本发明涉及河流生态护岸工程领域，特别涉及一种模拟测试岸坡防护结构稳定性的装置，还涉及一种模拟测试岸坡防护结构稳定性的方法。
背景技术：
近年来，随着公众环保意识的增强，提高生态环境逐渐成为河流生态护岸工程领域的主流。如何将植物、天然石块等天然材料应用到实际的河流、库岸防护工程中正逐渐受到从事岸坡防护领域研究的学者的密切关注。
众所周知，结构稳定、选材生态的岸坡防护结构往往更有利于河流、水库的生态环境。然而当前的岸坡防护技术往往只注重结构的稳定性，大量使用开孔式混凝土连锁砖、钢丝石笼网垫、生态混凝土等实际生态效果较差的护坡材料，这些材料虽然满足了防护的要求，但却忽略了岸坡防护结构对河流、水库生态环境的影响，甚至导致河流、水库生态环境的进一步恶化。这是因为混凝土、有机高分子材料等人工材料在使用过程中可能会产生一些有毒物质，污染河流、水库的水质，并且这些材料一般价格较高、容易老化锈蚀，导致工程造价较高、长期安全性能较差。
同混凝土、有机高分子材料等人工材料相比，植物、天然石块等天然材料具备如下优点。
(一)植物、天然石块等材料本身就是生态的，环境相容性较好，可以为岸坡防护工程产生良好生态效果奠定重要基础。
(二)植物、天然石块等材料具有来源广泛、工程造价低、施工工艺简单等优点。
(三)岸坡防护工程中选用的天然石块一般为坚硬、抗风化能力强的岩石，在工程设计服务年限内石料的强度衰减可以忽略不计，工程耐久性较好。植物的茎秆根系可以限制石块的位移，进一步增加岸坡防护结构的整体安全稳定性。
为研究天然石块、植物等材料的不同组合方式下，以岸坡防护结构能够保证自身的整体安全稳定性为前提，其能够适应的最大岸坡坡度与天然石块、植物等材料的组合方式之间的规律，通常使用现场试验法，但是现场试验的周期一般较长，试验经费投入较高，对自变量的控制程度较低，无关因素影响的可能性较大，有效资料的获取较难。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟测试岸坡防护结构稳定性的装置及方法，在室内完成试验，具有试验经费投入少、试验周期短等优点，试验者能够控制试验变量，消除无关变量的影响，以较少的投入进行尽量多的试验安排，从而获取自变量和因变量之间的关系。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：
一种模拟测试岸坡防护结构稳定性的装置，包括装置底座和布置在所述装置底座上的模拟设置单元，所述装置底座布置有使所述模拟设置单元倾斜的倾斜支撑组件，所述模拟设置单元的边缘布置有感应组件，所述模拟设置单元包括石块模拟层和若干个植物茎秆模拟件。
进一步，所述模拟设置单元包括底板，所述底板的边缘布置有多个限制挡板，所述感应组件布置在其中一个限制挡板所处的边缘，该边缘与所述装置底座铰接。
进一步，所述倾斜支撑组件包括架在所述装置底座的丝杆，所述丝杆上套有滑块，所述滑块上铰接有顶起所述底板的支撑杆，所述支撑杆与水平面的夹角可变。
进一步，所述底板的底面布置有顶着所述支撑杆的凸起。
进一步，所述感应组件包括下滑力感应挡板，所述下滑力感应挡板位于其所在边缘的限制挡板的内侧。
进一步，所述感应组件包括压力感应器，所述压力感应器位于其所在边缘的限制挡板的内侧。
进一步，所述底板上布置有可供所述植物茎秆模拟件插入的螺纹孔。
进一步，各所述植物茎秆模拟件呈矩阵式排列。
一种模拟测试岸坡防护结构稳定性的方法，包括以下步骤，(1)底板的安置，试验开始前需要在装置底座上对底板进行调平；(2)模拟设置单元的布置，先将植物茎秆模拟件安装在底板，且植物茎秆模拟件的顶端与底板的正面表面平齐，再在底板上铺设石块模拟层；(3)植物茎秆模拟件的拆除，向上将植物茎秆模拟件从底板旋出；(4)岸坡防护结构稳定性的模拟测试，匀速地旋转丝杆。
有益效果：本发明在装置底座上设计模拟设置单元，通过装置底座上的倾斜支撑组件是模拟设置单元连续的缓慢的匀速的改变倾斜角度，在倾斜过程中通过感应组件监测石块模拟层对下滑力感应挡板的作用力大小，并传送至计算机，在计算机将下滑力和坡度的变化转换为实时曲线，便于直观的观察二者的关系。本发明结构简单、操作方便，模拟效果能反映真实的岸坡防护结构，可广泛应用于河流生态护岸工程领域。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为装置底座的结构图。。
具体实施方式
下面结合图1和图2对本发明做进一步的说明。
一种模拟测试岸坡防护结构稳定性的装置，包括装置底座120和布置在所述装置底座120上的模拟设置单元110。所述模拟设置单元110用于模拟室内试验所需不同组合方式下的岸坡防护结构，本实施例中，所述模拟设置单元110包括石块模拟层和若干个植物茎秆模拟件，所述模拟设置单元110的边缘布置有感应组件。所述装置底座120布置有使所述模拟设置单元110倾斜的倾斜支撑组件，在所述模拟设置单元110倾斜时，所述感应组件可感应石块模拟层中石块的下滑力，并将该下滑力转换为信号经数据线传送至计算机。
所述模拟设置单元110包括底板，所述底板的边缘布置有多个限制挡板，各所述限制挡板围成的区域就是试验的区域，保证试验过程中模拟的岸坡防护结构不变形，使试验正常进行。本实施例中，限制挡板的数量为四个，围住的区域大小为740×740mm，深度为50mm。所述感应组件布置在其中一个限制挡板所处的边缘，该边缘与所述装置底座120铰接，因此所述底板可在该铰接处转动，可改变底板与水平面的夹角，达到多角度倾斜的效果。另外，为减轻所述模拟设置单元110的重量，将底板的背面设计为格栅状。
本实施例中，四个限制挡板、下滑力感应挡板和底板应当选用刚度大、形变小、质量相对较轻的材料制造，并且该材料的形变受温度、湿度的影响较小，如铝合金、亚克力材料等。
本实施例中，所述感应组件所在边缘的限制挡板为活动式限制挡板，试验结束后，可将活动式限制挡板和下滑力感应挡板一同拆下，便于清理模拟设置单元110。
所述倾斜支撑组件包括架在所述装置底座120的丝杆，所述丝杆上套有滑块124，所述滑块124上布置有螺纹通孔，所述滑块124上铰接有顶起所述底板的支撑杆123，所述底板的底面布置有顶着所述支撑杆123的凸起。所述丝杆的一端布置有转动手柄122，通过转动丝杆使滑块124移动，从而线性改变所述支撑杆123与水平面的夹角。
本实施例中，所述装置底座120为框架式结构，因此装置底座120中有足够的空间完成模拟设置单元110和倾斜支撑组件的安装和操作。
所述感应组件包括下滑力感应挡板和压力感应器，所述下滑力感应挡板和压力感应器均位于活动式限制挡板的内侧，且所述压力感应器位于活动式限制挡板和下滑力感应挡板之间。在模拟设置单元110倾斜时，为给下滑力感应挡板因受挤压产生的正常弯曲留有空间，活动式限制挡板和下滑力感应挡板之间保持一段距离。所述下滑力感应器根据自身的弯曲程度产生信号，所述压力感应器接收该信号并经数据线传送至计算机。
本实施例中，在试验前铺设石块模拟层时，为防止下滑力感应挡板出现倾斜或变形，在活动式限制挡板和下滑力感应挡板之间布置至少一个插销，但试验开始时需将这些插销拔出。
在其他实施例中，也可设计为所述感应组件仅包括压力感应器和下滑力感应挡板之中的一种。
所述底板上布置有可供所述植物茎秆模拟件插入的螺纹孔，且各所述植物茎秆模拟件呈矩阵式排列。本实施例中，所述底板开有289个螺纹孔，孔径为4mm，螺纹孔为矩阵式排列，相邻两个螺纹孔圆心之间的横距和纵距均为40mm。
本实施例中，植物茎杆模拟件用以模拟岸坡防护结构中的植物，外形为两端带螺纹、中间光滑微细的硬质杆件。且所述植物茎秆模拟件的下端布置有便于旋拧操作的圆形捏片。
采用该装置的测试方法包括以下步骤：
(1)底板的安置：试验开始前需要在装置底座上对底板进行调平，这样就能保证模拟设置单元水平，从而保证试验数据的准确。
(2)模拟设置单元的布置：将植物茎秆模拟件安装在底板的螺纹孔中，且植物茎秆模拟件的顶端与底板的正面表面平齐。在底板上铺设石块模拟层，将石块模拟层的表面铺平，但不需要压实。
(3)植物茎秆模拟件的拆除：向上旋出植物茎秆模拟件时速度不宜过快，且当石块模拟层中的石块模拟件尺寸较大时，应当由模拟设置单元中部向四周间隔拆除。
(4)岸坡防护结构稳定性的模拟测试：缓慢、匀速地旋转丝杆，旋转丝杆的同时同步观测由压力感应装置测得的压力变化，当压力出现陡增时，即表明此时岸坡防护结构模拟件已经失稳出现滑动破坏。
步骤(2)中，需要注意的是：需要保证没有细小沙砾落在下滑力感应挡板与活动式边缘限制挡板之间，避免出现下滑力感应挡板不能正常位移的情况，可事先在缝隙内填塞纸片。
步骤(4)的原理是：当岸坡防护结构模拟件被倾斜到一定角度后，植物茎秆模拟件对石块模拟层的约束作用、石块模拟层中各石块模拟件之间的机械摩擦力已不能维持整个或局部岸坡防护结构模拟件的稳定，石块模拟件对应出现整体或局部下滑现象。在模拟设置单元中，压力感应器将下滑力感应挡板的信号传递至计算机，在计算机中把下滑力和坡度的变化转换为实时曲线，即可直观的了解坡度变化对岸坡防护结构模拟稳定性的影响规律。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。