一种室内滑坡物理模型试验用降雨模拟装置的制作方法

本发明属于室内降雨模拟技术领域，特别涉及一种室内滑坡物理模型试验用降雨模拟装置。

背景技术：

滑坡是常见地质灾害中的主要类型，对人民生命和财产安全有着极大的危害。在我国西南地区，特别是西南丘陵山区，山体众多，山势陡峻，土壤结构疏松，易积水，沟谷河流遍布于山体之中，与之相互切割，因而形成众多的具有足够滑动空间的斜坡体和切割面。广泛存在滑坡发生的基本条件，滑坡灾害相当频繁。而且21世纪以来，我国在西南地区兴建了许多的水利工程，因此对水利工程涉及到的滑坡的研究，具有很大的工程意义。

对滑坡的研究，除了现场的原位试验方法以外，最主要的研究手段是建立室内滑坡物理模型试验。除了地震等动力影响因素外，降雨作为滑坡的主要影响因素，通过研究降雨强度、降雨历时、降雨量等与滑坡的位移、滑坡内的应力和孔隙水压力之间的关系，可以进一步揭示降雨条件下滑坡的致灾机理，是对降雨型滑坡进行风险防控的理论依据。

目前中小型室内滑坡模型试验的降雨模拟装置，常采用钻孔水管、莲蓬喷头、雾化喷头来模拟降雨，这种方法虽然简便，但是存在很大的不足：(1)现有降雨系统在模拟较高的降雨强度时效果比较好，但是在模拟低降雨强度时效果很差，例如蓬头式或者雾化式喷头，喷头产生分散喷水效果是存在供水强度阈值的，当供水强度很低时这类喷头不会分散喷水，只能在喷头中间部位集中滴水；(2)具有分散喷水效果的喷头，例如蓬头式或者雾化式喷头，虽然能够以较少的喷头覆盖较大的降雨面积，但是在模拟降雨的效果上存在两点不足：一是当喷头与滑坡模型距离不是足够大时，到达滑坡模型表面的降雨会沿轴心向外降雨倾角逐渐变化，这与自然降雨的同倾角并且几乎垂直的降雨效果是不符的；二是在模拟较高的降雨强度时，喷头喷水分散太严重，导致大量雨水沿着室内滑坡物理模型试验箱侧壁流下，不仅与自然降雨非常不符，而且还会产生较大的边界效应影响模型试验的准确性。

技术实现要素：

发明目的：针对传统室内中小型降雨模拟装置无法准确模拟低降雨强度以及在高降雨强度时雨水主要从模型试验箱侧壁流下并产生较大边界效应的问题，本发明提出一种能够较好模拟低降雨强度的避免高降雨强度时的降雨冲击和分散喷水侧壁集中现象的室内滑坡物理模型试验用降雨模拟装置。

技术方案：本发明的一种室内滑坡物理模型试验用降雨模拟装置，包括箱体，箱体包括带有阵列孔洞的底板；箱体内底面固定有板体；板体位于底板下方且板体设有与阵列孔洞位置对应的阵列喷头；箱体内顶面设有对应的注水管口；其中，箱体顶面注水管口固定连接有注水管道；注水管道进水口连接有水表；水表进水口连接有转子流量计；转子流量计进水口连接有注水开关；注水开关固定连接于实验室内有压自来水管。

进一步的，箱体底面与室内滑坡物理模型试验装置的长宽相等。

进一步的，箱体连接有桁架，桁架使箱体位于室内滑坡物理模型试验装置的上方。

进一步的，在注水管口与板体之间设有注水分水结构。

进一步的，注水分水结构由分水平台、分水孔与分水槽组成，并通过固定结构固定于箱体顶部。

进一步的，箱体为上窄下宽的形状，减小满载箱体的重量，增加稳定性和安全性。

与相关技术相比，本发明的有益效果是：提供一种用于室内滑坡模型试验的降雨模拟装置，箱体除喷头处外均为密封结构，使得模拟降雨强度会随注水强度的增加而增加，模拟降雨强度最大可达到室内有压自来水的最大强度；阵列喷头结构采用等间距均匀设置，使模拟降雨尽可能均匀；并且内嵌有阵列喷头结构的箱体与室内滑坡模型试验装置的长宽尺寸相近，模拟降雨可以完全均匀覆盖滑坡模型；箱体注水分水结构使注水时水会相对均匀的平铺于箱体的板体上，模拟低降雨强度的降雨相对均匀；采用水表和转子流量计，既可以通过流量控制雨强，又可以通过水量和时间控制雨强，具有双重保障的优点；该室内滑坡模型试验的降雨模拟装置采用室内实验室都有的室内有压自来水管道为供水源，取材方便，配合雨强控制系统能够实现从极小雨强到极大雨强的降雨模拟范围。

附图说明

图1为本发明的降雨模拟装置除分水槽外的截面结构图；

图2为本发明的注水分水结构结构示意图。

具体实施方式

如图1和2所示，本发明介绍了一种适用于室内中小型滑坡物理模型试验用降雨模拟装置，包括固定桁架9和箱体1，固定桁架9和箱体1连接并使箱体1位于室内滑坡模型试验装置上方，箱体1包括带有阵列孔洞的底板2；箱体1内底面固定有板体3；板体3位于底板2下方且板体3设有与阵列孔洞位置对应的阵列喷头4；箱体1内顶面设置有若干固定位置孔洞；箱体1内顶面设有与固定孔洞位置对应的注水管口；其中，箱体1顶面注水管口固定连接有注水管道5；注水管道5进水口连接有水表6；水表6进水口连接有转子流量计7；转子流量计7进水口连接有注水开关8；注水开关8固定连接于实验室内有压自来水管。

为了使模拟降雨可以完全均匀覆盖滑坡模型，箱体1底面与室内滑坡物理模型试验装置的长宽相等。

为了使注水时水会相对均匀的平铺于箱体1的板体3上，在注水管口与板体3之间设有注水分水结构10；其中注水分水结构10由分水平台101、分水孔102与分水槽103组成，并通过固定结构17固定于箱体1顶部。

为了减小满载箱体1的重量，增加稳定性和安全性，箱体1为上窄下宽的形状。

工作原理为：打开注水开关8，自来水注入箱体1内，通过水表6和转子流量计7来控制水压和水速，水流进入注水分水结构10的分水平台101的分水槽103内，并经过分水孔102流到板体3以及板体3上的阵列喷头4内，并且注水分水结构10扩大了分水面积，板体3上的水流通过阵列喷头4均匀喷洒至箱体1底板2上，最后底板2上的水流通过底板2上的阵列空洞流向室内滑坡物理模型试验装置。

技术特征：

1.一种室内滑坡物理模型试验用降雨模拟装置，包括箱体(1)，其特征在于箱体(1)包括带有阵列孔洞的底板(2)；箱体(1)内底面固定有板体(3)；板体(3)位于底板(2)下方且板体(3)设有与阵列孔洞位置对应的阵列喷头(4)；箱体(1)内顶面设有对应的注水管口；

其中，箱体(1)顶面注水管口固定连接有注水管道(5)；注水管道(5)进水口连接有水表(6)；水表(6)进水口连接有转子流量计(7)；转子流量计(7)进水口连接有注水开关(8)；注水开关(8)固定连接于实验室内有压自来水管。

2.根据权利要求1的一种室内滑坡物理模型试验用降雨模拟装置，其特征在于，箱体(1)底面与室内滑坡物理模型试验装置的长宽相等。

3.根据权利要求2的一种室内滑坡物理模型试验用降雨模拟装置，其特征在于，箱体(1)连接有桁架(9)，桁架(9)使箱体(1)位于室内滑坡物理模型试验装置的上方。

4.根据权利要求1的一种室内滑坡物理模型试验用降雨模拟装置，其特征在于，在注水管口与板体(3)之间设有注水分水结构(10)。

5.根据权利要求4的一种室内滑坡物理模型试验用降雨模拟装置，其特征在于，注水分水结构(10)由分水平台(101)、分水孔(102)与分水槽(103)组成，并固定于箱体(1)顶部。

6.根据权利要求5的一种室内滑坡物理模型试验用降雨模拟装置，其特征在于，箱体(1)为上窄下宽的形状，减小满载箱体(1)的重量，增加稳定性和安全性。

技术总结
本发明公开一种室内滑坡物理模型试验用降雨模拟装置，包括固定桁架、箱体、箱体顶部注水管口、箱体注水分水结构、箱体底部阵列喷头结构、注水管道、雨强控制系统，箱体除底部阵列喷头结构处以外均为密闭结构，本发明水源为实验室随处可见的有压自来水管为水源，并弥补了现有降雨模拟装置无法模拟小雨强均匀降雨的不足，本发明可以用于室内中小型滑坡物理模型试验的降雨模拟。

技术研发人员：王环玲;周行健;姜自华;徐卫亚;王如宾
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2020.07.10
技术公布日：2020.10.30