一种强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置的制作方法

本发明属于岩质滑坡野外模型技术领域，尤其涉及一种强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置。

背景技术：

滑坡地质灾害具有：突发性、种类多、多发性、严重性等特点。每年发生滑坡灾害能占到全部地质灾害的70％，其中降雨为滑坡诱发的主要因素。尤其是川东地区的岩质滑坡，更是突发性强、伤亡率高，给人民生命、财产造成巨大了的损害。近年来，众多学者对岩质滑坡的成灾机理、破坏模式以及治理手段等多方面做过大量的研究，而且取得了不少成果。其中，滑坡体内部的应力变化、变形位移等第一手数据尤为重要。假如对岩质滑坡进行应力、位移等原位监测，由于岩质滑坡的滑动具有难以预测性，会导致监测周期无法控制，甚至得不到数据；并且滑坡体积巨大、监测面积广导致费用极高。因此，众多学者、机构采用模型试验的方法，可以做到滑坡周期可控性，从而获得各项数据更加具有合理性。滑坡模型试验，具有可控性强、测定手段灵活、所得数据全面等优点。因此滑坡模型试验对于研究滑坡形成机理、破坏模式、防治措施具有重要意义。目前，常规岩质滑坡模型试验箱，一般由试验槽、加载系统和各种监测设备组成。传统的岩质滑坡模型箱具有以下几点的不足：

(1)传统的滑坡模型试验装置，是室内进行，采用松散的石块堆积模型滑坡体，而实际中滑体没有受到干扰整体性较好，这样或多或少和实际情况有所出入。因此所得数据与实际不符、代表性不强，不能很好地满足试验要求。

(2)传统的滑坡模型试验装置，滑体、滑床，和滑动带是根据相似比，采用相似材料模拟制成，不可能和实际工况完全相同。同样造成所得成果的可信性不强。

(3)降雨是绝大多数岩质滑坡产生的主要诱因。然而传统的滑坡模型试验装置，很少考虑到降雨因素。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置，旨在解决传统的滑坡模型试验装置存在所得数据与实际不符、代表性不强，成果可信性不强的问题。

本发明是这样实现的，一种强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置，所述强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置设置有雨量计和降雨系统；

所述强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置后缘挖有人工开挖裂缝；左右两侧和后侧人工开挖切槽，用黏土夯实形成隔水层；

所述强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置内部，钻孔布设PVC管，模拟排水工程；所述强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置前缘布设抗滑桩

所述强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置的顶端安装有人工降雨模拟装置；所述强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置的顶端、降雨系统下方安装有雨量计；

所述后缘人工开挖裂缝安装有流量控制仪、水位计、水压计

所述强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置内部，包括上部岩体、天然软弱夹层、稳定基岩层，设置有水位计、水压计；

所述流量计安装在排水管的出口端；所述传感器布置在抗滑桩内。

进一步，所述人工降雨模拟装置设置有水泵；

所述水泵通过供水管连接控制阀，控制阀通过供水管连接水表，水表连接支管、主管的一端，支管、主管的另一端也设置有水泵、供水管、控制阀、水表，水泵通过供水管连接控制阀，控制阀通过供水管连接水表。

进一步，所述支管和主管通过多个三通管、四通管或两通管连接。

本发明提供的强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置，选取现场基岩滑坡进行人工改造，安装人工降雨系统，布设一系列的传感器，可做到岩质滑坡测试的数据更为合理，滑坡推力、应变位移更为直观，所得成果更具有说服性。在相似比、相似材料选取中：传统的滑坡模型试验方法，利用相似比缩小原滑坡模型，这样势必造成了误差；尤其是在材料的选取上，由于模型采用一定的相似比缩小，材料强度的相似比也应该相应的缩小，然而模型材料的选取一直是模型试验的薄弱环节，甚者直接用原材料当做试验模型材料，这样造成的误差也是不可忽视的。本发明提供的强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置，试验选点直接在特定地区岩质斜坡体原型上进行开展，使得所得的科研数据更接近于真实，有效避免了选取合适相似比模型材料方面的困扰，所得成果更有说服力。

在模型建立过程中：(一)传统模型采用松散的石块堆积模型滑坡体，施工过程中势必会造成这个滑坡松散而不紧密。而实际中滑体很少受到剧烈扰动、整体性较好，这样传统模型建立方式会和实际情况有所出入。因此所得数据与实际不符、代表性不强，不能很好地满足试验要求。(二)传统模型建立滑动带也是任务铺设，也会造成扰动，以及相似材料选取上的误差，本发明提供的方案滑动带采用自然生成的滑动带。本发明提供的强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置，这就采用自然边坡开展试验，并且施工过程对滑坡扰动较小，滑动带有效的克服上述误差。

在模拟降雨过程中：采用本发明提供的简易降雨装置，通过调节降雨系统控制降雨量，可以模拟不同降雨程度对滑坡的影响程度，使得所得数据更为详实，使得所得成果更为全面、适用性更强，能更广泛地为工程人员、学者等广大人群服务。

传统模型建立，是室内人工建成，只能开展一次科学研究，过后会面临拆除、作废的处境，这样造成了传统模型利用率降低，也是一种成本上的浪费。本发明提供的强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置，模型结构大小可以控制，具有灵活性强、施工方便、周期短、可以不同雨季重复使用，可以长期保持、可以开展不同研究内容的科研项目等特点，进而大大节约了试验成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的人工降雨模拟装置结构示意图；

图中：1、降雨系统；2、雨量计；3、流量控制仪；4、人工开挖裂缝；5、模拟水位线；6、后缘裂缝水位；7、人工切槽后用黏土夯实层；8、天然软弱夹层；9、稳定基岩层；10、上部岩体；11、传感器；12、排水管；13、传感器；14、抗滑桩；15、水泵；16、供水管；17、控制阀；18、水表；19、喷头；20、三通管；21、四通管；22、两通管；23、支管；24、主管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施案例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例的强降雨诱发岩质滑坡野外模型试验装置包括：降雨系统1、雨量计2、流量控制仪3、人工开挖裂缝4、模拟水位线5、后缘裂缝水位6、人工切槽后用黏土夯实层7、天然软弱夹层8、稳定基岩层9、上部岩体10、传感器11、排水管12、传感器13、抗滑桩14。

所述模型试验装置后缘挖有人工开挖裂缝4；所述模型试验装置左右两侧和后侧人工开挖切槽7，然后用黏土夯实形成隔水层7，使得模型内部形成一个封闭的地下水位变化的环境；所述模型试验装置内部(上部岩体)，钻孔布设PVC管，模拟排水工程12；所述模型试验装置前缘布设抗滑桩14，防止模型失稳造成人员伤害；所述模型试验装置的顶端安装有人工降雨模拟装置1；所述模型试验装置的顶端、降雨系统下方安装有雨量计2，监测人工降雨量大小；所述后缘人工开挖裂缝4安装有流量控制仪3、水位计6、水压计6，监测后缘裂缝水位、水压的变化；所述模型试验装置内部(包括上部岩体、天然软弱夹层、稳定基岩层)，设置有水位计11、水压计11，监测模型内部水位、水压的变化；所述流量计安装在排水管的出口端12；所述传感器12布置在抗滑桩内14，监测桩体的应力变化。

如图2所示，本发明实施例提供的人工降雨模拟装置包括：15、水泵；16、供水管；17、控制阀；18、水表；19、喷头；20、三通管；21、四通管；22、两通管；23、支管；24、主管。

所述人工降雨模拟装置水泵15、供水管16、控制阀17、水表18、喷头19、三通管20、四通管21、两通管22、支管23、主管24连接，可以实现不同降雨强度的试验工况。主管和支管由长为2m的短管由两通管、三通管或四通管组装而成。通过调节进水管的控制阀可以产生30～120mm的降雨强度。

水泵15通过供水管16连接控制阀17，控制阀17通过供水管连接水表18，水表18连接支管23、主管24的一端，支管23、主管24的另一端也设置有水泵15、供水管16、控制阀17、水表18，水泵15通过供水管16连接控制阀17，控制阀17通过供水管连接水表18。

本发明的工作原理：

本发明包括：野外现场选点；模型前缘布设抗滑桩；人工开挖后缘裂缝(模拟滑坡后缘张拉裂缝)；人工切槽(开挖试验模型后缘、左右两侧，然后用不透水黏土夯实)；滑体布设仰斜式排水孔(模拟排水工程措施)；滑体上方布设人工降雨系统；布设一系列滑坡关于位移、推力、水位、水压力等的传感器。

模型前缘布设抗滑桩14，包括滑体推力的计算，根据滑体推力设计抗滑桩；人工切槽7，包括模型试验模型后缘、左右两侧，采用人工开挖，开挖至滑面以下，用不透水的黏土夯实，模拟既不透水、又能自由滑动的边界条件。人工开挖后缘裂缝，模拟滑坡后缘张拉裂缝，为滑体启动创造条件。滑体布设仰斜式排水孔。模拟排水工程措施采用：水泵15、供水管16、控制阀17、水表18、喷头19、三通管20、四通管21、两通管22、支管23、主管24连接，可以实现不同降雨强度的试验工况。布设一系列关于采集研究滑坡变形特征等科研数据的传感器。包括位移计、土压力盒、水位计、水压力计、流量计等的传感器。

野外现场选点：为避免试验模型与实际滑坡原型在相似比的选取上，所造成的误差，试验选点直接在特定地区岩质斜坡体原型上进行开展。试验斜坡体的选取应考虑到地下水引起坡体内部岩层的泥化软化现象，以及便于开展试验工作的场地，主要具有以下特点：

a、试验对象为基岩滑坡，岩层视倾角在15°-20°之间，滑体厚度为5-6m，滑动带为砂泥岩层间的软弱夹层，剪出口有陡坎临空面，剪出条件良好；

b、地下水不丰富，在强降雨条件下，滑坡地下水位的变化较大；

c、周围水源丰富，便于试验进行地下水初始水头补给，以及流量的控制；

d、周围没有危害对象，以及周围场地有一定的空地，便于试验的开展。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。