[发明专利]一种模拟土质边坡滑塌过程的模型试验系统

说明书

本发明公开了一种模拟土质边坡滑塌过程的模型试验系统，包括：模型箱、滑床结构、滑带结构、滑体结构、崩塌结构、降雨系统、控制系统和监测系统，通过对滑带摩擦系数的调整，进而达到对滑带的分段滑动控制，通过滑体土条之间的湿敏性材料吸湿膨胀收缩的特性模拟坡体裂缝，通过崩塌土条之间的预留气囊的充放气模拟崩塌体张拉裂缝，所述监测系统使用无接触技术，获得土体在滑坡过程中的位移场和速度场的变化规律。与现有技术相比，本发明提供的模拟土质边坡滑塌过程的模型试验系统，可以实现对土质边坡常见的滑坡、崩塌的全过程模拟，还可以模拟降雨型滑坡的失稳过程。

技术领域

本发明涉及滑坡灾害模型试验的技术领域，尤其涉及一种模拟土质边坡滑塌过程的模型试验系统。

背景技术

滑坡是一种危害极大的自然灾害，长期以来该领域均是各国学者研究的重要方向之一。而黄土滑坡作为一种特殊的工程地质灾害，由于土质边坡本身所特有的水敏性，又呈现出和其岩质边坡、土-岩二元边坡滑塌所不同的特征。

国内外相关学者对滑坡机理的研究大多基于对滑坡孕育、启动、发生发展全过程的感性认识，而后采用理论分析法、数值模拟法以及现场监测法对滑坡全过程抽象为数学模型或力学模型再进行后续研究。理论分析法是利用经典力学理论，对滑坡及其所处地质进行简化，一般是对滑坡某一状态的分析，其在一定程度上不能准确反应滑坡发展的复杂过程；数值方法可以模拟滑坡发展动态过程，但土质滑坡模拟涉及到从连续介质到非连续介质的过渡和转变，当前多采用有限元与离散元耦合方法进行模拟，耦合机制有待进一步研究，且模型复杂，计算耗时，结果受所取土体物理力学参数影响大。现场监测方法可真实反映滑坡实际状态，但大部分时候是在滑坡有明显迹象或已经发生滑动后介入，缺乏滑坡从孕育到启动阶段的监测数据，不能反映完整的滑坡发展过程。

滑坡模型试验有完整的相似理论体系作为理论基础，同时可以控制主要试验参数而不受环境条件的限制与影响；便于改变试验参数进行对比试验；经济性好。在滑坡机理研究方面尤其特有的优势，而被广大科研工作者所采用。

由于水在坡体中渗透，使滑带岩土含水量增大，进而导致滑带土抗剪强度参数降低，出现滑坡失稳下滑。同时使滑坡体土体抗剪强度参数降低，出现坍塌现象，导致土质滑坡呈现先滑后塌、先塌后滑以及滑塌交替渐变破坏的特点。因此，模拟黄土滑坡过程的核心问题就是对水的模拟，当前对于降雨的模拟，是在坡体上方使用喷头或喷雾器，使雨水渗入坡体软化滑带，使滑坡下滑。由于受材料相似比限制，模型土体一般颗粒较细，较密实，水不容易渗入滑坡及坡体中。难以实现对滑带土及坡体含水量的控制。一般降雨试验出现的浅层破坏要早于设计滑坡失稳之前发生，导致试验的失败。

发明内容

为解决现有技术存在的局限和缺陷，本发明提供一种模拟土质边坡滑塌过程的模型试验系统，包括模型箱、滑床结构、滑带结构、滑体结构、崩塌模拟结构、降雨系统、控制系统和监测系统；

所述滑带结构包括上滑面、下滑面、夹层材料和电阻丝；

所述滑体结构包括多个滑体土条，所述滑体土条之间设置有湿敏性材料；

所述崩塌模拟结构包括滑床结构上部的稳定结构和滑体结构上部的崩塌结构，所述稳定结构使用分层填筑，所述崩塌结构包括多个崩塌土条，所述崩塌土条之间设置有预留气囊；

所述控制系统用于通过控制所述滑带结构的电阻丝的电阻值来实现滑坡启动方式的控制，通过控制所述崩塌模拟结构的预留气囊的充放气来实现崩塌启动方式的控制，通过控制所述降雨系统的降雨控制阀来实现对降雨强度和降雨量的控制；

所述监测系统包括颗粒图像监测系统和三维激光扫描系统，所述颗粒图像监测系统用于定时获取图像序列数据，对所述图像序列数据进行对比分析，获得降雨入渗的浸润线变化过程，以及获得土体在滑坡过程之中的位移场变化规律和速度场变化规律，所述三维激光扫描系统用于获取滑坡崩塌过程之中的三维点云数据，所述监测系统用于将所述颗粒图像监测系统获得的边坡断面位移场和所述三维激光扫描系统获得的边坡平面位移场拟合形成土体的三维位移场。