[发明专利]降雨与库水位耦合作用滑坡物理模拟试验装置

说明书

本发明公开了一种降雨与库水位耦合作用滑坡物理模拟试验装置，它包括人工降雨模拟单元、模型箱单元和监测单元，所述降雨单元设有大功率水泵、储水井、控制台、沉沙池、回水槽和数控分水阀门；所述模型箱单元四周及底部密封，前端设有控水阀门，底部设有重型带刹脚轮，箱内设有滑床，滑床上设滑动带，滑动带上设滑体，滑动后缘设有滤水管，滑体及滑带设有传感器，箱体前缘设有液位计、进水管、控水阀门；所述监测单元包括摄像机、物理量传感器、数据采集和处理系统；所述装置用于模拟山体滑坡在多工况条件下的变形破坏模型试验，可实时监测滑坡不同部位物理量参数，能够进行降雨、库水位等多参数耦合作用滑坡的试验研究。

技术领域

本发明涉及地质灾害模型试验领域，具体涉及一种降雨与库水位耦合作用滑坡物理模拟试验装置。

背景技术

2006年，虞修竞等发明了地质环境模拟实验装置，包括机架、储水箱、下游端与机架铰接的模拟箱，可用于模拟地质灾害的形成和对地质灾害控制以及模拟地下水运动规律。

2008年，罗先启等发明雨水作用下的大型滑坡物理模型试验系统，主要包括模型平台起降控制系统、室内人工降雨控制系统、水库水位变化控制系统、多物理量测控制系统、非接触位移光学量测系统和Y射线透射法水分测试系统，可用于雨水或库水条件下的滑坡物理模型试验。

2010年，刘东等发明了滑坡模拟实验装置，包括敞口实验箱、水平支架、实验箱和自动测角仪，可根据不同宽度边坡模型的需要调节实验箱的宽度，还可实现全过程记录。

2012年，唐辉明等公开了一种多工况框架式地质力学模型轻便试验装置，主要包括框梁式试验台架、降雨模拟器、库水位调节器和自重式水平加载机构，可用于库水位变化引起的滑坡模拟。

2013年，周军平等发明了一种模拟边坡降雨入渗及影响稳定性因素的分析实验装置，包括模拟边坡降雨系统，边坡试验框及试验检测系统，可用于分析不同坡度土质滑坡的稳定性分析。

2014年，李宏恩等公开了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，主要以有机玻璃试验箱，降雨系统和供水箱组成，该模型可在降雨入渗与地下水变化耦合作用滑坡的变形模拟。

2015年，程圣国等人发明了一种三维人工降雨水库型滑坡物理试验设备，主要包括箱体、人工降雨系统、TDR水分测试系统，可用于控制滑坡体正前方水位变化的滑坡模拟。

2017年，殷跃平等发明了一种块状滑坡碰撞解体效应的模型试验方法，利用滑槽电动葫芦装置，解决块状岩质滑坡在高速远程运动过程的碰撞解体效应问题。

2018年，黄磊等公布了一种用于滑坡模型试验的模拟装置，包括横移结构、纵移结构、降水结构等，可模拟滑坡模型不同方位、不同方向上的降雨。

以上关于滑坡物理模拟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，其理论及应用也较为成熟；但滑坡模型试验的对象除了岩质滑坡，还有土质、碎石土、堆积体滑坡等类型，特别是含软弱夹层堆积体滑坡更为常见，目前国内外针对含软弱夹层堆积体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）以往的滑坡物理模拟装置设计多是固定式框架结构和钢梁结构，不能实现滑坡模型的可移动化，不利于降雨场地的重复利用。

2）在滑坡变形破坏机制研究中，特别是堆积体滑坡研究中，地质结构模型对滑坡形成的影响研究已经取得了较大的进展，但在软弱夹层堆积体滑坡模型及考虑双向渗透作用的地质结构模型研究仍然存在较大的问题。以往的试验装置没有考虑到滑坡后缘裂缝和软弱夹层对降雨入渗的双重影响。

3）实际工程中应力场与地下水流场的时空特点随机性较强，滑体不同位置的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，试验成果主要依靠于模型相似材料及数据采集的可靠性。虽然目前测试手段获得了较大的发展，但松散岩土混合物组成的堆积体的相似材料研究仍然存在很大的困难，这严重制约了地质力学模型试验技术的发展。