[發明專利]一種地震與降雨耦合作用下角度可變邊坡模型試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202010595167.2
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111679060A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 姬建;王樂沛;夏嘉誠;姜振;崔紅志;湯耀嵐;張飛;張衛杰
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運紅

1.一種地震與降雨耦合作用下角度可變邊坡模型試驗裝置，其特征在于：該裝置包括可調節邊坡角度的模型箱、降雨系統、數據采集組件；

所述模型箱為固裝在振動臺上的矩形箱體，包括底板、前側板、后側板、左側板、右側板和過濾砂網；所述后側板與底板之間通過焊接相連，所述左側板的左下角刻有一量角器，量角器底邊平行于地面，左側板上布設有標志點，左右側板與前后側板邊框進行密封連接；所述前側板可抽離地放置在前側板邊框的豎向滑槽內；所述過濾砂網位于前側板邊框后，通過其底部的兩個鉸鏈旋轉至任意角度；

所述降雨系統包括儲水箱、水泵、供水主管、電子控制總閥、流量表、供水分管、電子控制分閥、噴頭、水平滑槽、第一滾輪、噴淋支架、降雨系統支架；所述降雨系統支架與地面相固連；兩根水平滑槽通過螺栓固裝在降雨系統支架上；所述第一滾輪安裝在兩根水平滑槽中間；所述噴淋支架與第一滾輪固接；所述儲水箱放置在模型箱旁側地面上，所述儲水箱進水口連接水龍頭，出水口與水泵相連；所述水泵放置在儲水箱旁側，與供水主管相連；所述供水主管固裝在噴淋支架下；所述電子控制總閥固裝在供水主管上；所述流量表固裝在供水主管上；所述供水分管上端與供水主管相連，下端與噴頭相連；在每一根供水分管上固裝一個電子控制分閥；

所述數據采集組件包括加速度傳感器、孔壓傳感器、高速攝像機、三維激光掃描儀；所述加速度傳感器、孔壓傳感器安裝在模型箱內預定的土層位置；所述加速度傳感器具有直角形狀，在直角處與陀螺儀固定；所述加速度傳感器及陀螺儀密封防水；所述高速攝像機安裝在左側板外側的固定架上；所述三維激光掃描儀安裝在模型箱頂部伸縮桿上，三維激光掃描儀在伸縮桿底部可沿固定軸調整角度，伸縮桿豎向可伸縮，在水平向通過第二滾輪沿導軌移動，導軌通過螺栓固裝在降雨系統支架上，并與模型箱不接觸。

2.根據權利要求1所述的一種地震與降雨耦合作用下角度可變邊坡模型試驗裝置，其特征在于：在所述左側板、右側板以及后側板的內表面加裝有內襯層。

3.根據權利要求1或2所述的一種地震與降雨耦合作用下角度可變邊坡模型試驗裝置，其特征在于：所述左側板、右側板采用有機玻璃板。

4.基于權利要求1所述裝置實現的一種地震與降雨耦合作用下角度可變邊坡模型試驗方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

步驟一：裝填砂土前先將前側板安放在前側板邊框的豎向滑槽內進行固定；

步驟二：采用砂雨法在模型箱內分層鋪設砂土；

步驟三：在鋪設砂土到達傳感器埋設設定高度時，將加速度傳感器、孔壓傳感器埋設到預定的土層位置，在振動臺上安裝加速度傳感器用于記錄真實輸入的地震波信號；

步驟四：當填土達到邊坡的設定高度后抽離前側板，并根據試驗要求將過濾砂網旋轉至需要的角度，進行削坡；

步驟五：當模型箱內的邊坡完成削坡后，靜置h小時；

步驟六：將組裝好的模型箱固裝到振動臺上，并放置在降雨系統正下方，通過降雨系統模擬降雨工況；

步驟七：在模型箱左側板上布設直徑為d的圓形標志點，將高速攝像機安裝到左側板外的固定架上；

步驟八：將三維激光掃描儀安裝到模型箱頂部伸縮桿上，并在模型箱內壁布設靶點；

步驟九：啟動離心機前用高速攝像機對邊坡側面進行拍攝作為初始基準圖像，用三維激光掃描儀對坡體表面進行一次掃描作為初始基準點云；

步驟十：啟動振動臺，對邊坡側面進行錄像監控，對坡面進行固定時間掃描采樣。