专利名称：考虑雨水作用下的大型滑坡物理模型试验系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种滑坡物理模型试验设备，属于地质灾害模型试验领域。
背景技术：
传统的滑坡模型试验系统主要由模型试验槽、模型加载装置和常规测量装置组成，这 种模型试验系统存在以下几个方面的不足-
(1) 模型槽附属功能单一，模型槽一般是独立的试验槽，很少在其上附属其它系统， 如降雨系统、地下水控制系统和非接触式量测系统，这样不利于滑坡模型试验边界条件的 控制和模型试验测试结果的精确获得；
(2) 模型加载装置自动化程度不高，且控制精确度较低。这里的加载通常指的是通 过抬高滑坡模型槽的仰角，来模拟滑坡材料参数的折减，以达到使滑坡破坏的目的。目前 对模型槽仰角的变化来实现加载的自动化控制水平低，主要采用手动方式来实现，这对试 验结果影响很大，这主要是由于滑坡的变形破坏对坡角的变化很敏感。
(3) 常规的位移和应力测量装置主要采用传感器，由于传感器的尺寸相对模型试验 槽的尺寸来说较大，传感器的移动对传感器周围的土体扰动较大，这样就影响传感器周围 土体的渗流及变形破坏响应，当传感器的埋设断面较多时，对整个模型试验槽里的岩土体 的影响就很大，从而导致局部或整体位移场和应力场失真。模型试验系统中的土体随着外 界条件的变化处于饱和或非饱和状态，对于非饱和土体要进行吸力和含水量的测量，常规 的量测系统不能进行非饱和土体非饱和区含水量的测量。
(4) 传统的模型试验人工降雨系统一般采用人工控制降雨强度，具体实施方式
主要 有人工手动进行单喷头喷雾及人工手动控制多组喷头，这些方式对降雨强度的控制误差较 大。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种集人工降雨控制系统、地下水位控制控制系统、Y射线 透射法水分测试系统、非接触光学位移测量系统及模型精确加载系统于一体的大型滑坡物 理模型试验系统。
本实用新型的目的是这样实现的 一种考虑雨水作用下的大型滑坡物理模型试验系
统，试验模型槽1底部一侧与液压升降系统3连接，另一侧设有固定铰支座2，试验模型 槽1上方装有人工降雨系统8，试验模型槽1外侧设有立柱12,小车支架6与立柱12连接， 装有放置Y射线放射源和吸收装置的小车7安装在小车支架6上，供水管道4与试验模型 槽1相通，试验模型槽1内还设有库水供水管9和库水泄水管道10。地下水位控制系统中 的马氏供水系统中主要由马氏管18组成，马氏管18固定在模型槽1的侧壁上。试验模型 槽1长度方向两侧装有钢化玻璃13。试验模型槽1内装有光学测量点14。本实用新型所提供的大型滑坡物理模型试验系统，集成人工降雨控制系统、地下水位 控制控制系统、非接触光学位移测量系统、Y射线透射法水分测试系统和模型精确加载系 统于模型槽的综合模型试验系统对滑坡进行物理模型试验。通过人工降雨控制系统可以模 拟常见多发雨型，并实现不同雨型的自动控制；通过非接触光学测量系统可以自动全程获 得滑坡各光学测点的位移，而克服传统传感器埋设对模型土体的扰动；通过Y射线透射法 水分测试系统可以实现对模型土体的非饱和区进行非接触量测；通过地下水位控制系统可 以实现滑坡模型地下水位边界的有效控制；通过自动液压起降系统可以自动而精确实现滑 坡坡度的改变，达到对滑坡加载的目的。该系统可进行考虑降雨、库水位变化因素对滑坡 变形破坏影响的滑坡物理模型试验，具备操作方便、自动化程度高和测量精确度高的特点。
以下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。图1是本实用新型的结构示意图。图2是本实用新型试验槽的俯视结构示意图。
具体实施方式
本系统主要由控制系统和量测系统两大部分组成。其中控制系统包括模型试验平台起 降控制系统、室内人工降雨控制系统、水库水位变化控制系统；量测系统包括多物理量测 试系统、非接触位移量测试系统和Y射线透射法水分测试系统。试验平台起降控制系统由试验模型槽和液压起降控制装置组成。试验平台模型槽1底 部和侧面由角钢组成框架结构，模型槽长度方向两侧用钢化玻璃13封闭，模型槽1封闭 的钢化玻璃13 —方面可以保证滑坡体中动态的水分运移系统的形成，另一方面便于滑坡 物理力学量的测试，如利用玻璃的透光性，便于采用非接触式光学测量方法对滑坡的位移 进行施测；模型试验平台一端固定于地基固定铰支座2，另一端由自动液压起降系统3中 的液压缸支承，通过自动液压起降控制系统3，可以将模型槽1绕固定铰支座2抬升，抬 升角度通过自动控制面板进行精确控制，以达到提高滑坡15坡角的目的。该模型起降平 台可安装水分测试系统、非接触位移场测试系统和多物理量测试系统，平台上部屋顶安装 有人工降雨系统8。人工降雨控制系统8由供水系统、控制器和上位机及软件三部分组成，降雨系统安装 在实验大厅屋顶大梁上。该系统通过上述三个部分可以实现不同降雨类型的自动控制。 地下水位控制系统主要在通过模型槽1 一端安装马氏管18供水系统控制滑坡远方补
给，另一端形成水池来实现。马氏供水系统组成，具备控制水位或提供稳定流量的功能， 以保证滑坡后缘得到稳定的水源补给。水池与外界的供水管道和泄水管道相连，并在供水 管道入口和泄水出口设置流量调节阔，调节水池来水与泄水的速度，可以达到模拟库水位 以不同速度升降的目的。
采用非接触式光学测量方法对滑坡物理模型试验的位移进行测量，即是对滑坡模型槽 两侧所布置的光学测量点14进行数字摄像，并将试验过程通过摄像的方式记载下来，通 过不同时刻的数字图片处理，自动识别变形前后两幅图像中的相应变形，分析不同光学测 量点的位置变化，从而获得整个滑坡体的变形情况。它克服了传统接触式量测方法对土体 扰动进而影响土体变形的缺点，且该方法具备设备简单、精度好、量程大、自动化程度高 等优点。
Y射线水分量测系统通过发射源19发出的Y射线穿过滑坡体后，由吸收装置20进行 接收，Y射线能量(以射线强度表示)被减弱的特点，将减弱能量与放射源原有能量、吸收 体性质和厚度进行相应数学换算，从而得出能量减弱的程度与滑体的含水量关系，并根据 该关系确定不同能量损失量情况下的测点含水量。
在实际操作中，通过自动液压起降系统3中的液压缸的伸出和縮入使得模型槽1绕固
定铰支座2旋转，从而使滑坡15的坡角增大或减小；
人工降雨系统8喷头16并行排列于连接水管17上，连接水管17固定在屋顶上，水管 与17电磁阀连接，电磁阀与外界自来水连接；电磁阀开关与控制室内微机连接，通过软
件对电磁阀进行自动控制。
地下水位控制系统中的马氏供水系统中主要由马氏管组成，马氏管焊接固定在模型槽 左边壁上，马氏管进水口接地下自来水管，出水口通过橡皮管连接，橡皮管通过模型槽底 部连接到滑坡后缘，根据马氏管的位置高度来控制滑坡后缘的补给水位大小，通过马氏管
出口流量调节阀可以控制滑坡后缘的补给流量；在模型槽中滑坡前缘留出部分空间，并在 右边壁上固定一扇封闭门，这样就在滑坡前缘形成一个水池，在水池上方设置供水自动流 量调节阀，并与外界自来水管连通，在水池底部(模型槽底板)设置泄水自动流量调节阀， 通过供水管道可以为水池供水，通过水池底部泄水阀可以将水池水往泄水槽排泄。
非接触光学测量系统通过在模型槽测试面上布设一定数量的光学测量点14，并在模 型槽周围布置一定数量的数字摄像机，摄像机的布置数量以捕捉到这些光学测量点的可能 运动范围为准，数字摄像机由控制室内的微机控制，并通过自行开发的非接触光学测量软 件对所获得的图像进行处理，最终获得各测点的位移。
y射线水分量测系统通过在模型槽地板外围焊接固定四根立柱12，两测各两根，并
在立柱12上安装放置Y射线放射源和吸收装置的小车支架6，通过立柱12上方的电机可
以控制立柱12上的小车支架6做上下运动；在支架上设置Y射线放射源和吸收装置的带 动链条，通过立柱12上的电机可以控制链条的左右运动，进而带动装有Y射线放射源和 吸收装置的小车7左右运动。这样Y射线放射源和吸收装置就可以在整个模型槽侧壁上运 动。通过控制室的水分测试控制系统和微机的水分测量控制程序，可以对小车7的运动进
行自动控制，同时对所测得的不同位置点的含水量进行直接测算。
权利要求1、一种考虑雨水作用下的大型滑坡物理模型试验系统，其特征在于试验模型槽(1)底部一侧与液压升降系统(3)连接，另一侧设有固定铰支座(2)，试验模型槽(1)上方装有人工降雨系统(8)，试验模型槽(1)外侧设有立柱(12)，小车支架(6)与立柱(12)连接，装有放置γ射线放射源(19)和吸收装置(20)的小车(7)安装在小车支架(6)上，供水管道(4)与试验模型槽(1)相通，试验模型槽(1)内还设有带有水头控制阀(5)的库水供水管(9)和库水泄水管道(10)，地下水位控制系统中的马氏供水系统中主要由马氏管(18)组成，马氏管(18)固定在模型槽(1)侧壁上。
2、 根据权利要求l所述的考虑雨水作用的大型滑坡物理模型试验系统，其特征在于: 试验模型槽(1)四周装有钢化玻璃(13)。
3、 根据权利要求1或2所述的考虑雨水作用的大型滑坡物理模型试验系统，其特征 在于试验模型槽(1)内装有光学测量点(14)。
专利摘要本实用新型公开了一种考虑雨水作用下的大型滑坡物理模型试验系统，属于地质灾害模型试验领域。本系统集成了模型试验平台起降控制系统、室内人工降雨控制系统、水库水位变化控制系统、多物理量测试系统、非接触位移光学量测试系统和γ射线透射法水分测试系统。该系统集成化、自动化程度高，能用来进行滑坡在多种因素作用下的变形破坏模型试验，特别为进行雨水或库水单独影响及雨水和库水共同影响条件下的滑坡物理模型试验提供了有效的设备基础条件。
文档编号G09B23/40GK201015073SQ20062016351
公开日2008年1月30日 申请日期2006年12月1日 优先权日2006年12月1日
发明者剑 吴, 峰 张, 张振华, 玲 曹, 李宏阶, 李运江, 涂鹏飞, 牛恩宽, 王志俭, 罗先启, 赵家成 申请人:三峡大学