二维崩滑体物理试验装置及方法与流程

本发明属于崩滑体模拟试验技术领域，涉及一种二维崩滑体物理试验装置及方法。

背景技术：

探究崩滑体运动内部特征是崩塌滑坡形成灾害的关键，它是崩塌滑坡运动学研究的重要内容，也是地质灾害预警的重要基础。崩滑体在运动过程中岩土体内部存在能量的传递与衰减；崩滑体在自然环境中会发生变形破坏，在有水环境下，与水发生相互作用，可加速崩滑体的岩土体内部变形，致使加快破坏进程，崩滑体的运动破坏过程造成了大量灾难性事件。

尽管存在尺寸效应和相似性问题，研究崩滑体与水体的相互作用机制，物理地质模型试验仍是研究崩塌滑坡运动学的重要研究手段。利用室内物理试验可以较直观全面地分析崩滑体与水体耦合作用过程，其形成的试验结果可视化程度高，有利于地质灾害运动机制研究。针对地质灾害动力学运动试验内容，国内外一些研究者采用了离心机试验（研究崩滑地质体在重力加速度发生变化条件下的运动过程）和边坡破坏加载试验（研究岩土体与外部荷载相互作用）。现有的试验技术大多只考虑了无外部水环境下崩滑体运动特性，未涉及外部水环境结合地下水环境共同作用于崩滑体的耦合运动过程。现有的崩滑体运动物理试验技术尚不能实现地表水和地下水耦合作用的全场动力传递过程获取，不能精细刻画物理试验中的动力过程，不利于崩塌滑坡运动学机制的定量研究。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种二维崩滑体物理试验装置及方法，结构简单，在试验槽左侧构建二维崩滑体物理地质模型，预埋各类监测的试验器件，利用地下水控制系统及外部水位控制阀，可进行无水和有水试验，便于观察，获取有水和无水环境下耦合的崩滑体运行特征，有利于崩滑体运动特性的研究。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种二维崩滑体物理试验装置，它包括试验槽、地下水控制系统和试验水位控制阀；所述地下水控制系统位于试验槽左侧，试验水位控制阀位于试验槽的右侧底端固定，试验槽内、外及上部用于安装试验器件。

所述试验槽为上侧开口的中空框架，各侧面为透明的钢化玻璃，位于试验槽上部设置可滑动的固定座，试验槽内在试验水位控制阀的控制下形成试验变动水位，在试验槽内部靠近地下水控制系统一端构建拟模拟的崩滑体地质模型。

所述地下水控制系统包括水箱配合支撑的支架、多孔渗流的排水器及多条渗流管，多孔渗流的排水器与水箱固定连接，多条渗流管两端分别与排水器和试验槽左侧壁多个渗透孔连接。

所述试验水位控制阀包括均固定于试验槽右侧底部的进水控制阀和排水控制阀。

所述试验器件包括位于试验槽外部的数据采集台、应力应变数据采集仪、数据采集线、应力应变传感器、激光位移计和高清摄像机。

所述应力应变数据采集仪、数据采集线和应力应变传感器与试验槽的地质模型连接。

所述激光位移计固定于试验槽可滑动的固定座上。

所述的二维崩滑体物理试验装置的试验方法，其特征是，它包括如下步骤：

s1，构建地质模型，将崩滑体的模拟材料在试验槽内部靠近地下水控制系统一端由底部向上部逐步砌筑，预埋试验器件中的应力应变传感器；

s2，开机，开启数据采集台、应力应变数据采集仪、激光位移计和高清摄像机；

s3，启动地下水控制系统中的多孔渗流的排水器及多条渗流管，通过水头差将水箱中的水经多孔渗流的排水器及多条渗流管渗透进入构建二维崩滑体地质模型中，构建地下水环境系统；

s4，启动试验水位控制阀中的进水阀，构建二维崩滑体地质模型的外部水环境系统；

s5，数据采集，在s3、s4之前，数据采集台、应力应变数据采集仪、激光位移计进行实时数据记录，高清摄像机进行跟踪摄像；

s6，上述步骤中，s4不启动时，则外部水环境为无水试验，s4启动时，外部水环境为有水试验；

s7，当实验数据采集趋于稳定值时，即代表试验结束；打开试验水位控制阀中的排水阀、同时关闭地下水控制系统中的多孔渗流的排水器，清理试验槽、整理试验器件，试验结束。

一种二维崩滑体物理试验装置，它包括试验槽、地下水控制系统和试验水位控制阀；所述地下水控制系统位于试验槽左侧，试验水位控制阀位于试验槽的右侧底端固定，试验槽内、外及上部用于安装试验器件。结构简单，通过在试验槽左侧构建二维崩滑体物理地质模型，预埋各类监测的试验器件，利用地下水控制系统及外部水位控制阀，试验器件的位置可变动，可进行无水和有水试验，便于观察，获取有水和无水环境下耦合的崩滑体运行特征，有利于崩滑体运动特性的研究。

在优选的方案中，所述试验槽为上侧开口的中空框架，各侧面为透明的钢化玻璃，位于试验槽上部设置可滑动的固定座，试验槽内在试验水位控制阀的控制下形成试验变动水位，在试验槽内部靠近地下水控制系统一端构建拟模拟的崩滑体地质模型。结构简单，使用时，试验槽用于构建物理地质模型，还可以盛装水用于有水试验，透明的钢化玻璃有利于观察和记录，位于试验槽上部的可滑动固定座用于连接激光位移计，试验槽左侧钢化玻璃设置了多个渗流孔，便于与地下水控制系统的多条渗流管对接。

在优选的方案中，所述地下水控制系统包括水箱配合支撑的支架、多孔渗流的排水器及多条渗流管，多孔渗流的排水器与水箱固定连接，多条渗流管两端分别与排水器和试验槽左侧壁多个渗透孔连接。结构简单，地下水控制系统中的水箱为上侧开口的中空箱体，盛水简单方便，一侧设置排水孔与多孔渗流排水器连接，多条渗流管从渗流排水器分出并与试验槽的渗透孔对接，实时控制多孔渗流排水器开关，可实时控制地质模型的地下水系统的水量，操作简单快捷。

在优选的方案中，所述试验水位控制阀包括均固定于试验槽右侧底部的进水控制阀和排水控制阀。结构简单，使用时，进水控制阀和排水控制阀于实时控制试验槽的水位及水量。

在优选的方案中，所述试验器件包括位于试验槽外部的数据采集台、应力应变数据采集仪、数据采集线、应力应变传感器、激光位移计和高清摄像机。结构简单，使用时，应力应变数据采集仪、数据采集线和应力应变传感器与试验槽内地质模型连接，在构建地质模型时进行预埋。激光位移计固定于试验槽的可滑动固定座上，可进行上下左右调节；高清摄像机用于实时拍摄运动视频，应力应变数据采集仪实时监测崩滑体内部岩土体应力应变的变化情况，激光位移计实时监测崩滑体表层形变情况，结合以上各类数据综合分析崩滑体的运动特性。

优选地，应力应变传感器包括土压力传感器、渗透水压力传感器、应变片。

在优选的方案中，所述应力应变数据采集仪、数据采集线和应力应变传感器与试验槽的地质模型连接。

在优选的方案中，所述激光位移计固定于试验槽可滑动的固定座上。结构简单，试验槽上部的可滑动固定座用于连接激光位移计，可根据试验需求实时调整监测崩滑体的位置，获取崩滑体不同位置的变形数据，操作简单方便。

在优选的方案中，如上所述的二维崩滑体物理试验装置的试验方法，其特征是，它包括如下步骤：

s1，构建地质模型，将崩滑体的模拟材料在试验槽内部靠近地下水控制系统一端由底部向上部逐步砌筑，预埋试验器件中的应力应变传感器；

s2，开机，开启数据采集台、应力应变数据采集仪、激光位移计和高清摄像机；

s3，启动地下水控制系统中的多孔渗流的排水器及多条渗流管，通过水头差将水箱中的水经多孔渗流的排水器及多条渗流管渗透进入构建二维崩滑体地质模型中，构建地下水环境系统；

s4，启动试验水位控制阀中的进水阀，构建二维崩滑体地质模型的外部水环境系统；

s5，数据采集，在s3、s4之前，数据采集台、应力应变数据采集仪、激光位移计进行实时数据记录，高清摄像机进行跟踪摄像；

s6，上述步骤中，s4不启动时，则外部水环境为无水试验，s4启动时，外部水环境为有水试验；

s7，当实验数据采集趋于稳定值时，即代表试验结束；打开试验水位控制阀中的排水阀、同时关闭地下水控制系统中的多孔渗流的排水器，清理试验槽、整理试验器件，试验结束。该方法操作简单，能够趋向实际模拟崩滑体，获取有水和无水环境下耦合的崩滑体运行轨迹。

一种二维崩滑体物理试验装置及方法，它包括试验槽、地下水控制系统和试验水位控制阀，通过在试验槽左侧构建二维崩滑体物理地质模型，预埋各类监测的试验器件，利用地下水控制系统及外部水位控制阀，试验器件的位置可变动。本发明克服了原崩滑体采用离心机试验价格昂贵、实施难度大、不能进行有水实验的崩滑体运动特征模拟的问题，具有结构简单，可进行无水和有水试验，便于观察，获取有水和无水环境下耦合的崩滑体运动过程，有利于崩滑体运动特性的研究的特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的主视示意图。

图3为图2的俯视示意图。

图4为图2的左视示意图。

图中：试验槽1，钢化玻璃11，固定座12，试验变动水位13，崩滑体地质模型14，地下水控制系统2，水箱21，多孔渗流的排水器22，支架23，多条渗流管24，水位控制阀3，进水控制阀31，排水控制阀32，试验器件4，数据采集台41，应力应变数据采集仪42，数据采集线43，应力应变传感器44，激光位移计45，高清摄像机46。

具体实施方式

如图1～图4中，一种二维崩滑体物理试验装置，它包括试验槽1、地下水控制系统2和试验水位控制阀3；所述地下水控制系统2位于试验槽1左侧，试验水位控制阀3位于试验槽1的右侧底端固定，试验槽1内、外及上部用于安装试验器件4。结构简单，通过在试验槽左侧构建二维崩滑体物理地质模型，预埋各类监测的试验器件，利用地下水控制系统及外部水位控制阀，试验器件的位置可变动，可进行无水和有水试验，便于观察，获取有水和无水环境下耦合的崩滑体运行特征，有利于崩滑体运动特性的研究。

在优选的方案中，所述试验槽1为上侧开口的中空框架，各侧面为透明的钢化玻璃11，位于试验槽1上部设置可滑动的固定座12，试验槽1内在试验水位控制阀3的控制下形成试验变动水位13，在试验槽1内部靠近地下水控制系统2一端构建拟模拟的崩滑体地质模型14。结构简单，使用时，试验槽用于构建物理地质模型，还可以盛装水用于有水试验，透明的钢化玻璃有利于观察和记录，位于试验槽上部的可滑动固定座用于连接激光位移计，试验槽左侧钢化玻璃设置了多个渗流孔，便于与地下水控制系统的多条渗流管对接。

优选地，固定座12包括与横梁两端连接的滚轮，滚轮为槽型滚轮，槽口与试验槽1侧壁滚动配合。

优选地，崩滑体地质模型14由泥土、石块、粘结剂及相似材料（石膏、重晶石粉、石英砂）的材料组成。

优选地，水箱21的高度高于试验槽1。

在优选的方案中，所述地下水控制系统2包括水箱21配合支撑的支架23、多孔渗流的排水器22及多条渗流管24，多孔渗流的排水器22与水箱21固定连接，多条渗流管24两端分别与排水器22和试验槽1左侧壁多个渗透孔连接。结构简单，地下水控制系统中的水箱为上侧开口的中空箱体，盛水简单方便，一侧设置排水孔与多孔渗流排水器连接，多条渗流管从渗流排水器分出并与试验槽的渗透孔对接，实时控制多孔渗流排水器开关，可实时控制地质模型的地下水系统的水量，操作简单快捷。

在优选的方案中，所述试验水位控制阀3包括均固定于试验槽右侧底部的进水控制阀31和排水控制阀32。结构简单，使用时，进水控制阀31和排水控制阀32用于实时控制试验槽的水位及水量。

在优选的方案中，所述试验器件4包括位于试验槽1外部的数据采集台41、应力应变数据采集仪42、数据采集线43、应力应变传感器44、激光位移计45和高清摄像机46。结构简单，使用时，应力应变数据采集仪、数据采集线和应力应变传感器与试验槽内地质模型连接，在构建地质模型时进行预埋。激光位移计固定于试验槽的可滑动固定座上，可进行上下左右调节；高清摄像机用于实时拍摄运动视频，应力应变数据采集仪实时监测崩滑体内部岩土体应力应变的变化情况，激光位移计实时监测崩滑体表层形变情况，结合以上各类数据综合分析崩滑体的运动特性。

优选地，应力应变传感器包括土压力传感器、渗透水压力传感器、应变片。

优选地，微型土压力传感器外型尺寸选用φ30×10mm，压力盒的输出信号由idaq1800型数据采集仪采集。

优选地，渗透水压力传感器外型尺寸选用φ5×20mm，渗透水压力的输出信号由idaq1800型数据采集仪采集。

优选地，应变片外型尺寸选用5×21mm，应变片的输出信号由idaq1800型数据采集仪采集。

在优选的方案中，所述应力应变数据采集仪42、数据采集线43和应力应变传感器44与试验槽1的地质模型14连接。

在优选的方案中，所述激光位移计45固定于试验槽1可滑动的固定座12上。结构简单，试验槽上部的可滑动固定座用于连接激光位移计，可根据试验需求实时调整监测崩滑体的位置，获取崩滑体不同位置的变形数据，操作简单方便。

在优选的方案中，如上所述的二维崩滑体物理试验装置的试验方法，其特征是，它包括如下步骤：

s1，构建地质模型14，将崩滑体的模拟材料在试验槽1内部靠近地下水控制系统2一端由底部向上部逐步砌筑，预埋试验器件4中的应力应变传感器44；

s2，开机，开启数据采集台41、应力应变数据采集仪42、激光位移计45和高清摄像机46；

s3，启动地下水控制系统2中的多孔渗流的排水器22及多条渗流管24，通过水头差将水箱21中的水经多孔渗流的排水器22及多条渗流管24渗透进入构建二维崩滑体地质模型14中，构建地下水环境系统；

s4，启动试验水位控制阀3中的进水阀31，构建二维崩滑体地质模型14的外部水环境系统；

s5，数据采集，在s3、s4之前，数据采集台41、应力应变数据采集仪42、激光位移计45进行实时数据记录，高清摄像机46进行跟踪摄像；

s6，上述步骤中，s4不启动时，则外部水环境为无水试验，s4启动时，外部水环境为有水试验；

s7，当实验数据采集趋于稳定值时，即代表试验结束；打开试验水位控制阀3中的排水阀32、同时关闭地下水控制系统2中的多孔渗流的排水器22，清理试验槽1、整理试验器件4，试验结束。该方法操作简单，能够趋向实际模拟崩滑体，获取有水和无水环境下耦合的崩滑体运行轨迹。

如上所述的二维崩滑体物理试验装置及方法，安装使用时，在试验槽左侧构建二维崩滑体物理地质模型，预埋各类监测的试验器件，利用地下水控制系统及外部水位控制阀，试验器件的位置可变动，可进行无水和有水试验，便于观察，获取有水和无水环境下耦合的崩滑体运行特征，有利于崩滑体运动特性的研究。

使用时，试验槽用于构建物理地质模型，还可以盛装水用于有水试验，透明的钢化玻璃有利于观察和记录，位于试验槽上部的可滑动固定座用于连接激光位移计，试验槽左侧钢化玻璃设置了多个渗流孔，便于与地下水控制系统的多条渗流管对接。

地下水控制系统中的水箱为上侧开口的中空箱体，盛水简单方便，一侧设置排水孔与多孔渗流排水器连接，多条渗流管从渗流排水器分出并与试验槽的渗透孔对接，实时控制多孔渗流排水器开关，可实时控制地质模型的地下水系统的水量，操作简单快捷。

使用时，进水控制阀31和排水控制阀32用于实时控制试验槽的水位及水量。

使用时，应力应变数据采集仪、数据采集线和应力应变传感器与试验槽内地质模型连接，在构建地质模型时进行预埋。激光位移计固定于试验槽的可滑动固定座上，可进行上下左右调节；高清摄像机用于实时拍摄运动视频，应力应变数据采集仪实时监测崩滑体内部岩土体应力应变的变化情况，激光位移计实时监测崩滑体表层形变情况，结合以上各类数据综合分析崩滑体的运动特性。

试验槽上部的可滑动固定座用于连接激光位移计，可根据试验需求实时调整监测崩滑体的位置，获取崩滑体不同位置的变形数据，操作简单方便。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。