滑坡模型试验用装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于地质灾害模型试验领域，具体涉及一种滑坡模型试验用装置及方法。
【背景技术】
[0002]滑坡是仅次于地震的一大地质灾害，国内外学者采用不同的手段进行滑坡的研究，而滑坡模型试验是研究滑坡的变形过程和变形机理的重要技术手段。这是因为滑坡模型试验既能直观地观察到滑体在滑动过程中的运动特征，也能定量的获得滑坡的应力、应变、位移等参数，可从定性和定量的角度阐明滑坡孕育的机制。
[0003]通过国内外学者长期对滑坡地质灾害研究发现，大部分滑坡的产生都是由于水位变动或者降雨造成的。其原因是:1、水位变动和降雨能软化岩土体，岩土体物理力学参数降低，抗滑能力下降；2、降雨能使滑体容重增加，下滑力也随之增加;3、水位变动和降雨能产生静动水压力，使下滑力增加，抗滑力降低。因此，进行水位变动和降雨等诱发因素对滑坡稳定性影响一直是滑坡研究非常重要的课题。
[0004]目前，滑坡模型试验可以同时考虑多种复杂因素及复杂边界条件，能非常直观地反映滑坡发展变化全过程，这不仅能够更好地认识滑坡的规律，也能为有效的防治滑坡提供有力科学依据。但现有的滑坡模型试验用装置均存在一定程度的局限或缺陷:
[0005](I)现有的滑坡模型试验用装置自动化程度不高，需要试验人员不断地进行降雨强度、库水位补排水调控，工作量大且降雨强度、水位难以精确控制，无法实现降雨和库水位动态联合控制；降雨系统、库水位升降系统、供水系统、数据采集系统等多系统未采用集成控制，操作繁琐，且效率低；
[0006](2)由于模拟室内降雨和库水波动的试验过程用时较长，必定需要大量的补排水进行实验，现有的滑坡模型试验用装置的用水没有合理化设计利用，不仅占用场地，而且造成了水资源的浪费；
[0007](3)现有的滑坡模型试验用装置的监测设备精度低、效率低;无法精确展现滑坡变形过程中的应力场、温度场、位移场等多场演化特征；
[0008](4)用现有的滑坡模型试验用装置进行滑坡模型试验不仅耗时，且精度不高，并且试验用装置在自身功能实现的同时未考虑结构设计的优化。
[0009]因此，我们迫切需要一种能真实模拟降雨和库水位变化的滑坡模型试验用装置，以使滑坡模型试验简单、准确。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种滑坡模型试验用装置及方法，该装置能用较短时间真实地模拟现实水位变化及降雨强度，提高滑坡模型试验用装置的精度;该方法简单，可提高滑坡模型试验效率。
[0011]本发明所采用的技术方案是:一种滑坡模型试验用装置，包括滑坡模型、模型箱、降雨系统、供水系统、水回收系统、库水位升降系统、滑坡模型外部数据采集设备、滑坡模型内部数据采集设备，所述降雨系统、供水系统、库水位升降系统、滑坡模型外部数据采集设备、滑坡模型内部数据采集设备与集成控制平台连接；
[0012]所述滑坡模型置于模型箱内；
[0013]所述滑坡模型包括滑床和位于滑床上的滑体；
[0014]所述降雨系统置于模型箱上方;所述供水系统置于降雨系统上方，为降雨系统和库水位升降系统供水;所述水回收系统置于模型箱下方，用于收集降雨系统、库水位升降系统排出的水;所述水回收系统通过供水管与供水系统连接；
[0015]所述库水位升降系统置于模型箱侧方，通过带过滤网的给排水孔与模型箱相连通；
[0016]所述滑坡模型外部数据采集设备置于库水位升降系统上方;所述滑坡模型内部数据采集设备置于滑体内。
[0017]更进一步方案是，所述降雨系统包括与供水系统连接的雨水管和与雨水管连接的喷头;所述雨水管上设有第一水栗和降雨电磁阀，第一水栗和降雨电磁阀通过集成控制平台控制。
[0018]更进一步方案是，所述供水系统包括分别与雨水管、供水管连接的供水槽，所述供水槽的进水口处设有与集成控制平台连接的供水电磁阀，该供水电磁阀位于供水管上;所述供水管上还设有与集成控制平台连接的第二水栗。
[0019]更进一步方案是，所述库水位升降系统包括水箱、带进水电磁阀的进水管，进水管的一端与供水系统的供水槽连接，进水管的另一端置于水箱内；所述水箱与带排水电磁阀的出水管连接;所述水箱内设有水位器;水位器、进水电磁阀、排水电磁阀通过集成控制平台控制。
[0020]更进一步方案是，水回收系统包括与库水位升降系统的出水管连接的集水槽。
[0021]更进一步方案是，所述滑坡模型外部数据采集设备包括红外热成像仪、三维激光扫描仪、高速摄像机。
[0022]更进一步方案是，所述滑坡模型外部数据采集设备位于监测平台上，该监测平台置于库水位升降系统的水箱上。
[0023]更进一步方案是，所述滑坡模型内部数据采集设备包括均匀布设在滑体内的土压力盒、孔隙水压力计和深部位移计。
[0024]本发明还提供一种采用上述滑坡模型试验用装置进行滑坡试验的方法，包括以下步骤:
[0025]步骤一、在模型箱中制作滑坡模型，根据布设要求，在制作过程中将土压力盒、孔隙水压力计和深部位移计布设于滑坡模型的滑体内；
[0026]步骤二、向水回收系统的集水槽内充入水；
[0027]步骤三、集成控制平台控制第二水栗和供水电磁阀的启闭，使集水槽内的水向供水系统的供水槽供水；当供水槽水位达到一定高度时，集成控制平台使第二水栗和供水电磁阀停止工作，停止向供水系统的供水槽供水；当供水槽水位低于一定高度时，集成控制平台使第二水栗和供水电磁阀工作，水回收系统的集水槽向供水系统的供水槽供水；
[0028]步骤四、根据降雨强度和库水位深度，集成控制平台控制第一水栗、降雨电磁阀、进水电磁阀、排水电磁阀工作;红外热成像仪、三维激光扫描仪、高速摄像机、土压力盒和孔隙水压力计和深部位移计将数据传给集成控制平台；
[0029]步骤五、完成滑坡试验后，集成控制平台控制降雨电磁阀、进水电磁阀、排水电磁阀工作，使所有的水流入水回收系统的集水槽内。
[0030]本发明中，所述模型箱的底部和四周密封不漏水;所述模型箱的左右侧板采用钢化玻璃制作而成，以便于观察试验过程中滑坡模型的变化情况;所述水箱与模型箱相接触的侧壁(前侧壁)设有给排水孔，给排水孔设有用于阻挡滑坡模型固体颗粒进入水箱的过滤网，一方面防止滑坡模型固体颗粒流失，另一方面防止固体颗粒进入水箱堵塞出水管;所述模型箱四个角由支柱支撑，支柱有一定高度，方便集水槽布设，可以减少试验室占地空间。所述降雨系统用于模拟不同降雨强度；降雨系统的喷头有多个，均匀布设且覆盖滑坡模型上方的整个空间。所述库水位升降系统用于模拟不同库水位波动。所述滑坡模型外部数据采集设备用于监测滑坡试验过程中滑坡坡表的温度和位移变化情况。所述滑坡模型内部数据采集设备用于监测滑坡试验过程中土压力、孔隙水压力和滑体内部位移的变化情况。所述集水槽主要用于收集由水箱排出来的水并为供水槽提供水源，供水槽主要用于降雨和库水变动提供试验水源，总体实现试验用水循环利用。所述供水槽的进水口与供水槽底部有一定高度，通过供水电磁阀和第二水栗向供水槽供水，使得供水槽一直保持一定水量，确保能提供足够的降雨和库水位模拟试验用水。所述库水位升降系统的水箱通过进水管和出水管分别与供水槽和集水槽连通，并通过进水电磁阀开关来控制供水槽中的水进入水箱、排水电磁阀开关控制水箱中的水进入集水槽，以模拟不同的水位变化情况，同时也保持库水具有一定的流动状态，与真实情况更相符。所述集成控制平台用于接收信号并对降雨强度、库水位变动、循环供水进行集中控制。
[0031]本发明产生的有益效果在于:
[0032]本装