[发明专利]一种冻融诱发边坡滑坡的模拟装置

说明书

本发明公开了一种冻融诱发边坡滑坡的模拟装置，属于滑坡模拟试验技术领域，包括：环境模拟箱体、边坡模拟系统、环境模拟系统及计算机模块；环境模拟箱体包括相对设置的制冷箱及加热箱；边坡模拟系统包括模型箱、边坡模型、抬升构件、应力加载构件及推送构件；环境模拟系统包括水汽收集机构、降雨机构、地下水机构及冻融加热机构；本发明通过将应力加载构件、抬升构件、地下水机构和冻融加热机构相结合，实现冻融型滑坡失稳的模拟，对滑坡全过程有一个清晰和直观的分析，本发明能够在冻融循环试验中模拟实际边坡在自然冻融循环中受到的环境，从而尽可能使冻融循环试验得出的结果客观准确。

技术领域

本发明涉及滑坡模拟试验技术领域，尤其是涉及一种冻融诱发边坡滑坡的模拟装置。

背景技术

在我国北方地区和高原地区，因年气温存在显著的正负变化，在冬春交接之际日有很大的温差，会导致土坡经历冻融循环。这种冻融循环会极大的危害土坡的安全性和稳定性，对于铁路工程、隧道洞口都有极大的危害性。因此对于季节性冻融区边坡的变形破坏机理亟需开展深入研究。

冻融地质作用通过改变地层中水分的物理形态进而改变地下水的流场而触发，具体过程为：冻融导致斜坡体内地下水富集和疏散,富集造成边坡土体软化,疏散带来土体静水压力和动水压力突变,进而影响边坡的稳定性。而目前冻融试验系统大多没有考虑到地下水以及冰雪融化对冻融状态下土体滑坡的影响。

冻土在冻融循环作用下其力学性能特征变化一直是冻土研究的难点所在，其主要原因在于：室内试验条件达不到实际要求，无法保证小误差地恒温控制，且冷冻和加热在同一个试验箱内进行，从而造成试验的耗时长，能耗大与试验结果误差较大，也无法做到更大的温差。当前的冻融试验系统并未实现冻融循环方式的智能化控制，而是依赖于人工调节，无法确保实验的准确性且耗费人力。

当前的冻融试验中，大多把边坡置于一个开阔的空间，箱体没有保温措施，导致边坡可以从任意角度与周围环境进行热量交换，这与真实冻融循环中冷量或热量从单一表面传递到边坡的状况不符；目前大多数对土体滑坡机理的研究只考虑了土坡与土坡或土坡与基岩接触的这种单一界面行为，未能考虑土坡与其他界面的接触；在对边坡模型进行加热时，水蒸汽不能及时的排出，空气湿度不断增大会影响边坡土体的水分蒸发速率从而影响边坡的含水率，这些都会导致试验结果并不能准确反映边坡在真实冻融循环中的变化。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种冻融诱发边坡滑坡的模拟装置，解决现有技术中的技术问题。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种冻融诱发边坡滑坡的模拟装置，包括：

环境模拟箱体，包括相对设置的制冷箱及加热箱；

边坡模拟系统，包括模型箱、边坡模型、抬升构件、应力加载构件及推送构件，模型箱上方设置开口，边坡模型内置于模型箱内；抬升构件的驱动端与模型箱连接，用于通过模型箱驱动边坡模型一端升降以调整边坡模型的倾角；应力加载构件设于边坡模型的一侧，用于检测边坡模型的应力和推进速度；推送构件设于制冷箱及加热箱之间且其驱动端与模型箱连接，供以驱动模型箱进入对应环境模拟箱体内；

环境模拟系统，包括水汽收集机构、降雨机构、地下水机构及冻融加热机构，水汽收集机构设于加热箱内部的上侧，用于吸收加热箱的水汽；降雨机构的喷水端设于加热箱内，用于对加热箱内的边坡模型进行喷水以模拟径流现象；地下水机构包括多孔水管，多孔水管埋设于边坡模型内且其外表面开设有若干各出水孔，用于在边坡模型内部分散供水；冻融加热机构包括分别设于制冷箱及加热箱内的半导体模块，用于对制冷箱的内部进行降温或对制热箱的内部进行加热；

计算机模块，其与边坡模拟系统及环境模拟系统中的电气元件电连接，且计算机模块上具有多个操作模块，供以驱动模型箱进入对应环境模拟箱体以进行设定环境模拟。