一种滑坡灾害模拟试验装置的制作方法

1.本实用新型涉及滑坡监测技术领域，特别是涉及一种滑坡灾害模拟试验装置。


背景技术：

2.随着人类工程活动强度的不断扩大，边坡失稳导致的滑坡地质灾害日益严重，滑坡监测成为边坡稳定性评价和滑坡预测预警的重要手段。根据变形监测方式的不同，将滑坡监测分为点式、准分布式和分布式三种。现有的模拟实验中点式的gps监测可以高准确度地获得地面各点的三维绝对变形量，但由于布设监测点密度限制很难有效地获取整个区域面上的变形信息。水准测量可以获得高精度的离散点高程变化，但很难从时间和空间上获取变形的完整信息。双向位移传感测量精度高，采样频率高，但设备不易移动，测量范围有限。另一方面以往滑坡监测方法在监测数据采集时大都需要人工操作仪器在现场完成，不仅费时费力，还容易受到人为、气象等因素的干扰。现场采集的数据不能及时的处理，无法实现实时动态反应滑坡变形情况。目前，现有的滑坡试验大多局限于对滑坡成因机理的研究，对于滑坡物源体监测预警的实验型研究相对较少。现有的模拟滑坡灾害实验主要是对降水工况下的监测，对人类工程活动(削坡)及振动等较为罕见。


技术实现要素：

3.为解决以上技术问题，本实用新型提供一种滑坡灾害模拟试验装置，能够监测降水、振动、削坡单独工况及联合工况作用下，滑坡物源体的启动、运移和堆积情况。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
5.本实用新型提供一种滑坡灾害模拟试验装置，包括试验箱、降水装置、振动装置、切坡装置、堆积区装置、监测装置、摄影装置和数据接收装置，所述试验箱设置于所述振动装置上，所述振动装置能够带动所述试验箱振动，所述试验箱用于放置滑坡物源体，所述降水装置用于向所述滑坡物源体喷洒水；所述试验箱包括架体、底板、后挡板和两个侧板，所述底板设置于所述架体的底部，两个所述侧板分别设置于所述架体的左右两侧，所述后挡板设置于所述架体的后侧；所述切坡装置包括多个竖直设置的自动切坡组件，各所述自动切坡组件能够滑动安装于所述架体上，所述自动切坡组件能够沿水平方向滑动；所述堆积区装置包括连接板和堆积台，所述连接板的两端分别与所述底板的前端和所述堆积台连接，所述摄影装置用于设置于所述堆积台的前方；所述监测装置包括saa监测组件、gnss监测组件、土壤含水率监测组件和孔隙水压力监测组件，所述saa监测组件、所述土壤含水率监测组件和所述孔隙水压力监测组件均用于埋设于所述滑坡物源体的后端，所述gnss监测组件用于设置于所述滑坡物源体后端的表面，所述saa监测组件、所述gnss监测组件、所述土壤含水率监测组件和所述孔隙水压力监测组件均与所述数据接收装置连接。
6.优选地，所述振动装置包括底座、振动板、振动电机和多个弹簧，所述振动板通过多个所述弹簧与所述底座连接，所述振动板位于所述底座上方，所述振动电机安装于所述振动板的下表面，所述试验箱设置于所述振动板上。
7.优选地，所述降水装置包括水箱、自吸泵、供水管、供水阀门、喷淋管和多个降水喷头，所述自吸泵设置于所述水箱上方，所述自吸泵的进水口位于所述水箱中，所述自吸泵的出水口与所述供水管的一端连接，所述供水管的另一端与所述喷淋管连接，所述供水阀门设置于供水管上，所述喷淋管设置于所述试验箱上方，多个所述降水喷头由后至前依次设置于所述喷淋管上。
8.优选地，所述架体为长方体框架，所述架体的左右两侧分别设置有一个导轨，所述自动切坡组件包括切坡板和四个电动滑轮，所述切坡板的四个边角处分别安装有一个所述电动滑轮，上方的两个所述电动滑轮分别用于滑动安装于两个所述导轨上，下方的两个所述电动滑轮分别用于滑动安装于所述架体底部的两侧。
9.优选地，所述堆积台包括箱体和弹性网格绳，所述箱体一端与所述连接板连接，所述箱体的上部为开口结构，所述弹性网格绳设置于所述箱体的上端。
10.优选地，所述saa监测组件包括两个saa监测仪，所述saa监测仪包括阵列式位移计和固定保护部件，所述阵列式位移计的两端分别为数据输出端和固定端，所述固定保护部件包括固定板、铰接头和保护壳体，所述保护壳体的一端为开口结构，所述固定板固定于所述保护壳体中的底部，所述阵列式位移计的所述固定端通过所述铰接头与所述固定板连接；一个所述阵列式位移计用于水平埋设于所述所述滑坡物源体的后端，另一个所述阵列式位移计用于竖直埋设于所述所述滑坡物源体的后端，所述阵列式位移计的所述数据输出端与所述数据接收装置连接。
11.优选地，所述gnss监测组件包括两个gnss监测仪，两个所述gnss监测仪设置于竖直设置的所述阵列式位移计的左右两侧，所述gnss监测仪与所述数据接收装置连接。
12.优选地，所述土壤含水率监测组件包括多个所述土壤含水率检测仪，多个所述土壤含水率检测仪用于由上至下依次埋设于所述滑坡物源体的后端，所述土壤含水率检测仪与所述数据接收装置连接。
13.优选地，所述孔隙水压力监测组件包括多个孔隙水压力计，多个所述孔隙水压力计用于埋设于所述滑坡物源体的后端，所述孔隙水压力计与所述数据接收装置连接。
14.优选地，所述后挡板和所述侧板均为透明pc板。
15.本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
16.本实用新型中的滑坡灾害模拟试验装置，包括试验箱、降水装置、振动装置、切坡装置、堆积区装置、监测装置、摄影装置和数据接收装置，振动装置能够带动试验箱振动，试验箱用于放置滑坡物源体，降水装置用于向滑坡物源体喷洒水，各自动切坡组件能够滑动安装于架体上，自动切坡组件用于模拟削坡工况。监测装置包括saa监测组件、gnss监测组件、土壤含水率监测组件和孔隙水压力监测组件，能够进行远程、实时、连续的数据监测及传输，采用的saa监测组件可以获得被监测对象的准连续变形信息，具有实时、连续、高精度、高稳定性和高3d空间分辨率等优点，在此基础上，添加gnss监测组件进一步实现远程自动化测量的高精度变形监测，不仅能真实的反应滑坡水平滑动的整个过程，还较真实的反应滑坡变形的累计变化量。可见，该装置可以监测降水、振动、削坡单独工况及联合工况作用下，滑坡物源体的启动、运移和堆积情况，真实模拟并监测所有上述工况下滑坡物源体启动变形过程。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型提供的滑坡灾害模拟试验装置的立体图；
19.图2为本实用新型提供的滑坡灾害模拟试验装置的主视图；
20.图3为本实用新型提供的滑坡灾害模拟试验装置中振动装置的结构示意图；
21.图4为本实用新型提供的滑坡灾害模拟试验装置中自动切坡组件的安装示意图；
22.图5为本实用新型提供的滑坡灾害模拟试验装置中竖直设置的saa监测仪的结构示意图；
23.图6为本实用新型提供的滑坡灾害模拟试验装置中水平设置的saa监测仪的结构示意图。
24.附图标记说明：100、滑坡灾害模拟试验装置；1、试验箱；101、架体；102、底板；103、后挡板；104、侧板；2、振动装置；201、底座；202、振动板；203、弹簧；204、振动电机；3、自动切坡组件；301、切坡板；302、电动滑轮；4、连接板；5、堆积台；501、箱体；502、弹性网格绳；6、摄影装置；7、saa监测仪；701、阵列式位移计；702、保护壳体；703、固定板；704、铰接头；8、gnss监测仪；9、土壤含水率检测仪；10、数据接收装置；11、水箱；12、自吸泵；13、供水管；14、供水阀门；15、喷淋管；16、降水喷头；17、导轨；18、支架。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.本实用新型的目的是提供一种滑坡灾害模拟试验装置，能够监测降水、振动、削坡单独工况及联合工况作用下，滑坡物源体的启动、运移和堆积情况。
27.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
28.如图1
‑
图6所示，本实施例提供一种滑坡灾害模拟试验装置100，包括试验箱1、降水装置、振动装置2、切坡装置、堆积区装置、监测装置、摄影装置6和数据接收装置10，试验箱1设置于振动装置2上，振动装置2能够带动试验箱1振动，进而模拟振动工况，试验箱1用于放置滑坡物源体，降水装置用于向滑坡物源体喷洒水，进而模拟降水工况。试验箱1包括架体101、底板102、后挡板103和两个侧板104，底板102设置于架体101的底部，两个侧板104分别设置于架体101的左右两侧，后挡板103设置于架体101的后侧，试验箱1的正面为滑坡物源体的坡面，具体地，后挡板103和侧板104均为透明板，具体为透明pc板，可实时观测滑坡物源体的形态和特征。切坡装置包括多个竖直设置的自动切坡组件3，各自动切坡组件3能够滑动安装于架体101上，自动切坡组件3能够沿水平方向滑动，自动切坡组件3用于模拟削坡工况；堆积区装置包括连接板4和堆积台5，连接板4的两端分别与底板102的前端和堆
积台5连接，摄影装置6用于设置于堆积台5的前方，具体地，摄影装置6包括摄像机和照相机，通过摄影装置6能够获得滑坡物源体正面的视频影像照片等，进而能够实时观测滑坡变形情况。
29.监测装置包括saa监测组件、gnss监测组件、土壤含水率监测组件和孔隙水压力监测组件，saa监测组件、土壤含水率监测组件和孔隙水压力监测组件均用于埋设于滑坡物源体的后端，gnss监测组件用于设置于滑坡物源体后端的表面，saa监测组件、gnss监测组件、土壤含水率监测组件和孔隙水压力监测组件均与数据接收装置10连接，进而能够进行远程、实时、连续的数据监测及传输，采用的saa监测组件可以获得被监测对象的准连续变形信息，具有实时、连续、高精度、高稳定性和高3d空间分辨率等优点，在此基础上，添加gnss监测组件进一步实现远程自动化测量的高精度变形监测，不仅能真实的反应滑坡水平滑动的整个过程，还较真实的反应滑坡变形的累计变化量。可见，该装置可以监测降水、振动、削坡单独工况及联合工况作用下，滑坡物源体的启动、运移和堆积情况，真实模拟并监测所有上述工况下滑坡物源体启动变形过程，同时，该装置造价低廉、操作简便且规模适中。
30.如图3所示，振动装置2包括底座201、振动板202、振动电机204和多个弹簧203，振动板202通过多个弹簧203与底座201连接，振动板202位于底座201上方，振动电机204安装于振动板202的下表面，试验箱1设置于振动板202上。需要模拟振动工况时，开启振动电机204使得振动板202能够相对于底座201振动并带动其上方的试验箱1及滑坡物源体振动，通过调节振动电机204能够模拟强、中、弱等不同级别的振动。
31.具体地，降水装置包括水箱11、自吸泵12、供水管13、供水阀门14、喷淋管15和多个降水喷头16，自吸泵12设置于水箱11上方，自吸泵12的进水口位于水箱11中，自吸泵12的出水口与供水管13的一端连接，供水管13的另一端与喷淋管15连接，供水阀门14设置于供水管13上，喷淋管15设置于试验箱1上方，多个降水喷头16由后至前依次设置于喷淋管15上，具体地，架体101顶部设置有支架18，支架18用于支撑喷淋管15。需要模拟降水工况时，打开供水阀门14和自吸泵12，将水箱11中的水泵送至供水管13和喷淋管15由降水喷头16中呈雾状均匀喷出，通过调节供水阀门14可以实现水压和水量的调节，进而模拟强、中、弱等不同的降水量。具体地，水箱11采用pe材质，供水管13和喷淋管15均为pvc管。
32.如图4所示，架体101为长方体框架，架体101的左右两侧分别设置有一个导轨17，自动切坡组件3包括切坡板301和四个电动滑轮302，切坡板301的四个边角处分别安装有一个电动滑轮302，上方的两个电动滑轮302分别用于滑动安装于两个导轨17上，下方的两个电动滑轮302分别用于滑动安装于架体101底部的两侧。试验时，可以根据实际需求安装一个或多个自动切坡组件3，当安装多个时，根据需要可埋置在滑坡物源体前缘的不同位置，通过开启电动滑轮302带动切坡板301向前运动能够模拟人工削坡工况。
33.为了便于实现对振动电机204、自吸泵12、供水阀门14和电动滑轮302的控制，本实施例中还设置控制器，使得振动电机204、自吸泵12、供水阀门14和电动滑轮302均与控制器连接。
34.具体地，堆积台5包括箱体501和弹性网格绳502，箱体501一端与连接板4连接，箱体501的上部为开口结构，弹性网格绳502设置于箱体501的上端。于本具体实施例中，箱体501由钢板焊接而成。
35.如图5和图6所示，saa监测组件包括两个saa监测仪7，saa监测仪7包括阵列式位移
计701和固定保护部件，阵列式位移计701的两端分别为数据输出端和固定端，固定保护部件包括固定板703、铰接头704和保护壳体702，保护壳体702的一端为开口结构，固定板703固定于保护壳体702中的底部，阵列式位移计701的固定端通过铰接头704与固定板703连接，通过设置固定保护部件对阵列式位移计701的固定端进行保护，并使其便于进行固定，具体地，固定板703为钢板。一个阵列式位移计701用于水平埋设于滑坡物源体的后端，另一个阵列式位移计701用于竖直埋设于滑坡物源体的后端，阵列式位移计701的数据输出端与数据接收装置10连接。
36.具体地，数据接收装置10包括计算机，阵列式位移计701的数据输出端与计算机连接。以往saa监测仪7传感数据采集的是原始代码，通过结算软件解译为excel格式的数据模式，而本实施例在试验过程中通过计算机不仅实时接收了原始代码，解译后绘制了变形曲线，同时接收了可视化监测数据模式，实时观测到了阵列式位移计701的变形情况。
37.具体地，本实施例中的阵列式位移计701为现有技术中的部件，阵列式位移计701由1根电缆、7个关节和8个传感器节段组成，每个传感器节段均配备加速度计和微处理器，其中第4个传感器节段增加温度传感器。
38.gnss监测组件包括两个gnss监测仪8，两个gnss监测仪8设置于竖直设置的阵列式位移计701的左右两侧，两个gnss监测仪8位于同一水平面上，gnss监测仪8与数据接收装置10连接，gnss监测仪8通过天上卫星传输数据到计算机上。
39.土壤含水率监测组件包括多个土壤含水率检测仪9，多个土壤含水率检测仪9用于由上至下依次埋设于滑坡物源体的后端，土壤含水率检测仪9与数据接收装置10连接，具体地，土壤含水率检测仪9与计算机连接。
40.孔隙水压力监测组件包括多个孔隙水压力计，多个孔隙水压力计用于埋设于滑坡物源体的后端，孔隙水压力计与数据接收装置10连接，具体地，孔隙水压力计与计算机连接。
41.具体安装过程包括以下步骤：
42.1)选取现场场地内较为典型的滑坡物源体作为模拟的滑坡物源体，对该滑坡物源体进行筛分，确定出各个级配的比例，并根据等质量替代法，确定出试验装置所需滑坡物源体级配。
43.2)根据滑坡物源体所处的地形和坡度，计算滑坡物源体堆积坡度。
44.3)将滑坡物源体均匀放置于试验箱1中，同时安装土壤含水率检测仪9和孔隙水压力计，并做好密实度检测，以保证模拟滑坡物源体的密实度与现场滑坡物源体的密实度相同或者相近。具体地，在地表、埋深0.4m、埋深0.7m处分别安装了土壤含水率检测仪9，孔隙水压力计根据试验要求和土层的特征安装，跟具体的每一次试验的设计有关。
45.4)将两个saa监测仪7埋设在滑坡物源体后缘，阵列式位移计701分为0
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7号单元，共8个单元，其中，竖直设置的阵列式位移计701的0号单元作为远端固定端埋在地面以下且压实固定，1
‑
5号单元埋设在滑坡物源体内，第6号单元位于滑坡物源体表面。
46.5)在竖直设置的阵列式位移计701的同一水平面左右两侧各安装两个gnss监测仪8。
47.6)通过连接板4将试验箱1的底板102与堆积台5连接。
48.7)在堆积台5前方安装照相机和摄像机。
49.安装好本实施例的滑坡灾害模拟试验装置100之后，即可根据实际需求进行降水、振动、削坡单独工况及联合工况的模拟，具体包括以下多种工况：
50.1)人工削坡导致滑坡失稳工况
51.具体地，在上述操作过程的基础上，在放置滑坡物源体过程中根据实际需求将切坡板301埋设在滑坡物源体前缘，试验会涉及到多次切坡需要，操作过程中可以根据试验设计需要设置多个切坡板301，多次切坡，每次切坡时，电动滑轮302开启，切坡板301向前运动切动其前方的土体使其通过连接板4滑动至堆积台5，并随土体滑动离开试验箱1。于本具体实施例中，设置两个自动切坡组件3，两个切坡板301竖直安装于架体101的不同位置，形成一级自动削坡板和二级自动削坡板，进行两次切坡，启动装置，监测滑坡发生破坏时变形情况。
52.2)振动工况
53.具体地，在上述操作过程的基础上，在试验箱1的下方放置振动装置2。打开振动电机204，调整振动频率和方式，启动装置，监测并观察滑坡情况。
54.3)降水工况
55.具体地，在上述操作过程的基础上，安装降水装置，根据设计好的雨强，调整供水阀门14，控制好降水强度，向喷淋管15和降水喷头16供水开启人工降水。启动装置，通过透明pc板观察试验箱1内滑坡启动特征，并实时观测埋置在不同深度的土壤含水率检测仪9中含水率在滑坡变形前后的变化和saa监测仪7、gnss监测仪8的监测情况。
56.4)削坡、振动联合工况
57.具体地，在上述操作过程的基础上，安装切坡装置和振动装置2，设计好振动频率(强、中、弱)及削坡级别(一级、二级)，启动装置，监测滑坡发生破坏时变形情况。
58.5)降水、削坡联合工况
59.具体地，在上述操作基础上，安装降水装置和切坡装置，设计好降水级别(强、中、弱)及削坡级别(一级、二级)，启动装置，监测滑坡发生破坏时变形情况。
60.6)振动、降水联合工况
61.具体地，在上述操作过程的基础上，安装振动装置2和降水装置，设计好振动频率(强、中、弱)及降水强度(强、中、弱)，启动装置，监测滑坡发生破坏时变形情况。
62.7)削坡、振动、降水联合工况
63.具体地，在上述操作过程的基础上，安装振动装置2、降水装置和切坡装置，设计好振动频率(强、中、弱)、降水强度(强、中、弱)及削坡级别(一级、二级)，启动装置，监测滑坡发生破坏时变形情况。
64.本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。