滑坡模型試驗(yàn)用裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地質(zhì)災(zāi)害模型試驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及一種滑坡模型試驗(yàn)用裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]滑坡是僅次于地震的一大地質(zhì)災(zāi)害，國內(nèi)外學(xué)者采用不同的手段進(jìn)行滑坡的研究，而滑坡模型試驗(yàn)是研究滑坡的變形過程和變形機(jī)理的重要技術(shù)手段。這是因?yàn)榛履Ｐ驮囼?yàn)既能直觀地觀察到滑體在滑動過程中的運(yùn)動特征，也能定量的獲得滑坡的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)，可從定性和定量的角度闡明滑坡孕育的機(jī)制。
[0003]通過國內(nèi)外學(xué)者長期對滑坡地質(zhì)災(zāi)害研究發(fā)現(xiàn)，大部分滑坡的產(chǎn)生都是由于水位變動或者降雨造成的。其原因是:1、水位變動和降雨能軟化巖土體，巖土體物理力學(xué)參數(shù)降低，抗滑能力下降；2、降雨能使滑體容重增加，下滑力也隨之增加;3、水位變動和降雨能產(chǎn)生靜動水壓力，使下滑力增加，抗滑力降低。因此，進(jìn)行水位變動和降雨等誘發(fā)因素對滑坡穩(wěn)定性影響一直是滑坡研究非常重要的課題。
[0004]目前，滑坡模型試驗(yàn)可以同時(shí)考慮多種復(fù)雜因素及復(fù)雜邊界條件，能非常直觀地反映滑坡發(fā)展變化全過程，這不僅能夠更好地認(rèn)識滑坡的規(guī)律，也能為有效的防治滑坡提供有力科學(xué)依據(jù)。但現(xiàn)有的滑坡模型試驗(yàn)用裝置均存在一定程度的局限或缺陷:
[0005](I)現(xiàn)有的滑坡模型試驗(yàn)用裝置自動化程度不高，需要試驗(yàn)人員不斷地進(jìn)行降雨強(qiáng)度、庫水位補(bǔ)排水調(diào)控，工作量大且降雨強(qiáng)度、水位難以精確控制，無法實(shí)現(xiàn)降雨和庫水位動態(tài)聯(lián)合控制；降雨系統(tǒng)、庫水位升降系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等多系統(tǒng)未采用集成控制，操作繁瑣，且效率低；
[0006](2)由于模擬室內(nèi)降雨和庫水波動的試驗(yàn)過程用時(shí)較長，必定需要大量的補(bǔ)排水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)有的滑坡模型試驗(yàn)用裝置的用水沒有合理化設(shè)計(jì)利用，不僅占用場地，而且造成了水資源的浪費(fèi)；
[0007](3)現(xiàn)有的滑坡模型試驗(yàn)用裝置的監(jiān)測設(shè)備精度低、效率低;無法精確展現(xiàn)滑坡變形過程中的應(yīng)力場、溫度場、位移場等多場演化特征；
[0008](4)用現(xiàn)有的滑坡模型試驗(yàn)用裝置進(jìn)行滑坡模型試驗(yàn)不僅耗時(shí)，且精度不高，并且試驗(yàn)用裝置在自身功能實(shí)現(xiàn)的同時(shí)未考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。
[0009]因此，我們迫切需要一種能真實(shí)模擬降雨和庫水位變化的滑坡模型試驗(yàn)用裝置，以使滑坡模型試驗(yàn)簡單、準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種滑坡模型試驗(yàn)用裝置及方法，該裝置能用較短時(shí)間真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)水位變化及降雨強(qiáng)度，提高滑坡模型試驗(yàn)用裝置的精度;該方法簡單，可提高滑坡模型試驗(yàn)效率。
[0011]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種滑坡模型試驗(yàn)用裝置，包括滑坡模型、模型箱、降雨系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、水回收系統(tǒng)、庫水位升降系統(tǒng)、滑坡模型外部數(shù)據(jù)采集設(shè)備、滑坡模型內(nèi)部數(shù)據(jù)采集設(shè)備，所述降雨系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、庫水位升降系統(tǒng)、滑坡模型外部數(shù)據(jù)采集設(shè)備、滑坡模型內(nèi)部數(shù)據(jù)采集設(shè)備與集成控制平臺連接；
[0012]所述滑坡模型置于模型箱內(nèi)；
[0013]所述滑坡模型包括滑床和位于滑床上的滑體；
[0014]所述降雨系統(tǒng)置于模型箱上方;所述供水系統(tǒng)置于降雨系統(tǒng)上方，為降雨系統(tǒng)和庫水位升降系統(tǒng)供水;所述水回收系統(tǒng)置于模型箱下方，用于收集降雨系統(tǒng)、庫水位升降系統(tǒng)排出的水;所述水回收系統(tǒng)通過供水管與供水系統(tǒng)連接；
[0015]所述庫水位升降系統(tǒng)置于模型箱側(cè)方，通過帶過濾網(wǎng)的給排水孔與模型箱相連通；
[0016]所述滑坡模型外部數(shù)據(jù)采集設(shè)備置于庫水位升降系統(tǒng)上方;所述滑坡模型內(nèi)部數(shù)據(jù)采集設(shè)備置于滑體內(nèi)。
[0017]更進(jìn)一步方案是，所述降雨系統(tǒng)包括與供水系統(tǒng)連接的雨水管和與雨水管連接的噴頭;所述雨水管上設(shè)有第一水栗和降雨電磁閥，第一水栗和降雨電磁閥通過集成控制平臺控制。
[0018]更進(jìn)一步方案是，所述供水系統(tǒng)包括分別與雨水管、供水管連接的供水槽，所述供水槽的進(jìn)水口處設(shè)有與集成控制平臺連接的供水電磁閥，該供水電磁閥位于供水管上;所述供水管上還設(shè)有與集成控制平臺連接的第二水栗。
[0019]更進(jìn)一步方案是，所述庫水位升降系統(tǒng)包括水箱、帶進(jìn)水電磁閥的進(jìn)水管，進(jìn)水管的一端與供水系統(tǒng)的供水槽連接，進(jìn)水管的另一端置于水箱內(nèi)；所述水箱與帶排水電磁閥的出水管連接;所述水箱內(nèi)設(shè)有水位器;水位器、進(jìn)水電磁閥、排水電磁閥通過集成控制平臺控制。
[0020]更進(jìn)一步方案是，水回收系統(tǒng)包括與庫水位升降系統(tǒng)的出水管連接的集水槽。
[0021]更進(jìn)一步方案是，所述滑坡模型外部數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括紅外熱成像儀、三維激光掃描儀、高速攝像機(jī)。
[0022]更進(jìn)一步方案是，所述滑坡模型外部數(shù)據(jù)采集設(shè)備位于監(jiān)測平臺上，該監(jiān)測平臺置于庫水位升降系統(tǒng)的水箱上。
[0023]更進(jìn)一步方案是，所述滑坡模型內(nèi)部數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括均勻布設(shè)在滑體內(nèi)的土壓力盒、孔隙水壓力計(jì)和深部位移計(jì)。
[0024]本發(fā)明還提供一種采用上述滑坡模型試驗(yàn)用裝置進(jìn)行滑坡試驗(yàn)的方法，包括以下步驟:
[0025]步驟一、在模型箱中制作滑坡模型，根據(jù)布設(shè)要求，在制作過程中將土壓力盒、孔隙水壓力計(jì)和深部位移計(jì)布設(shè)于滑坡模型的滑體內(nèi)；
[0026]步驟二、向水回收系統(tǒng)的集水槽內(nèi)充入水；
[0027]步驟三、集成控制平臺控制第二水栗和供水電磁閥的啟閉，使集水槽內(nèi)的水向供水系統(tǒng)的供水槽供水；當(dāng)供水槽水位達(dá)到一定高度時(shí)，集成控制平臺使第二水栗和供水電磁閥停止工作，停止向供水系統(tǒng)的供水槽供水；當(dāng)供水槽水位低于一定高度時(shí)，集成控制平臺使第二水栗和供水電磁閥工作，水回收系統(tǒng)的集水槽向供水系統(tǒng)的供水槽供水；
[0028]步驟四、根據(jù)降雨強(qiáng)度和庫水位深度，集成控制平臺控制第一水栗、降雨電磁閥、進(jìn)水電磁閥、排水電磁閥工作;紅外熱成像儀、三維激光掃描儀、高速攝像機(jī)、土壓力盒和孔隙水壓力計(jì)和深部位移計(jì)將數(shù)據(jù)傳給集成控制平臺；
[0029]步驟五、完成滑坡試驗(yàn)后，集成控制平臺控制降雨電磁閥、進(jìn)水電磁閥、排水電磁閥工作，使所有的水流入水回收系統(tǒng)的集水槽內(nèi)。
[0030]本發(fā)明中，所述模型箱的底部和四周密封不漏水;所述模型箱的左右側(cè)板采用鋼化玻璃制作而成，以便于觀察試驗(yàn)過程中滑坡模型的變化情況;所述水箱與模型箱相接觸的側(cè)壁(前側(cè)壁)設(shè)有給排水孔，給排水孔設(shè)有用于阻擋滑坡模型固體顆粒進(jìn)入水箱的過濾網(wǎng)，一方面防止滑坡模型固體顆粒流失，另一方面防止固體顆粒進(jìn)入水箱堵塞出水管;所述模型箱四個角由支柱支撐，支柱有一定高度，方便集水槽布設(shè)，可以減少試驗(yàn)室占地空間。所述降雨系統(tǒng)用于模擬不同降雨強(qiáng)度；降雨系統(tǒng)的噴頭有多個，均勻布設(shè)且覆蓋滑坡模型上方的整個空間。所述庫水位升降系統(tǒng)用于模擬不同庫水位波動。所述滑坡模型外部數(shù)據(jù)采集設(shè)備用于監(jiān)測滑坡試驗(yàn)過程中滑坡坡表的溫度和位移變化情況。所述滑坡模型內(nèi)部數(shù)據(jù)采集設(shè)備用于監(jiān)測滑坡試驗(yàn)過程中土壓力、孔隙水壓力和滑體內(nèi)部位移的變化情況。所述集水槽主要用于收集由水箱排出來的水并為供水槽提供水源，供水槽主要用于降雨和庫水變動提供試驗(yàn)水源，總體實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)用水循環(huán)利用。所述供水槽的進(jìn)水口與供水槽底部有一定高度，通過供水電磁閥和第二水栗向供水槽供水，使得供水槽一直保持一定水量，確保能提供足夠的降雨和庫水位模擬試驗(yàn)用水。所述庫水位升降系統(tǒng)的水箱通過進(jìn)水管和出水管分別與供水槽和集水槽連通，并通過進(jìn)水電磁閥開關(guān)來控制供水槽中的水進(jìn)入水箱、排水電磁閥開關(guān)控制水箱中的水進(jìn)入集水槽，以模擬不同的水位變化情況，同時(shí)也保持庫水具有一定的流動狀態(tài)，與真實(shí)情況更相符。所述集成控制平臺用于接收信號并對降雨強(qiáng)度、庫水位變動、循環(huán)供水進(jìn)行集中控制。
[0031]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果在于:
[0032]本裝