一种水库型滑坡物理模型试验装置的制作方法

本实用新型提供了一种水库型滑坡物理模型试验装置，属于地质灾害模型试验装置技术领域。

背景技术：

三峡水库运营过程中，水库水位在145～175m高程之间周期性涨落，库水位的周期性变化必将引起地下水位的波动，从而影响库区内崩滑体的稳定性。因此，如何科学地研究滑坡地下水动力场及其变化，是进行库岸边坡稳定性分析的基础和关键，也是目前三峡库区地质灾害防治中亟待解决的关键问题。

物理模型试验具有良好的直观性，能综合考虑多种因素，模拟复杂边界条件，是揭示水库型滑坡破坏机理和演化过程的重要研究方法。现有的滑坡物理模型试验水位控制系统结构过于复杂，价格昂贵，使用不便。因此有必要研究一种结构简单、操作简便的针对水库型滑坡的物理模型试验装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种水库型滑坡物理模型试验装置，结构简单、使用方便、操作灵活，可模拟库水位波动作用的不同的工况，监测滑坡地下水位随库水位波动变化的规律，能较好地还原库区水位波动时滑坡地下水动力场及其变化。

实现本实用新型目的所采用的技术方案为，一种水库型滑坡物理模型试验装置，至少包括试验箱，与试验箱连通的水位控制系统，以及位于试验箱中的滑坡模型和监测单元，所述水位控制系统包括贮水箱、进水通路和出水通路，进水通路和出水通路均由水管、流量计、水泵和控制阀构成，流量计、水泵和控制阀均安装于水管上，贮水箱与试验箱通过进水通路和出水通路连通构成供水回路；所述监测单元包括3个以上埋置于滑坡模型中的孔隙水压力计，以及通过导线电性连接的水位传感器和带显示屏的液位显示器，所述孔隙水压力计位于试验箱内液位下方并且离滑坡模型底面1～5cm，水位传感器伸入试验箱内部的液体中。

所述试验箱由框架以及通过框架安装的钢板和有机玻璃板构成，试验箱的底板和其中一面侧板均为钢板，试验箱的剩余三面侧板均为有机玻璃板。

框架的底部安装有万向滚轮。

试验箱的钢板侧板的底部开设有进水孔和出水孔，进水孔和出水孔上均安装有过滤装置。

试验箱的其中一面侧板的底部开设有进水孔和出水孔，进水孔和出水孔上均安装有过滤装置。

所述过滤装置为网筒，网筒扣罩于进水孔和出水孔上并且突出于进水孔和出水孔所在侧板。

进水孔和出水孔所在的侧板上开设有内凹的安装槽，安装槽位于对应的进水孔或出水孔的外围，网筒的筒口嵌于安装槽中。

各孔隙水压力计沿同一水平面等间距分布，孔隙水压力计距离滑坡模型底面3～5cm。

由上述技术方案可知，本实用新型提供的水库型滑坡物理模型试验装置试验箱，在试验箱中设置滑坡模型并通过水位控制系统向试验箱中注水，模拟水库体；水由贮水箱流经水泵、流量计进入试验箱，由试验箱经水泵、流量计回流入贮水箱，通过水泵可以控制流水压力的恒定，通过流量计调节水位上升/下降速率和水位上升/下降时间，控制阀可开关水位控制系统，模拟库水位波动作用的不同工况；水位控制系统包括贮水箱、进水通路和出水通路，进水通路和出水通路均由水管、流量计、水泵和控制阀构成，流量计、水泵和控制阀均安装于水管上，贮水箱与试验箱通过进水通路和出水通路连通构成供水回路；通过水位传感器监测试验箱内实时水位，该水位视为水库水位，通过埋置于滑坡模型中的孔隙水压力计监测滑坡模型的地下水位，对比孔隙水压力计监测的孔隙水压力和全自动液位显示器显示的库水位，可分析滑坡模型地下水位随库水位波动变化的规律。

本实用新型的试验箱由框架以及通过框架安装的钢板和有机玻璃板构成，框架的底部安装有万向滚轮便于试验箱移动，试验箱的底板和其中一面侧板均为钢板，在钢板侧板上开进/出水孔与水位控制系统连通，保证侧板在开孔后仍具有足够的强度，试验箱的剩余三面侧板均为有机玻璃板，可直接观测试验箱内部情况，进水孔和出水孔上均安装有过滤装置，防止滑坡模型颗粒流失，过滤装置为网筒，网筒扣罩于进水孔和出水孔上并且突出于进水孔和出水孔所在侧板，网筒通过进水孔或出水孔外围设置的安装槽固定，保证网筒与试验箱的水有足够的接触面积，使得水冲刷网筒，避免滑坡模型颗粒完全堵塞网筒。

本实用新型提供的水库型滑坡物理模型试验装置试验箱结构简单、使用方便、操作灵活，底部万向滚轮便于移动和运输，可通过调节流量计实现对水库型滑坡库水位波动作用的不同工况的模拟，可实时观测滑坡模型地下水位随库水位波动的变化规律。

附图说明

图1为本实用新型提供的水库型滑坡物理模型试验装置的结构示意图。

图2为网筒的安装结构图。

其中，1-试验箱，101-钢板侧板，2-滑坡模型，3-孔隙水压力计，4-万向滚轮，5-进水孔，6-出水孔，7-水位传感器，8-导线，9-液位显示器，10-显示屏，11-流量计，12-控制阀，13-水泵，14-水管，15-贮水箱，16-过滤装置，17-安装槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细具体说明，本实用新型的内容不局限于以下实施例。

如图1所示，本实用新型提供的水库型滑坡物理模型试验装置包括试验箱1，与试验箱连通的水位控制系统，以及位于试验箱中的滑坡模型2和监测单元；

所述试验箱1由框架以及通过框架安装的钢板和有机玻璃板构成，框架的底部安装有万向滚轮4，试验箱的底板和其中一面侧板均为钢板，试验箱的剩余三面侧板均为有机玻璃板，便于直接观察试验过程，试验箱的其中一面侧板的底部开设有进水孔5和出水孔6，连通水位控制系统，为保证该侧板强度，该侧板优选钢板，进水孔5和出水孔6上均安装有过滤装置16，参见图2，所述过滤装置16为网筒，网筒扣罩于进水孔5和出水孔上并且突出于进水孔和出水孔所在的钢板侧板101，钢板侧板101上开设有内凹的安装槽17，安装槽位于对应的进水孔或出水孔的外围，网筒的筒口嵌于安装槽17中；

所述水位控制系统包括贮水箱15、进水通路和出水通路，进水通路和出水通路均由水管14、流量计11、水泵13和控制阀12构成，流量计选用电磁流量计，流量计11、水泵13和控制阀12均安装于水管上，贮水箱与试验箱通过进水通路和出水通路连通构成供水回路；

所述监测单元包括4个埋置于滑坡模型2中的孔隙水压力计3，以及通过导线8电性连接的水位传感器7和带显示屏10的液位显示器9，水位传感器7伸入试验箱内部的液面下方，水位变化时，水位传感器7将信号通过导线8传给液位显示器9，同时液位显示器9的显示屏10可显示试验箱内实时水位，上述水位信息存储于液位显示器的内部芯片中，当水位到达模拟高水位和低水位时可报警提示，各孔隙水压力计沿同一水平面等间距分布，孔隙水压力计3位于试验箱内液位下方并且距离滑坡模型底面1～5cm，距离优选3cm。

本实用新型提供的水库型滑坡物理模型试验装置使用时，采用如下步骤：

(1)制作滑坡模型，安装孔隙水压力计3，在试验箱1内部将滑坡相似材料按照设计坡型制作成滑坡模型2，同时埋设孔隙水压力计3；

(2)安装水位控制系统，通过进水孔连接进水通路和试验箱，通过出水孔连接试验箱和出水通路，进/出水孔上安装不锈钢过滤装置，防止滑坡模型颗粒流失；

(3)安装水位监测系统，将水位传感器7放置于试验箱前缘底部，调试全自动液位显示器能否正常使用；

(4)开始试验，开启进水通路，关闭出水通路，通过调节电磁流量计11调节水位上升速率和上升时间，实时读取显示屏10显示水位，当试验箱水位到达模拟高水位时关闭进水通路，保持高位运行到达设计时间时开启出水通路；通过调节电磁流量计11调节水位下降速率和下降时间，实时读取显示屏10显示水位，当试验箱水位到达模拟低水位时关闭出水通路，保持低位运行到达设计时间，可模拟多工况库水位波动作用下滑坡模型试验；

(5)数据采集，通过孔隙水压力计3监测滑坡模型地下水位，全自动液位显示器监测试验箱内水位，实时观测滑坡模型地下水位随库水位波动的变化规律；

(6)试验结束，拆除水库型滑坡物理模型试验装置；

(7)结束使用，整理数据。