模拟库水对岸坡侵蚀破坏的试验装置的制作方法

本发明涉及室内滑坡物理模型试验所用库水位升降、流动技术领域，具体涉及一种模拟库水对岸坡侵蚀破坏的试验装置。

背景技术：

库区滑坡的突出特点和库水的作用是密切相关的，这是目前库岸滑坡研究中最备受关注的部分。尤其是在库区边坡中，蓄水之前大多数边坡都处于稳定状态中，蓄水之后水位太高，之后由于库水位的反复涨落、持续冲刷以及渗流作用下，边坡坡岸遭受侵蚀破坏，导致滑坡。鉴于库水对坡岸侵蚀破坏的影响，对库区水位冲刷、软化以及渗流耦合作用下的坡岸侵蚀破坏进行研究具有重要意义。

国内外在库水位对滑坡影响的研究集中在库水位升降与滑坡稳定性的相关性、库水位升降对地下水的影响和浸润线确定等方面，而对于库水长期作用下消落带坡体强度及地质结构弱化规律与坡岸稳定性的相关性研究相对较少，能适用于库水冲刷、软化以及渗流耦合作用下的坡岸侵蚀破坏研究的试验装置和方法还没有。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种模拟库水对岸坡侵蚀破坏的试验装置，可用于库区水位冲刷、软化以及渗流耦合作用下的坡岸侵蚀破坏研究。

本发明提供一种模拟库水对岸坡侵蚀破坏的试验装置，包括岸坡模型模块、设置在岸坡模型模块模拟边坡一侧坡面的水位调节模块和设置在岸坡模型模块上用于监测岸坡模型模块坡内应力、坡内变形及孔隙水压力情况的监测模块。

进一步，所述水位调节模块包括设置岸坡模型模块模拟边坡一侧坡面的流水槽，所述流水槽的长度方向平行于岸坡模型模块模拟边坡一侧坡面，且流水槽位于岸坡模型模块模拟边坡一侧下半部分；所述流水槽靠近岸坡模型模块模拟边坡一侧坡面的一侧壁面与岸坡模型模块模拟边坡一侧坡面在同一平面上，且所述流水槽靠近岸坡模型模块模拟边坡一侧坡面的一侧壁面设置有与岸坡模型模块模拟边坡一侧坡面适形匹配的缺口；所述岸坡模型模块模拟边坡一侧坡面的一侧壁面密封设置在缺口内。

进一步，所述流水槽长度方向的两端分别设置有可调节水位高度的进水箱和可调节水位高度的出水箱；所述进水箱的出水端与流水槽长度方向的一端连通，所述出水箱的进水端与流水槽长度方向的另一端连通。

进一步，所述岸坡模型模块背向流水槽的一侧设置有蓄水槽，岸坡模型模块背向流水槽的一侧为蓄水槽的一侧封闭面。

进一步，所述监测模块包括设置于岸坡模型模块内部的应力监测单元、设置于岸坡模型模块内部的应变监测单元、设置于岸坡模型模块内部的孔隙水压力监测单元和控制单元；所述控制单元与应力监测单元连接，用于接收和处理岸坡模型模块内部的应力信号；所述控制单元与应变监测单元连接，用于接收和处理岸坡模型模块内部的应变信号；所述控制单元与孔隙水压力监测单元，用于接收和处理岸坡模型模块内部的孔隙水压力信号。

进一步，还包括支撑模块，所述支撑模块包括设置在岸坡模型模块底部并延伸到蓄水槽底部的钢板、分别设置在岸坡模型模块模拟边坡一侧坡面左右两侧的左钢化玻璃和右钢化玻璃，以及设置在蓄水槽后端一侧的后钢化玻璃；所述左钢化玻璃和右钢化玻璃均延伸到后钢化玻璃与后钢化玻璃密封连接；所述左钢化玻璃所在平面与右钢化玻璃所在平面平行；所述左钢化玻璃延伸到钢板与钢板密封连接，所述左钢化玻璃所在平面垂直于钢板所在平面；所述左钢化玻璃延伸到钢板与钢板密封连接，所述左钢化玻璃所在平面垂直于后钢化玻璃所在平面；所述后钢化玻璃延伸到钢板与钢板密封连接，所述后钢化玻璃所在平面垂直于钢板所在平面。

进一步，所述进水箱的进水端设置有进水泵，所述进水箱中设置有进水液位传感器；所述进水箱的出水端设置有电控出水阀ⅰ；

所述出水箱的出水端设置有电控出水阀ⅱ；所述出水箱的进水端设置有电控进水阀；所述出水箱中设置有出水液位传感器；

所述控制单元与进水泵连接，用于控制和调节进水泵的进水量；

所述控制单元与进水液位传感器连接，用于接收进水箱的液位信号；

所述控制单元与出水液位传感器连接，用于接收出水箱的液位信号；

所述控制单元分别与电控出水阀ⅰ、电控出水阀ⅱ和电控进水阀连接，用于根据进水箱的液位信号和出水箱的液位信号，分别控制和调节电控出水阀ⅰ、电控出水阀ⅱ和电控进水阀的开度。

进一步，所述岸坡模型模块在高度方向上间隔设置有若干水平分层；

所述应力监测单元包括若干应力监测设备；所述水平分层的中轴线上等间距布置有若干应力监测设备；所述布置在同一水平分层的应力监测设备中至少包括一个用于监测岸坡模型模块水平方向应力的应力监测设备和一个用于监测岸坡模型模块竖直方向应力的应力监测设备。

进一步，所述应变监测单元包括若干应变监测设备；

所述水平分层的中轴线上等间距布置有若干应变监测设备；所述布置在同一水平分层的应变监测设备中至少包括一个用于监测岸坡模型模块水平方向应变的应变监测设备和一个用于监测岸坡模型模块竖直方向应变的应变监测设备。

进一步，所述应力应变监测单元包括若干孔隙水压力监测设备；

所述水平分层的中轴线上等间距布置有若干孔隙水压力监测设备；所述布置在同一水平分层的孔隙水压力监测设备中至少包括一个用于监测岸坡模型模块水平方向孔隙水压力的孔隙水压力监测设备和一个用于监测岸坡模型模块竖直方向孔隙水压力的孔隙水压力监测设备。

本发明的有益效果：本发明结构简单、安装简便、操作方便，能对库水位升降、流动作用下滑坡进行模拟试验，能研究库区水位冲刷、软化以及渗流耦合作用下的坡岸侵蚀破坏研究。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为水位调节模块的分解结构示意图；

图3为监测模块的连接示意图；

图4为支撑模块的分解结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的一种模拟库水对岸坡侵蚀破坏的试验装置，包括岸坡模型模块1、设置在岸坡模型模块1模拟边坡一侧坡面11的水位调节模块和设置在岸坡模型模块1上用于监测岸坡模型模块1坡内应力、坡内变形及孔隙水压力情况的监测模块，通过水位调节模块调节岸坡模型模块1模拟边坡一侧坡面11的水位情况，并通过监测模块监测岸坡模型模块1坡内应力、坡内变形及孔隙水压力情况。通过上述结构，能对库水位升降、流动作用下滑坡进行模拟试验，能研究库区水位冲刷、软化以及渗流耦合作用下的坡岸侵蚀破坏研究，且本装置结构简单、安装简便、操作方便。本实施例中，岸坡模型模块1用于模拟真实的岸坡情况，采用要模拟的岸坡相同或相似的浇筑材料进行分层浇筑形成，例如：重晶石粉、河砂、水泥混合按特定比例制作的浇筑材料。本实施例中，设计岸坡模型模块1底部长度为5米，底部宽度为2米，高度为1.6米，岸坡模型模块1模拟边坡一侧坡面11倾斜角度为45°。岸坡模型模块1的长度方向为图1中的y轴方向，岸坡模型模块1的宽度方向为图1中的x轴方向，岸坡模型模块1的高度方向为图1中的z轴方向。

如图1和图2所示，所述水位调节模块包括设置岸坡模型模块1模拟边坡一侧坡面11的流水槽21，所述流水槽21的长度方向平行于岸坡模型模块1模拟边坡一侧坡面11，即所述流水槽21的长度方向平行于岸坡模型模块1的宽度方向，即所述流水槽21的长度方向平行于x轴，且流水槽21位于岸坡模型模块1模拟边坡一侧下半部分；所述流水槽21靠近岸坡模型模块1模拟边坡一侧坡面11的一侧壁面与岸坡模型模块1模拟边坡一侧坡面11在同一平面上，且所述流水槽21靠近岸坡模型模块1模拟边坡一侧坡面11的一侧壁面设置有与岸坡模型模块1模拟边坡一侧坡面11适形匹配的缺口211；所述岸坡模型模块1模拟边坡一侧坡面11的一侧壁面密封设置在缺口211内，通过水下环氧粘胶剂与缺口211固定连接，使流水槽21中流经岸坡模型模块1模拟边坡一侧坡面11的一侧壁面的水对岸坡模型模块1模拟边坡一侧坡面11进行冲刷，模拟水域对边坡的影响。通过上述结构，模拟水域对岸坡模型模块1模拟边坡一侧坡面11的影响。进一步，流水槽21还设置有流水槽21液位传感器，用于监测流水槽21中的液位情况。流水槽21的长度尺寸大于岸坡模型模块1的宽度尺寸，一般设置流水槽21的长度尺寸为岸坡模型模块1的宽度尺寸的三倍，且将岸坡模型模块1设置于流水槽21的长度方向的中部。流水槽21的底部和侧壁封闭，顶部打开，流水槽21的外壳采用透明材料制成，以方便试验人员观察进水箱22和出水箱内的水位情况。

所述流水槽21长度方向的两端分别设置有可调节水位高度的进水箱22和可调节水位高度的出水箱23；所述进水箱22的出水端与流水槽21长度方向的一端连通，所述出水箱23的进水端与流水槽21长度方向的另一端连通。通过调节进水箱22和出水箱23的液位来调节流水槽21中的液位，结构简单，调节方便且准确，可监测不同水平液位对岸坡模型模块1的影响。所述进水箱22和出水箱23的底部和四周封闭，顶部打开，进水箱22和出水箱23的外壳采用透明材料制成，并在进水箱22和出水箱23的外壳上设置有水位刻度，以方便试验人员观察进水箱22和出水箱23内的水位情况。

所述岸坡模型模块1背向流水槽21的一侧设置有蓄水槽3，岸坡模型模块1背向流水槽21的一侧为蓄水槽3的一侧封闭面，受蓄水槽3中的水的冲刷影响。所述蓄水槽3的另外三侧封闭面为钢化玻璃；蓄水槽3底部由钢板封闭；蓄水槽3顶部未封闭，设置有开口，可通过蓄水槽3顶部开口向蓄水槽3中灌注液体。蓄水槽3中设置有蓄水槽3液位传感器，用于监测蓄水槽3中的液位情况。在蓄水槽3中注入一定水位高度的液体，可与流水槽21配合，模拟库水位渗透过程。

如图3所示，所述监测模块包括设置于岸坡模型模块1内部的应力监测单元、设置于岸坡模型模块1内部的应变监测单元、设置于岸坡模型模块1内部的孔隙水压力监测单元和控制单元；所述控制单元与应力监测单元连接，用于接收和处理岸坡模型模块1内部的应力信号；所述控制单元与应变监测单元连接，用于接收和处理岸坡模型模块1内部的应变信号；所述控制单元与孔隙水压力监测单元，用于接收和处理岸坡模型模块1内部的孔隙水压力信号。本实施例中，控制单元可以为微处理器、单片机或其他类型处理器，优选单片机，优选avr系列的单片机，单片机中预设有现有的应力监测单元、应变监测单元和孔隙水压力监测单元采集信号的处理方法和公式，单片机接收到应力监测单元、应变监测单元和孔隙水压力监测单元采集的信号后可自动对其进行相应处理，并通过连接的外设显示设备显示。

如图4所示，还包括支撑模块，所述支撑模块包括设置在岸坡模型模块1底部并延伸到蓄水槽3底部的钢板41、分别设置在岸坡模型模块1模拟边坡一侧坡面11左右两侧的左钢化玻璃42和右钢化玻璃43，以及设置在蓄水槽3后端一侧的后钢化玻璃44；所述左钢化玻璃42和右钢化玻璃43均延伸到后钢化玻璃44与后钢化玻璃44密封连接；所述左钢化玻璃42所在平面与右钢化玻璃43所在平面平行；所述左钢化玻璃42延伸到钢板41与钢板41密封连接，所述左钢化玻璃42所在平面垂直于钢板41所在平面；所述左钢化玻璃42延伸到钢板41与钢板41密封连接，所述左钢化玻璃42所在平面垂直于后钢化玻璃44所在平面；所述后钢化玻璃44延伸到钢板41与钢板41密封连接，所述后钢化玻璃44所在平面垂直于钢板41所在平面。本实施例中，前端为图1中+y轴一端，后端为图1中-y轴一端，岸坡模型模块1模拟边坡一侧坡面11左右两侧分别为图1中-x轴一端和x轴一端。蓄水槽3的前端为蓄水槽3靠近岸坡模型模块1的一侧端面，蓄水槽3的后端为蓄水槽3远离岸坡模型模块1的一侧端面。左钢化玻璃42和右钢化玻璃43的高度高于岸坡模型模块1，左钢化玻璃42和右钢化玻璃43的前端边沿均与岸坡模型模块1模拟边坡一侧坡面11齐平。在实际组装过程中，还包括由8根支撑杆围成的矩形框5，所述左钢化玻璃42、右钢化玻璃43、后钢化玻璃44和钢板41均固定于矩形框5的侧壁，结构稳固，避免晃动，保证测试精度高。

所述进水箱22的进水端设置有进水泵221，所述进水箱22中设置有进水液位传感器；所述进水箱22的出水端设置有电控出水阀ⅰ222；

所述出水箱23的出水端设置有电控出水阀ⅱ231；所述出水箱23的进水端设置有电控进水阀232；所述出水箱23中设置有出水液位传感器；

如图3所示，所述控制单元与进水泵221连接，用于控制和调节进水泵221的进水量；

所述控制单元与进水液位传感器连接，用于接收进水箱22的液位信号；

所述控制单元与出水液位传感器连接，用于接收出水箱23的液位信号；

所述控制单元分别与电控出水阀ⅰ222、电控出水阀ⅱ231和电控进水阀232连接，用于根据进水箱22的液位信号和出水箱23的液位信号，分别控制和调节电控出水阀ⅰ222、电控出水阀ⅱ231和电控进水阀232的开度。

所述控制单元与流水槽21液位传感器连接，用于接收流水槽21的液位信号；

所述控制单元与蓄水槽3液位传感器连接，用于接收蓄水槽3的液位信号；试验人员可根据试验需要、进水箱22液位、出水箱23液位、以及流水槽21液位和蓄水槽3液位，控制控制单元(控制单元为单片机)，向进水泵221、电控出水阀ⅰ222、电控出水阀ⅱ231或电控进水阀232发送相应的控制信号，以调节流水槽21中的液位，从而模拟研究库水升降、流动对坡岸侵蚀破坏情况。

所述岸坡模型模块1在高度方向上间隔设置有若干水平分层；

所述应力监测单元包括若干应力监测设备；所述水平分层的中轴线上等间距布置有若干应力监测设备；所述布置在同一水平分层的应力监测设备中至少包括一个用于监测岸坡模型模块1水平方向应力的应力监测设备和一个用于监测岸坡模型模块1竖直方向应力的应力监测设备。所述中轴线平行于水平分层平面，且平行于岸坡模型模块1的长度方向。

所述应变监测单元包括若干应变监测设备；

所述水平分层的中轴线上等间距布置有若干应变监测设备；所述布置在同一水平分层的应变监测设备中至少包括一个用于监测岸坡模型模块1水平方向应变的应变监测设备和一个用于监测岸坡模型模块1竖直方向应变的应变监测设备。所述应力应变监测单元包括若干孔隙水压力监测设备；

所述水平分层的中轴线上等间距布置有若干孔隙水压力监测设备；所述布置在同一水平分层的孔隙水压力监测设备中至少包括一个用于监测岸坡模型模块1水平方向孔隙水压力的孔隙水压力监测设备和一个用于监测岸坡模型模块1竖直方向孔隙水压力的孔隙水压力监测设备。所述水平分层是浇筑岸坡模型模块1时在竖直方向上每隔20cm～50cm形成的浇筑分层，每形成一个浇筑分层就在浇筑分层的上表面固定嵌入应力监测设备、应变监测设备和孔隙水压力监测设备，并调整应力监测设备、应变监测设备和孔隙水压力监测设备的监测方向(监测面)，以保证既能监测到应力监测设备布置的浇筑分层的竖直方向的应力情况，也能监测到应力监测设备布置的浇筑分层的水平方向的应力情况，进一步，既能监测到应变监测设备布置的浇筑分层的竖直方向的应变情况，也能监测到应变监测设备布置的浇筑分层的水平方向的应变情况，进一步，既能监测到孔隙水压力监测设备布置的浇筑分层的竖直方向的孔隙水压力情况，也能监测到孔隙水压力监测设备布置的浇筑分层的水平方向的孔隙水压力情况。本实施例中，应力监测设备选用ly-350型号的微型电阻式应变土压力计，应变监测设备选用cs02内埋式应变传感器，孔隙水压力监测设备选用dmky孔隙水压力计。在实施安装过程中，控制单元(单片机)对各应力监测设备、应变监测设备和孔隙水压力监测设备进行编号，以确定各应力监测设备、应变监测设备和孔隙水压力监测设备的放置位置，各应力监测设备、应变监测设备和孔隙水压力监测设备并联接入控制单元(单片机)，控制单元(单片机)分别接收应力监测设备、应变监测设备和孔隙水压力监测设备采集的信号并进行分析处理。本实施例中，进水箱22、出水箱23、流水槽21、左钢化玻璃42、右钢化玻璃43、后钢化玻璃44和钢板41均由透明材料制成，故图1和图2中有部分透视效果，其中虚线表示透视结构。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。