡水板和坡后挡水板与挡水板升降控制器通过齿轮连接；偏心轮轴与PVC试验槽通过齿轮连接。

所述的可视化试验槽由PVC材料制成，内部容积为80×30×50cm³，前后相对的两个面分布有间距为5cm的网格线，试验槽两端部有可上下调节的挡水板。

所述的小型振动台由弹簧支撑和刚性支撑平台组成。

如前所述的一种边坡滑坡教学演示装置的演示方法，其主要步骤如下；

(1)将制备好的、含有一定含水率的重塑土样，用染料染成两种颜色，测量并记录土样的含水率、重度等基本参数指标；交替分层放置于试验槽中容器之中，并形成一定的坡度；通过试验前土样基本参数以及试验槽的刻度确定试验槽内土体体积、土压力等参数；如果必要，对重塑土样进行加压固结；

(2)将不同颜色的土样，交替分层放置于试验槽中容器之中，形成一定的坡度，根据前后观测区的网格线与土体的相对位置，观察并记录边坡原始形态，标记可能存在的重点破坏位置；