[发明专利]一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统及方法

权利要求书

1.一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统，其特征在于该系统包括：

滑坡模拟装置(1)、称重装置(2)、记录与显示系统(4)；

所述滑坡模拟装置(1)内部设有土石混合体夹层(8)，土石混合体夹层(8)一侧上方位置设有喷头(9)，土石混合体夹层(8)上部布置有透水混凝土覆盖层(13)，土石混合体夹层(8)下部布置有滑床(12)，土石混合体夹层(8)最低处设有导流管(14)；

所述称重装置(2)包括支座(20)、蓄水桶(19)；

称重装置(2)通过设置在支撑架(16)上的收紧环(17)与滑坡模拟装置(1)的导流管(14)连通，支撑架(16)置于称重传感器(3)上，收紧环(17)下方设置滤网袋(18)，滤网袋(18)外部设置蓄水桶(19)，蓄水桶(19)置于支座(20)上；

称重传感器(3)连接记录与显示系统(4)，记录与显示系统(4)用于记录土石混合体夹层(8)内孔隙发育过程。

2.根据权利要求1所述一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统，其特征在于：该系统还包括高速摄像机(5)，高速摄像机(5)用于对滑坡模拟装置(1)内的土石混合体夹层(8)表面进行监测。

3.根据权利要求1所述一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统，其特征在于：所述滑坡模拟装置(1)包括透明材料制作而成的观测壁(6)，滑坡模拟装置(1)置于一个带有行走轮的框架(7)上。

4.根据权利要求1所述一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统，其特征在于：所述喷头(9)设置在底部为透水石(10)的开口水箱(11)内。

5.根据权利要求4所述一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统，其特征在于：所述喷头(9)连接喷淋系统，喷淋系统能够控制喷头(9)的开关及喷头内水的流量和流速。

6.根据权利要求1所述一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统，其特征在于：所述导流管(14)有多根，导流管(14)通过设置在滑坡模拟装置(1)外壁的支杆(15)支撑。

7.根据权利要求1所述一种可视化土石混合体库岸边坡渗流侵蚀监测系统，其特征在于：所述蓄水桶(19)设置有排水管(21)。

8.采用如权利要求1～7任意一种监测系统的土石混合体渗流侵蚀实时监测方法，其特征在于：

先称量干黏土的质量，然后将黏土和块石混合均匀布置在滑床(12)上，分不同应力情况是否布置相应厚度的透水混凝土覆盖层(13)；

当滑坡模拟装置(1)发生渗流侵蚀时，称重装置(2)能够获得土石混合体夹层(8)受侵蚀而损失的黏土的质量，称重传感器(3)测得的黏土的质量传递到记录与显示系统(4)，由记录与显示系统(4)中出现的土的质量，判断黏土颗粒的质量损失情况；

采用质量损失率评价黏土的质量损失程度：

式中：M_t为t时刻黏土质量损失率，m_s为侵蚀前黏土颗粒质量，为侵蚀后t时刻土在水中的质量，即称重传感器3清零后侵蚀过程中的实时数据。

9.采用如权利要求1～7任意一种监测系统的土石混合体渗流侵蚀实时监测方法，其特征在于：

当滑坡模拟装置(1)模拟地下水位变化、库水位升降变化、降雨及上覆岩层应力等单因素或者多因素耦合作用下的土石混合体侵蚀过程时，高速摄像机(5)拍摄并记录土石混合体夹层(8)内孔隙发育过程，并运用全局阈值Otsu法进行图像二值化处理；

采用侵蚀率N_t评价土体侵蚀情况：

N_t＝n_t-n₀；

式中：n₀为初始孔隙率，为试样原孔隙面积，S为试样原始表面积；n_t为t时刻孔隙率，为t时刻孔隙的面积，N_t为t时刻侵蚀率，实际操作过程中，将t时刻高速摄像机拍摄的图片导入到Matlab软件，即可处理得到；

通过图像监测分析，能够获得不同试验条件、不同时间土石混合体不同区域的侵蚀演化规律。