降雨入渗和地下水位可调的非饱和土边坡模拟试验装置的制作方法

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降雨入渗和地下水位可调的非饱和土边坡模拟试验装置的制作方法

本发明涉及非饱和土边坡模拟试验装置的技术领域,尤其是涉及一种降雨入渗和地下水位可调的非饱和土边坡模拟试验装置,可以模拟不同降雨强度下非饱和土边坡雨水入渗规律和破坏特性。



背景技术:

持续降雨是导致滑坡地质灾害的重要诱因之一,经常造成重大的人员伤亡、财物损失以及交通中断,其形成机理和准确预测仍然是一大难题。一般条件下,边坡表层土处于非饱和状态,持续降雨发生后,雨水长时间入渗导致湿润锋不断下移,边坡含水量增加、基质吸力减小,而且易导致雨水在边坡内呈流动状态,削弱了土的抗剪强度,因此,降雨导致的非饱和土边坡失稳问题亟待解决。国内外学者针对降雨诱发的非饱和土边坡失稳机理进行了深入研究,但仍需要大量的实验来验证,通过模型试验研究持续降雨入渗非饱和土边坡的雨水入渗规律、边坡破坏过程内部力学变化、触发机理和风险预警指标等,用来指导工程实践和灾害防治。因此,降雨入渗非饱和土边坡模型试验越来越受到重视。

目前,室内模拟降雨入渗土边坡试验主要存在两大问题:一是降雨高度固定,模型装置基本上是固定在某个位置,没有设置地下水位;二是雨水生成的真实性模拟,目前采用的单排孔管网式与喷射式降雨模拟装置,对雨强和雨水分布密度等有一定影响,对不同降雨强度下的结果偏差较大,高强度的降雨工况容易导致坡面冲刷,极低降雨强度易形成水滴,不精确;三是模型系统装置与土边坡边界的真实性模拟,目前采用的模型边界有木板模、钢板模、塑料板模,对土压力形成的两侧模板移位控制不严。



技术实现要素:

针对上述现有技术存在的不足,本发明的目的是提供一种可以模拟降雨强度时大时小条件下非饱和土边坡雨水入渗规律和破坏特性,解决了降雨生成时不同降雨强度下的结果偏差、高强度降雨导致坡面冲刷、极低降雨强度易形成水滴、土边界模拟和地下水位设置等技术问题的降雨入渗和地下水位可调的非饱和土边坡模拟试验装置。

为实现上述的目的,本发明提供了以下技术方案:

一种降雨入渗和地下水位可调的非饱和土边坡模拟试验装置,包括机箱,机箱的上顶面设有开口,开口上的右侧设有左侧和底部均设有开口的降雨箱,降雨箱的顶部设有至少两根相互连通的与外置的水箱连接的降雨管,降雨管朝向机箱的一侧设有若干个降雨孔,机箱和降雨箱的前或/和后侧板上由上至下设置有若干个供检测探头插入的安装孔,机箱下侧靠近其箱底的前、后、左、右侧板中的至少一个侧板上设有若干个地下水位孔;水箱的底部设有与降雨管连接的由阀门控制的出水管路,水箱的侧壁上侧设有至少一个溢水孔。

本发明进一步设置为:所述机箱包括箱底,箱底上与其四角相对应的位置处分别固定设有第一支架,四根第一支架之间通过第一横架固定,固定四根第一支架的第一横架之间形成四边形的框形结构,相邻的第一支架之间分别设有挡板,地下水位孔设于四个挡板中的至少一个挡板的下侧。

本发明进一步设置为:所述左侧的两根第一支架相对于箱底的高度小于右侧的两根第一支架相对于箱底的高度。

本发明进一步设置为:所述箱底中部的前、后两侧相对应的位置分别设有第二支架,第二支架的相对于箱底的高度与右侧的两根第一支架相对于箱底的高度相等,两根第二支架和右侧的两根第一支架中相邻的支架之间通过第二横架固定连接,四根第二横架之间形成四边形的框形结构。

本发明进一步设置为:所述两根第二支架和右侧的两根第一支架之间的箱底的前、后两侧相对应的位置分别设有第三支架,两根第三支架的上端分别与相对应的第二横架固定连接。

本发明进一步设置为:所述前侧和后侧的第二支架和右侧的第一支架之间的挡板分别向上侧延伸,右侧的两根第一支架之间挡板向上延伸,延伸后挡板形成降雨箱的前、后、右侧板。

本发明进一步设置为:所述延伸后的前、后侧板之间通过若干个相互平行且间隔设置的拉杆贯穿,每根拉杆分别贯穿延伸后的前、后侧板之后的两端分别通过螺栓固定。

本发明进一步设置为:所述每根降雨管上沿每根管的轴向设有若干组降雨孔,每组降雨孔中的所有降雨孔排布成梅花状,每个降雨孔上均固定设有轴线与相对应的降雨孔相重合的出水管道,出水管道的出水端缩颈形成缩颈部,缩颈部上设有出水端头。

本发明进一步设置为:所述每根降雨管上的中间一列降雨孔的轴线分别与两侧的降雨孔的轴线的夹角小于45度。

本发明进一步设置为:所述降雨箱的顶部设有开口,降雨箱的顶部安装有矩形框架,降雨管均安装于矩形框架上,矩形框架的外圈上设有若干个定位螺栓孔,降雨箱上由上至下设有若干个分别与矩形框架上的每个螺栓孔位置相对应的调节螺孔。

通过采用上述技术方案,本发明所达到的技术效果为:

1、模拟系统原料组成和制作简单、移位方便;

2、模拟系统降雨强度可变、生成方式和分布密度可控可靠,满足降雨强度极大极小条件;

3、模拟系统模型边界逼真,并可设地下水位,降雨高度可调控,为降雨入渗非饱和土边坡模拟试验提供了一套好的实验装置。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的正视结构原理示意图。

图2为本发明的俯视结构原理示意图。

图3为本发明的降雨管的立体结构原理示意图。

图4为本发明的降雨管的截面结构原理示意图。

具体实施方式

参照图1~4,为本发明公开的一种降雨入渗和地下水位可调的非饱和土边坡模拟试验装置,包括机箱10,机箱10的上顶面设有开口,开口上的右侧设有左侧和底部均设有开口的降雨箱11。其中,机箱10包括箱底12,箱底12上与其四角相对应的位置处分别固定设有第一支架13,四根第一支架13之间通过第一横架14固定,那么第一横架14的数量可以根据实际的情况设定,如果机箱10整体的高度较高,那么可以在纵向的方向上设置至少两根以上的第一横架用于固定,固定四根第一支架13的第一横架14之间形成四边形的框形结构,相邻的第一支架13之间分别设有挡板15,地下水位孔16设于四个挡板15中的至少一个挡板15的下侧。地下水位孔当然可以设计成带有堵头的孔,这样地下水位孔根据是否设定水位确定开启与关闭。

为了能够方便设置降雨箱11,左侧的两根第一支架13相对于箱底12的高度小于右侧的两根第一支架13相对于箱底12的高度。箱底12中部的前、后两侧相对应的位置分别设有第二支架17,第二支架17的相对于箱底12的高度与右侧的两根第一支架13相对于箱底12的高度相等,两根第二支架17和右侧的两根第一支架13中相邻的支架之间通过第二横架18固定连接,四根第二横架18之间形成四边形的框形结构。那么第二支架也可以根据实际的需要可以多设置几根,同样第二横架的数量也可以类似第一横架一样,多设置一些,这样设计也主要是为了更好的增强整体结构的稳固性。两根第二支架17和右侧的两根第一支架13之间的箱底12的前、后两侧相对应的位置分别设有第三支架19,两根第三支架19的上端分别与相对应的第二横架18固定连接。然后将前侧和后侧的第二支架17和右侧的第一支架13之间的挡板15分别向上侧延伸,右侧的两根第一支架13之间挡板15向上延伸,延伸后挡板15形成降雨箱的前、后、右侧板,延伸后的前、后侧板之间通过若干个相互平行且间隔设置的拉杆贯20穿,每根拉杆20分别贯穿延伸后的前、后侧板之后的两端分别通过螺栓固定。拉杆的设计,也主要是为了能够能好的控制机箱以及降雨箱的前、后侧板之间的间距的精准度和稳固性。

本实施例中,降雨箱11的顶部设有至少两根相互连通的与外置的水箱21连接的降雨管22,降雨管22朝向机箱10的一侧设有若干个降雨孔23,每根降雨管22上沿每根管的轴向设有若干组降雨孔,每组降雨孔中的所有降雨孔23排布成梅花状,每个降雨孔23上均固定设有轴线与相对应的降雨孔23相重合的出水管道29,出水管道29的出水端缩颈形成缩颈部30,缩颈部30上设有出水端头31(这部分结构类似于打针用的针管出去推杆和活塞部分的管体)。将降雨孔口按间距以梅花状布设在每根降雨管的下半弧面(即朝向机箱的一侧),形成多排孔梅花型弧面状的雨水生成系统,确保有不同方向的降雨。其中,水箱21的底部设有与降雨管22连接的由阀门24控制的出水管路25,水箱21的侧壁上侧设有至少一个溢水孔26。每根降雨管22上的中间一列降雨孔23的轴线分别与两侧的降雨孔23的轴线的夹角小于45度。

上述中,在机箱10和降雨箱11的前或/和后侧板上由上至下设置有若干个供检测探头插入的安装孔27,机箱10下侧靠近其箱底的前、后、左、右侧板中的至少一个侧板上设有若干个地下水位孔16;降雨箱11的顶部设有开口,降雨箱11的顶部安装有矩形框架,降雨管22均安装于矩形框架28上,矩形框架28的外圈上设有若干个定位螺栓孔,降雨箱上由上至下设有若干个分别与矩形框架28上的每个螺栓孔位置相对应的调节螺孔。通过定位螺栓孔和调节螺孔的设置,并通过螺母来调节矩形框架的高度,这样就可以方便调节降雨高度,保证雨滴与土坡面接触和降雨分布密度更加精确。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例,并非依此限制本发明的保护范围,故:凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本发明的保护范围之内。

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