库水位变动带岸坡变形破坏试验装置及其使用方法与流程

本发明涉及地质灾害监测预警领域，尤其是涉及一种库水位变动带岸坡变形破坏试验装置及其使用方法。

背景技术：

近三十年来，为了大力开发水电资源，兼顾防洪需求与区域性水资源调配，兴建了大量大型及特大型水库。据不完全统计，80～90％的水库滑坡与库水活动有关，如1963年意大利北部vajont水库从正常水位下降后，2.75×108m3的顺层岩体冲入水库，激起的涌浪翻越大坝，造成大坝下游2600余人遇难，是目前世界上最大的水库失事事件；1959年湖南柘溪水库蓄水初期在大坝上游右岸1.5km处发生大规模滑坡；广西龟石水库蓄水水位高出原河床水位20m时，在库首6.5km长的峡谷地带，库岸发生60余处坍滑；湖南风滩水库蓄水后，其上游8km处堆积体突然出现失稳破坏，体积130万立方米。三峡水库于2003年投入运行后，已经诱发了千将坪、凉水井、神女溪等特大型滑坡的复活，在水库运行期间必然会造成沿江两岸145～175m范围大部分岸坡稳定性劣化甚至突发性破坏，如图1所示。大型特大型水库岸坡的变形与破坏一直是备受岩土工程、水利工程、地质工程等领域科学家高度关注的科学问题。

库岸边坡尤其是土质岸坡的稳定性对库水位升降变化的响应过程十分敏感，这也是库岸边坡目前研究最活跃的领域之一，现有研究主要针对土质岸坡，强调土体的渗透性及库水位变化造成的渗透作用对岸坡稳定性的不良作用，而对于类土质岸坡及土体物理力学参数在库水位周期性浸泡条件下的劣化特性研究不多，未考虑库水位多旋回变动对岸坡稳定性的影响，忽视了对库水位上升过程中岸坡破坏过程的研究，其根本原因是缺乏库水位升降变化条件下岸坡变形破坏专门试验装置。

综上，库水库升降变动条件下岸坡的变形与破坏特征是库岸边坡稳定性分析的核心基础科学问题，也是科学预测通航河段滑坡涌浪灾害的关键环节。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种库水位变动带岸坡变形破坏试验装置，并给出其使用方法，对于科学探索库水位升降对不同土质岸坡和类土质岸坡的变形与破坏特征起到重要实验条件支撑作用。

本发明的目的是这样实现的：

一种库水位变动带岸坡变形破坏试验装置，包括模型试验槽，所述模型试验槽内一侧设置基岩岸坡，另一侧设置库水位标尺；所述库水位标尺用于记录库水位的变化情况，所述基岩岸坡的表面修筑有试验模型岸坡，所述试验模型岸坡与基岩岸坡之间形成岸坡岩土界面，所述岸坡岩土界面设置有若干孔隙水压力传感器，用于测量库水位升降过程中试验模型岸坡土体内孔隙水压力的变化数据；

所述模型试验槽的槽底设置有阀门和水泵，所述水泵用于向模型试验槽内注水，所述阀门关闭时模拟水库蓄水，所述阀门打开时模拟水库泄水。

进一步地，所述模型试验槽的槽内空间呈长方体状，其包括沿模型试验槽横向相向设置的第一壁、第二壁，所述基岩岸坡包括沿模型试验槽横向设置的立面、坡面，所述基岩岸坡的立面与模型试验槽的第一壁贴合，所述库水位标尺设置在模型试验槽的第二壁上，使所述基岩岸坡的坡面、库水位标尺呈相向分布。

进一步地，所述模型试验槽沿横向的长度为600cm，沿纵向的长度为400cm，高度为250cm。

进一步地，所述模型试验槽由水泥砂浆砌筑而成，所述基岩岸坡由浆砌块石砌筑而成，使基岩岸坡以及模型试验槽侧壁和池底不渗漏水。

进一步地，所述基岩岸坡的坡面倾角为40度。

进一步地，所述孔隙水压力传感器通过导线与模型试验槽外部的测试仪连接。

进一步地，所述库水位标尺上设有高水位线、低水位线，用于控制库水位变动的极限位置。

进一步地，所述岸坡岩土界面上的各个孔隙水压力传感器沿模型试验槽横向均匀分布。

一种库水位变动带岸坡变形破坏试验装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，根据试验工况需求，在基岩岸坡表面填筑土体，形成试验模型岸坡；

步骤2，开启各孔隙水压力传感器；

步骤3，根据试验工况需求的库水位升降变化幅度及变化速率，让模型试验槽注水或泄水；

步骤4，通过孔隙水压力传感器连续测量试验模型岸坡土体内孔隙水压力变化数据，并观察试验模型岸坡表面拉张裂缝的形成演化及岸坡破坏现象；

步骤5，分析实验数据，揭示试验工况下水库岸坡崩滑灾害的形成及演化规律，用于在试验工况下探索库水位变动对不同土质岸坡和类土质岸坡的变形与破坏特征，提升对水库岸坡地质灾害的科学认知水平。

进一步地，所述试验工况需求包括土质岸坡类型、土层厚度、土体密实度、初始含水量、试验模型岸坡倾角。

由于采用了上述技术方案，利用本发明，每次试验均能获得该试验工况利用该试验装置揭示的土质岸坡在库水位变化时呈现的特征，例如：库水位上升期间呈现拉剪破坏特征和在库水位降落期间呈现压剪破坏特征；反复试验后，可在实验条件下探索土体岸坡类型(如土质岸坡、类土质岸坡)、土层厚度、土体密实度、初始含水量、岸坡倾角、库水位升降变化幅度及变化速率等参数进行组合条件下岸坡崩滑灾害的形成过程及演化规律。

附图说明

图1为库水位变动带岸坡变形破坏试验装置的结构示意图；

图2为图1中孔隙水压力传感器的分布示意图；

图3为水位上升岸坡内孔隙水压力测试曲线示意图；

图4为水位降落岸坡内孔隙水压力测试曲线示意图；

图5为三峡水库岸坡试验模型。

附图标记

附图中，1：模型试验槽，2：基岩岸坡，3：试验模型岸坡，4：岸坡岩土界面，5：模型槽壁，6：高水位(m)，7：低水位(m)，8：库水位标尺(m)，9：孔隙水压力传感器，10：阀门，11：水泵。

具体实施方式

参见图1、图2，为库水位变动带岸坡变形破坏试验装置的一种较佳的实施例，本发明根据相似理论设计，包括模型试验槽，所述模型试验槽内一侧设置基岩岸坡，另一侧设置库水位标尺；所述库水位标尺用于记录库水位的变化情况，所述基岩岸坡由浆砌块石砌筑而成，使基岩岸坡不渗漏水。所述基岩岸坡的表面修筑有试验模型岸坡，所述试验模型岸坡与基岩岸坡之间形成岸坡岩土界面，所述岸坡岩土界面设置有若干孔隙水压力传感器，用于测量库水位升降过程中试验模型岸坡土体内孔隙水压力的变化数据，本实施例中，所述岸坡岩土界面设置有六个孔隙水压力传感器，所述岸坡岩土界面上的各个孔隙水压力传感器沿模型试验槽横向均匀分布。所述孔隙水压力传感器通过导线与模型试验槽外部的测试仪连接。

所述模型试验槽的槽内空间呈长方体状，所述模型试验槽由水泥砂浆砌筑而成，使模型试验槽侧壁和池底不渗漏水。其包括四块模型槽壁，其中有沿模型试验槽横向相向设置的第一壁、第二壁，本实施例中，所述模型试验槽沿横向的长度为600cm，沿纵向的长度为400cm，高度为250cm。所述基岩岸坡包括沿模型试验槽横向设置的立面、坡面，所述基岩岸坡的立面与模型试验槽的第一壁贴合，所述库水位标尺设置在模型试验槽的第二壁上，使所述基岩岸坡的坡面、库水位标尺呈相向分布。本实施例中，所述基岩岸坡的坡面倾角为40度。所述库水位标尺上设有高水位线、低水位线，用于控制库水位变动的极限位置。

所述模型试验槽的槽底设置有阀门和水泵，所述水泵用于向模型试验槽内注水，所述阀门关闭时模拟水库蓄水，所述阀门打开时模拟水库泄水。本实施例中，所述阀门通过管道连接于模型试验槽，所述水泵连接在阀门外侧，泄水时将阀门打开到设定的张开度。当然，阀门、水泵也可以分别连接模型试验槽。

一种库水位变动带岸坡变形破坏试验装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，根据试验工况需求，在基岩岸坡表面填筑土体，形成试验模型岸坡，所述试验工况需求包括土质岸坡类型(如土质岸坡、类土质岸坡)、土层厚度、土体密实度、初始含水量、试验模型岸坡倾角；

步骤2，开启各孔隙水压力传感器；

步骤3，根据试验工况需求的库水位升降变化幅度及变化速率，让模型试验槽注水或泄水；

步骤4，通过孔隙水压力传感器连续测量试验模型岸坡土体内孔隙水压力变化数据，并观察试验模型岸坡表面拉张裂缝的形成演化及岸坡破坏现象；

步骤5，分析实验数据，揭示试验工况下水库岸坡崩滑灾害的形成及演化规律，用于在试验工况下探索库水位变动对不同土质岸坡和类土质岸坡的变形与破坏特征，提升对水库岸坡地质灾害的科学认知水平。

试验装置设定的库水位量测标尺，是根据相似理论进行设计的，如三峡水库岸坡试验模型几何相似比取25时，速度相似比为5，比尺如图5所示。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。