[發明專利]一種三維人工降雨水庫型滑坡物理模型試驗設備

有效

• 申請號: 201310624047.0
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103616493A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 程圣國;潘飛;彭剛;于志偉;王乾峰;林珊
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

技術領域

本發明屬于地質災害模型試驗領域，具體設計一種三維人工降雨水庫型滑坡物理模型試驗設備。?

背景技術

滑坡模型試驗作為地質力學模型試驗的一種類型，按照介質類型可分為巖質與土質，其模擬技術也可相應的分為兩類，目前國內外的模型試驗研究主要集中在巖質材料模擬方面，并取得了較大成功，其理論及應用日趨成熟；但滑坡模型試驗的對象除了巖質滑坡之外，還有土質、碎石土等類型，特別是三峽庫區，土質和碎石土滑坡更為普遍，目前國內外針對土質或碎石土的滑坡模型試驗技術研究才剛剛起步，仍然存在較多的問題：

1）土或碎石土是碎散性材料，現實還難于實施在保持其原有物理、力學性質條件下，將其自重應力水平轉化為1/n，因此該試驗只是部分滿足了物理模型與原型間的幾何相似和力學相似，而不能精確反映原型的整體特征。

2）在土體研究，特別是軟土研究中，破壞模型試驗已經取得較大進展，但在軟土彈塑性模型以及考慮水介質作用的滲透模型研究中進行常規模型試驗存在很大的困難，因為在普通重力場內，模型試驗規模是有限的，但模型中各點的應力水平仍然比原型低得多，土體的許多應力應變關系特別是非線性關系在模型中不能得到真實體現，試驗成果主要依賴于模型相似材料的相似性以及數據采集的可靠性。從目前國內外的研究成果顯示，雖然目前測試手段獲得了較大發展，但軟土等軟弱散體的相似材料研究存在很大的困難，這嚴重制約了地質力學模型試驗技術的發展。

3）二維滑坡模型的兩側邊接觸摩擦問題。二維滑坡模型試驗不可避免的在兩側邊產生相似材料與側邊的摩擦問題，目前的研究表明，這種摩擦系數大小成為模型試驗的主要控制條件。

4）滑坡模型試驗相似材料配制研究是滑坡模型中的難點之一，目前巖質滑坡的相似材料隨著石膏系相似材料模擬技術的逐漸成熟而基本解決，土質滑坡特別是軟土體相似材料的研究卻一直存在相當的難度。土體作為自然界中一定歷史條件形成的自然產物，其具有性質具有多樣性、區域性等特點，要研制一種材料完全滿足各方面的相似條件是不可能的，所以有必要忽略其次要因素、針對主要因素開展實驗研究，并采用模糊綜合評判法擇優選擇。目前土體相似材料參數相似中，容重、粘聚力、內摩擦角、彈性模量等四個因素的相似是可以滿足的，但在此基礎上再加入參量如滲透系數等時，其相似滿足就存在較大的困難。

5）土工離心模型試驗也存在很多缺陷，首先離心慣性力場和重力場并不能完全相似，離心慣性力場與慣性半徑成正比，模型上各點的加速度不同，大小和方向都在發生變化，致使土工離心模型試驗不能獲得均勻的力場，這與工程實際存在較大差異；其次加料過程中產生的科氏加速度也會引起離心模型誤差；最后加速和制動問題也是離心模型試驗的一個問題之一。旋轉速度的提升和降低直至停止都需要一定的時間，這樣所造成的力場的變化與工程實際也是不相符的，對試驗結果的可靠性造成了很大的影響。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種三維人工降雨水庫型滑坡物理模型試驗設備，能夠集多種物理量測試與控制系統、人工降雨控制系統、庫水位控制系統、光測非接觸式位移測試系統和TDR水分測試系統于一體的大型滑坡模型試驗平臺。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種三維人工降雨水庫型滑坡物理模型試驗設備，包括箱體，所述箱體四周及底部密封，頂部設有人工降雨系統，箱體內設有滑坡床，滑坡床上設有滑坡體，滑坡床的頂端設有用于模擬地下水徑流的后緣補水系統，滑坡體內設有物理量測試與控制系統，滑坡體的表面設有TDR水分測試系統，箱體外還設有用于控制滑坡體正前方水位的庫水位控制系統，所述滑坡體正前方的箱體上還設有出閘門。

所述人工降雨系統系統包括設于箱體頂部的多個噴頭，噴頭通過水管與電磁閥和水泵連接。該系統通過將電磁閥和水泵的開關與計算機連接，然后通過計算機模擬微雨、小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨等常見多發雨型，降雨強度范圍為10-280mm/h，實現全自動人工模擬降雨。

所述后緣補水系統由后緣補水槽和補水控制閥組成，后緣補水槽內填充卵石及砂粒。所述砂粒的粒徑約為0.5～2mm，通過后緣補水系統可以模擬滑坡體內地下水徑流，使得環境條件更接近于實際工程條件。

所述物理量測試與控制系統包括拉線式位移傳感器、土壓力傳感器和孔隙水壓力傳感器，拉線式位移傳感器通過支架固定在滑坡體上部，土壓力傳感器和孔隙水壓力傳感器埋置在滑坡體內部。本發明設置的傳感器的種類較多，使得測試的物理量更為全面；且提供的傳感器的工作性能好、精度較高。