[發(fā)明專利]多因素作用下的大型滑坡物理模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110200855.5
• 申請(qǐng)日: 2011-07-19
• 公開（公告）號(hào): CN102331489A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范永波;李世海;侯岳峰;劉曉宇;趙穎;孟達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01N33/24
• 分類號(hào): G01N33/24;G01B11/16;G01B11/02
• 代理公司: 北京和信華成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝;王藝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種考慮降雨、庫水位升降、承壓水因素的滑坡發(fā)展全過程物理模型實(shí)驗(yàn)裝置，用于進(jìn)行不同雨強(qiáng)、不同庫水位升降速度、不同承壓水頭下的滑坡不同破壞階段模擬實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)研究滑坡不同發(fā)展階段的可測(cè)物理量及相應(yīng)的測(cè)試設(shè)備。

背景技術(shù)

在滑坡物理模型實(shí)驗(yàn)研究方面，臺(tái)灣學(xué)者Huang?Ching-Chuan(2007)開展了滑坡模型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置主要包括直板式滑坡實(shí)驗(yàn)槽、人工降雨系統(tǒng)，高速攝像系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)等，通過模型實(shí)驗(yàn)，給出了滑坡體不同位置點(diǎn)臨界體積含水量、孔隙水壓力與滑坡整體穩(wěn)定性之間的關(guān)系；Sergio?D.N.Lourenco(2006)通過模型實(shí)驗(yàn)，開展了滲透率對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，主要研究了不同滲透方向產(chǎn)生的超孔隙水壓力的影響；Wang?Gonghui(2006)開展了不同初始密度、不同顆粒直徑的土質(zhì)邊坡在孔隙水壓力作用下破壞全過程研究。

自20世紀(jì)90年代以來，我國(guó)在滑坡物理模型實(shí)驗(yàn)研究方面上取得了顯著的成就。其中具有代表性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)介如下。

國(guó)內(nèi)學(xué)者中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所李世海等人(2004)開展了水誘發(fā)滑坡模型實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)裝置主要包括試驗(yàn)臺(tái)、試驗(yàn)箱、供水系統(tǒng)和設(shè)置在試驗(yàn)箱上的滑坡體。該裝置能對(duì)滑坡失穩(wěn)時(shí)的臨界孔隙水壓力、滑坡體失穩(wěn)與承壓水面積之間的關(guān)系等開展了相關(guān)研究。

國(guó)內(nèi)學(xué)者中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所張均峰等人(2004)開展了水誘發(fā)滑坡模型實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)裝置主要包括箱體、透水板、擋網(wǎng)、插板和滑坡體。該裝置可針對(duì)引起滑坡的多種水工況進(jìn)行綜合研究，也可分別對(duì)單一工況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提高了模擬的針對(duì)性和準(zhǔn)確性。

國(guó)內(nèi)學(xué)者三峽大學(xué)羅先啟等人(2006)開展滑坡物理模型實(shí)驗(yàn)，主要研究了雨水及庫水位作用下土體滑坡變形破壞機(jī)制。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括平臺(tái)起降控制系統(tǒng)、人工降雨系統(tǒng)、庫水位升降系統(tǒng)、多物理量測(cè)試系統(tǒng)、非接觸式位移測(cè)試系統(tǒng)、r射線透射法土壤水分測(cè)試系統(tǒng)，同時(shí)進(jìn)行了相似材料設(shè)計(jì)等相關(guān)工作。

國(guó)內(nèi)學(xué)者重慶大學(xué)劉東燕等人(2010)開展了滑坡模擬實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)裝置主要包括敞口實(shí)驗(yàn)箱、水平支架、實(shí)驗(yàn)箱驅(qū)動(dòng)裝置、自動(dòng)測(cè)角儀。該實(shí)驗(yàn)裝置能夠根據(jù)不同寬度邊坡模型的需要調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)箱的寬度，同時(shí)還可以自動(dòng)測(cè)量坡角，通過攝像機(jī)和照相機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的全程記錄。

然而，上述滑坡模型實(shí)驗(yàn)裝置雖在一定程度上促進(jìn)了該類裝置的發(fā)展，但均存在一定程度的局限或缺陷：

(1)滑床形態(tài)單一，多為直板一段式，而實(shí)際的滑床面多為一凹形面，故幾何邊界條件有較大誤差；

(2)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作精度不夠，且機(jī)械傳動(dòng)部分多數(shù)為手工操作，造成實(shí)驗(yàn)誤差較大，故多局限于定性化，定量化研究程度不夠；

(3)傳統(tǒng)模型實(shí)驗(yàn)考慮因素單一，難以開展多因素滑坡致災(zāi)機(jī)理研究。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可真實(shí)模擬水動(dòng)力誘發(fā)因素下滑坡災(zāi)害鏈全過程破壞演化的多因素作用下的大型滑坡物理模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的一種多因素作用下的大型滑坡物理模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括：庫水位漲落模擬單元、滑坡實(shí)驗(yàn)槽段、人工降雨模擬單元和測(cè)量單元；所述滑坡實(shí)驗(yàn)槽段包括水平槽段和斜坡槽段，水平槽段和斜坡槽段上均鋪設(shè)有由沙土混合物組成的坡體，水平槽段的后端和斜坡槽段的前端相鉸接連接；所述斜坡槽段為2段以上依次首尾鉸接連接的槽段，每一個(gè)槽段底部均設(shè)置有可調(diào)整該槽段傾角的舉升單元；所述庫水位漲落模擬單元設(shè)置在所述水平槽段的前端，所述人工降雨模擬單元設(shè)置在所述滑坡實(shí)驗(yàn)槽段的上部；在所述斜坡槽段的后端設(shè)置有馬氏管后緣補(bǔ)水單元；所述測(cè)量單元包括用于測(cè)量坡體變形過程的變形測(cè)量部、用于測(cè)量坡體孔隙水壓力及含水量的應(yīng)力測(cè)量部。

優(yōu)選地，在所述斜坡槽段上開設(shè)有3個(gè)以上的承壓水孔洞，每個(gè)承壓水孔洞上均鋪設(shè)有一層承壓水膜，所述每個(gè)承壓水孔洞通過水管與水箱連接，通過水箱向每個(gè)承壓水孔洞供水，并通過所述承壓水膜對(duì)所述沙土混合物施加壓力。

優(yōu)選地，所述水管上還設(shè)置有用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)承壓水壓力的壓力傳感器和控制承壓水水壓力的控制閥。

優(yōu)選地，在所述滑坡試驗(yàn)段的上部還設(shè)置有可沿所述滑坡試驗(yàn)段長(zhǎng)度方向來回移動(dòng)的并向所述滑坡試驗(yàn)段添加沙土混合物的料斗。

優(yōu)選地，所述庫水位漲落模擬單元包括庫水容水池、水壓力傳感器、進(jìn)出水管和變頻伺服流量計(jì)，水壓力傳感器固定于庫水容水池底部，所述變頻伺服流量計(jì)連接進(jìn)出水管，進(jìn)出水管延伸至所述庫水容水池底部。

優(yōu)選地，所述變形測(cè)量部包括：

位移傳感器設(shè)置在坡體內(nèi)部，用于測(cè)量看不見的坡體內(nèi)部變形；