降雨与库水联合作用下大型滑坡智能模型试验系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种降雨与库水联合作用下大型滑坡智能模型试验系统。该系统包括柔性坡面试验槽和分布式喷洒降雨模拟装置。其中，其中，坡面液压举升装置包括多组电动液压千斤顶。柔性坡面试验槽中的柔性坡面结构主要由两层高强度钢丝格栅夹一层高强土工布组成，所述土工布采用式I所示的聚合物制成，式I聚合物的Mw为5.8×104，分子量分布指数为1.298；分布式喷洒降雨模拟装置包括分布式喷洒降雨器和防风结构，降雨器由上下两层不同直径的喷管，以及与喷嘴直径相应的喷头组合而成。所述防风结构置于降雨器下方，可固定于试验架内侧，其由式II所述聚合物制备所得，所述高分子聚合物的Mw为5.115×104，分子量分布指数为1.761。
【专利说明】降雨与库水联合作用下大型滑坡智能模型试验系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种考虑降雨与库水联合作用下大型滑坡智能模型试验系统，特别涉及一种滑坡、泥石流等地质灾害全过程仿真的试验平台。本专利得到国家973项目“大型水利水电工程高陡边坡全生命周期性能演化与安全控制”的基金资助。
【背景技术】
[0002]库水波动和降雨诱发滑坡复活变形是库区常见的地质灾害之一，其变形过程是一个内因与外因共同作用下的复杂地质过程。内因主要在于滑坡的地质结构与地层岩性，夕卜因则是库水波动影响及大气降雨、人类工程活动等影响。滑坡失稳的主控因素是漫长地质历史过程中所形成的滑坡的地质环境条件，而降雨和库水波动是诱发滑坡复活的主要因素之一。降雨和周期性库水位升降改变了库岸滑坡体的赋存过程，使得库岸岩土体周期性处于干燥和饱水状态之间，还使滑体内渗流场发生变化，改变了滑坡的稳定性。降雨和库水波动引起库岸滑坡岩土体性质的改变主要表现在两个方面:
[0003](I)在物理性质方面，降雨与库水周期性波动导致库岸滑坡岩土体的饱和度和容重等也随之变化。
[0004](2)在力学性质方面，降雨与库水波动改变了库岸滑坡滑体内渗流场状态，进而改变库岸滑坡体的受力状态。
[0005]目前，国内外对降雨与库水波动条件下滑坡体内地下水渗流规律的研究尚不够系统深入，大多停留在定性分析和评价的层面上，对不同渗
[0006]透类型的库岸滑坡进行试验研究与分析，进一步阐明不同类型的滑坡失稳机理和成灾规律等方面有待于补充和完善。
[0007]在模型试验方面，国内外学者做了很多探索性工作，罗先启(2008)等开发了一套考虑水库蓄水和大气降雨作用的滑坡物理模型试验系统；李世海等(2011)开展了多因素作用下的大型滑坡物理模型试验系统；Ching-Chuan Huang (2008，2010)等利用滑坡模型试验，研究了浅层滑坡降雨诱发机制；Rong-Her Chen(2011)等利用模型试验，研究滑坡的发生机制。这些滑坡模型试验研究促进了滑坡模型试验装置的设计与开发。然而，还存在着很多不足，如不能实现各装置之间的协同智能控制，不能模拟不均匀降雨强度，不能实现不均匀地应力的模拟，装置的重复使用性、多功能性较差。
【发明内容】
[0008]针对上述存在的问题，本发明公开了一种考虑降雨与库水联合作用下大型滑坡智能模型试验系统，该系统的目的在于提供一种滑坡、泥石流等地质灾害全过程仿真的试验
T D O
[0009]本发明提供的一种考虑降雨与库水联合作用下大型滑坡智能模型试验系统，包括:柔性坡面试验槽、库水波动模拟装置、滑坡体含水层模拟供水装置、多物理量监测装置、降雨模拟循环供水装置、分布式喷洒降雨模拟装置、综合智能控制器、计算机及系统控制软件、试验框架结构及加载装置。
[0010]所述的柔性坡面试验槽包括柔性坡面结构、坡面液压举升装置、非均匀滑坡体材料组成。柔性坡面结构由两层高强度钢丝格栅夹一层高强土工布组成，具有高强、防水、轻质、随形性好的特点。坡面液压举升装置包括纵横多组电动液压千斤顶，柔性坡面结构与坡面液压举升装置(多组液压千斤顶)铰接相连。滑坡体材料由岩土材料或相似材料分层压
[0011]制而成，置于柔性坡面试验槽上部。
[0012]所述的库水波动模拟装置设置于柔性坡面试验槽的前端，由供水系统、水池、双向流量控制阀、水位传感器组成。
[0013]所述的滑坡体含水层模拟供水装置由供水箱、供水管、水压力传感器、流量控制阀等组成。根据模拟滑坡体地层情况，可设置不同地层内的地下水水位，适应性强，能真实模拟实际工程水文地质情况。
[0014]所述的多物理量监测装置包括用于测量坡体典型部位变形的传感器、用于测量滑坡体内典型部位孔隙水压力和含水量的传感器、用于测量滑坡体整体变形过程的光线传感器、坡面雨强传感器、以及摄像机。通过多物理量监测装置，可以准确测量滑坡孕育、发生、发展，从连续到非连续变形全过程中多物理量参数的变化过程。
[0015]所述的降雨模拟循环供水装置由供水箱、水泵、水压力调节器、集水箱、连接管和过滤器组成。集水箱通过连接管和过滤器相连，然后再通过连接管与供水箱连接，形成水循环通道，可为分布式喷洒降雨模拟装置提供水源。
[0016]所述的分布式喷洒降雨器由上下两层不同喷嘴直径的喷头和喷管组合而成，可模拟不同雨强的降雨效果。每个喷头都有独立的电磁阀控制开关。分布式喷洒降雨器上层喷管直径60mm,喷嘴直径200mm,可模拟降雨强度范围0.5?5.6mm/min。下层喷管直径30mm,喷嘴直径80mm，可模拟降雨强度范围0.02?1.6mm/min。通过分布式喷洒降雨器上下两层不同直径的喷管及喷嘴组合，大大加强了降雨器的模拟范围，基本上可以适用于模拟所有自然降雨工况。
[0017]所述的综合智能控制器通过光缆与柔性坡面试验槽、库水波动模拟装置、滑坡体含水层模拟供水装置、多物理量监测装置、降雨模拟循环供水装置、分布式喷洒降雨模拟装置、计算机及系统控制软件、试验框架结构及加载装置均相连，可对这些装置实施智能控制。
[0018]所述的计算机及系统控制软件和综合智能控制器相连接，主要用于对综合智能控制器进行操作和对监测数据进行分析与反馈。
[0019]所述的试验框架结构及加载装置底部设置可固定的滑轮，便于移动。加载装置采用多组电动液压千斤顶，可实现三维非均匀加载，能够模拟非均匀地应力。
[0020]本发明提供了一种智能模拟试验系统:
[0021]其包括柔性坡面试验槽和分布式喷洒降雨模拟装置，所述柔性坡面试验槽包括坡面液压举升装置，所述举升装置包括6纵4横24组电动液压千斤顶，坡顶和坡脚处的电动液压千斤顶竖直布置，中间其它电动液压千斤顶接近垂直于柔性坡面；所述分布式喷洒降雨模拟装置包括分布式喷洒降雨器，所述降雨器由上下两层不同直径的喷管，以及与喷嘴直径相应的喷头组合而成。
[0022]所述系统还包括库水波动模拟装置、滑坡体含水层模拟供水装置、多物理量监测装置、降雨模拟循环供水装置、综合智能控制器、计算机及系统控制软件、试验框架结构及加载装置。
[0023]所述柔性坡面试验槽的前端设置库水波动模拟装置，后端设置滑坡体含水层模拟供水装置，顶端设置分布式喷洒降雨模拟装置。
[0024]所述降雨模拟循环供水装置由供水箱、水泵、水压力调节器、集水箱、连接管和过滤器组成。集水箱通过连接管和过滤器相连，然后再通过连接管与供水箱连接，形成水循环通道；多物理量监测装置包括用于测量坡体典型部位变形的传感器、用于测量滑坡体内典型部位孔隙水压力和含水量的传感器、用于测量滑坡体整体变形过程的光线传感器、坡面雨量传感器、以及摄像机；所述的综合智能控制器与柔性坡面试验槽、库水波动模拟装置、滑坡体含水层模拟供水装置、多物理量监测装置、降雨模拟循环供水装置、分布式喷洒降雨模拟装置、计算机及系统控制软件、试验框架结构及加载装置均相连，可对这些装置实施智能控制；试验框架结构及加载装置底部设置可固定的滑轮，便于移动，加载装置采用多组电动液压千斤顶，能够模拟非均匀地应力。
[0025]所述综合智能控制器还与置于坡面上的雨强传感器相连，可通过雨量传感器的反馈作用自动调节降雨强度，且降雨强度可以分区变化。
[0026]所述柔性坡面试验槽还包括柔性坡面结构，所述柔性坡面结构由两层高强度钢丝格栅夹一层高强土工布组成，所述高强土工布由式I所述的高聚物制成，所述高分子聚合物的Mw为5.8 X 104，分子量分布指数为1.298，
【权利要求】
1.一种降雨与库水联合作用下大型滑坡智能模型试验系统，其特征在于:包括柔性坡面试验槽和分布式喷洒降雨模拟装置，所述柔性坡面试验槽包括坡面液压举升装置，所述举升装置包括6纵4横24组电动液压千斤顶，坡顶和坡脚处的电动液压千斤顶竖直布置，中间其它电动液压千斤顶接近垂直于柔性坡面；所述分布式喷洒降雨模拟装置包括分布式喷洒降雨器，所述降雨器由上下两层不同直径的喷管，以及与喷嘴直径相应的喷头组合而成。
2.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于还包括库水波动模拟装置、滑坡体含水层模拟供水装置、多物理量监测装置、降雨模拟循环供水装置、综合智能控制器、计算机及系统控制软件、试验框架结构及加载装置。
3.根据权利要求2所述的试验系统，其特征在于:柔性坡面试验槽的前端设置库水波动模拟装置，后端设置滑坡体含水层模拟供水装置，顶端设置分布式喷洒降雨模拟装置。
4.根据权利要求2所述的试验系统，其特征在于:降雨模拟循环供水装置由供水箱、水泵、水压力调节器、集水箱、连接管和过滤器组成。集水箱通过连接管和过滤器相连，然后再通过连接管与供水箱连接，形成水循环通道；多物理量监测装置包括用于测量坡体典型部位变形的传感器、用于测量滑坡体内典型部位孔隙水压力和含水量的传感器、用于测量滑坡体整体变形过程的光线传感器、坡面雨量传感器、以及摄像机；所述的综合智能控制器与柔性坡面试验槽、库水波动模拟装置、滑坡体含水层模拟供水装置、多物理量监测装置、降雨模拟循环供水装置、分布式喷洒降雨模拟装置、计算机及系统控制软件、试验框架结构及加载装置均相连，可对这些装置实施智能控制；试验框架结构及加载装置底部设置可固定的滑轮，便于移动，加载装置采用多组电动液压千斤顶，能够模拟非均匀地应力。
5.根据权利要求4所述的试验系统，其特征在于:综合智能控制器还与置于坡面上的雨强传感器相连，可通过雨量传感器的反馈作用自动调节降雨强度，且降雨强度可以分区变化。
6.根据权利要求1所述的试验系统，所述的柔性坡面试验槽还包括柔性坡面结构，所述柔性坡面结构由两层高强度钢丝格栅夹一层高强土工布组成，所述高强土工布由式I所述的高聚物制成，所述高分子聚合物的Mw为5.8 X 104，分子量分布指数为1.298， I。
7.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于:所述分布式喷洒降雨模拟装置还包括防风结构，所述防风结构为一有机材料制成的上下开口的箱体，所述有机材料是由式II聚合物制备所得，
8.式I和式II聚合物在建筑工程方面的用途。
【文档编号】G09B23/40GK103531071SQ201310449395
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】刘晓丽, 王恩志, 林鹏, 钟建文, 刘中港, 高岩堂, 吕奇峰, 格桑多吉 申请人:清华大学