一种水库作用下多层滑带滑坡模型试验系统及方法

本发明涉及工程地质领域，具体是一种水库作用下多层滑带滑坡模型试验系统和方法。

背景技术：

1、山体滑床造成了巨大的生命和财产损失。随着中国开始大规模的基础设施建设，中国在一些地质条件复杂的地方建设了大量的水利工程。在这些工程的蓄水和运行过程中，在水库水位的波动下，很容易造成山体滑床等地质灾害。由于滑床内多层滑带的存在，滑床治理工程经常失效。因此迫切需要进行多层滑带滑坡的相关研究。模型试验已被广泛用于研究滑床的演化和变形及破坏机制，并在此基础上取得了一些进展，然而，在水库作用下的多层滑带滑坡的模型试验系统和方法仍有一些局限性。

2、专利cn111719599a为多层滑带滑坡模型提供了试验系统和方法，但它没有考虑到水库水位的变化。虽然专利cn113789753a涉及水位波动，但高水位的高度和滑带的倾角受到模型箱尾部边缘密封的限制。更重要的是，cn111719599a和cn113789753a都没有涉及水库水位作用下的多层滑带滑坡模型试验的多场监测。因此，迫切需要提出受复杂库水作用的多层滑带滑坡模型的试验系统和方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种水库作用下多层滑带滑坡模型试验系统和方法。

2、一种水库作用下多层滑带滑坡模型试验系统，包括试验箱、滑带滑体模型、水库模拟单元、加载板和推力加载装置，所述滑带滑体模型包括多层滑带滑体组合物，且所述滑带滑体组合物沿竖直方向依次分布，所述滑带滑体组合物由滑带层和滑体层组成，所述试验箱内设有滑床，所述滑带滑体模型设置在所述滑床上，所述水库模拟单元的进液端与所述试验箱的内部连通，其用于像所述试验箱内输送试验水，所述加载板竖直设置在所述试验箱内，其底部延伸至与所述滑床的上表面抵接，其一侧与所述推力加载装置固定连接，所述推力加载装置用于向所述加载板施加推力。

3、进一步地，所述水库模拟单元包括水箱，所述水箱上设有进液口和出液口，所述试验箱的侧壁上对应的设有进水口和出水口，所述进液口和所述进水口以及所述出液口和所述出水口均通过管路连通，每根所述管路上均设有水泵和球阀。

4、进一步地，所述推力加载装置包括加载箱和至少一个千斤顶，所述加载箱与所述试验箱的侧壁固定连接，所述千斤顶固定在所述加载箱内，其驱动端穿过所述试验箱的侧壁与所述加载板固定连接。

5、进一步地，还包括数据检测装置，所述数据检测装置包括第一压力检测单元、第二压力检测单元、第三压力检测单元、第一图像采集单元、第二图像采集单元和数据采集单元，其中，所述第一压力检测单元设置在所述加载板上，其用于采集加载板的压力信息，所述第二压力检测单元设置在所述滑带层内，其用于检测所述滑带层的孔隙水压力信息，所述第三压力检测单元设置在所述滑体层内，其用于检测所述滑体层的压力信息，所述滑带滑体模型的上端面上均布有多个表面示踪点，其至少一侧均布有多个地下示踪点，第一图像采集单元至少设有两个，其图像采集端对应朝向所述表面示踪点和所述地下示踪点，所述第二图像采集单元的图像采集端朝向所述滑床的倾斜段设置，所述第一压力检测单元、所述第二压力检测单元、所述第三压力检测单元、所述第一图像采集单元和所述第二图像采集单元均与所述数据采集单元电连接。

6、进一步地，所述试验箱由透明材质制成。

7、进一步地，所述滑体层由砂、粘土、膨润土和水组成。

8、进一步地，所述滑带层由玻璃珠、滑坡土和水混合组成。

9、一种模拟水库作用下多层滑带滑坡模型的试验方法，应用于上述的水库作用下多层滑带滑坡模型试验系统，包括以下步骤：

10、s1、制作滑床：在试验箱的底部安装砌体，并制成滑床，在最上层的砌体表面铺设水泥层，以保证滑床的高强度和不透水的表面；

11、s2、制备滑体滑坡模型：分别制备滑带层和滑体层，并在滑床倾斜段的上端面铺设滑带层，待滑带层铺设完毕后，在滑带层上铺设滑体层后，再在滑体层上铺设滑带层，依次操作，即可完成多层滑带层和滑体层的铺设，并制得滑体滑坡模型；

12、s3、在滑体滑坡模型的上端面和侧边分别设置表面示踪点和地下示踪点，同时安装第一图像采集单元，并使得第一图像采集单元对应朝向表面示踪点和地下示踪点；

13、s4、将加载箱固定在试验箱的侧壁，将铰支座安装在框架上，然后将千斤顶的底端固定在铰支座上，将加载板放置在滑床的倾斜段，并与滑体滑坡模型的对应侧边贴合，在加载板上设置安装位，将第一压力检测单元安装在加载板的安装位处，在试验箱的侧壁上开设与千斤顶数量相适配的通孔，将千斤顶的驱动端穿过对应的通孔后，与加载板固定连接；

14、s5、安装水箱，将水箱的进液口和出液口依次与试验箱的进水口和出水口连通，并在每条管路上安装球阀和水泵；

15、s6、架好第二图像采集单元，将第一压力检测单元、第二压力检测单元、第三压力检测单元、第一图像采集单元和第二图像采集单元依次与数据采集单元电连接，具体的，将第一压力检测单元、第二压力检测单元、第三压力检测单元与数据采集仪电连接，第一图像采集单元和第二图像采集单元与计算机电连接；

16、s7、启动水泵，调节球阀，控制进入试验箱的试验水水量，模拟不同水位波动实验条件，同时采集在不同水位波动实验条件下第二压力检测单元的数据；

17、s8、启动千斤顶，对滑体滑坡模型的后缘施加推力，模拟不同推力加载条件，同时采集在不同推力实验条件下第一压力检测单元、第三压力检测单元、第一图像采集单元和第二图像采集的数据；

18、s9、关闭水泵和千斤顶，对数据进行处理，得到在水库作用下滑带滑坡模型的演化过程。

19、进一步地，s2具体包括以下步骤：

20、s21、制备滑带层：将玻璃珠、滑坡土和水按照一定的质量比进行混合后，得到第一混合物，并将第一混合物铺设在所述滑床倾斜段的上端面，制得滑带层，在滑带层内安装第二压力检测单元和第三压力检测单元；

21、s22、制备滑体层：将砂、粘土、膨润土和水按照一定的的质量比进行混合后，得到第二混合物，并将第二混合物铺设在s31制得的滑带层上，制得滑体层，并在滑体层内安装第三压力检测单元；

22、s23、按照在滑体层上铺设滑带层和在滑带层上铺设滑体层的制备模式，依重复s21和s22的操作，依次完成多层滑带层和滑体层的铺设，直至最后一层滑体层铺设完毕后，制得滑体滑坡模型。

23、本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种水库作用下多层滑带滑坡模型试验系统，水库模拟单元可以不受限制地调节水位高度和水位波动率，可以有效地再现多层滑带滑坡受复杂水位变化的演化过程。推力加载装置可根据各滑体的厚度和各滑带的倾角灵活设置千斤顶的加载位置、加载方向和加载速率，模拟出滑带具有不同倾角的多层滑带滑坡的变形和破坏特征。与传统的滑坡模型试验监测系统相比，该试验系统能够为多层滑带模型试验建立一个全面的多场信息监测系统，实现对各滑体的后缘推力和内部土压力的监测，各滑带内土压力和孔隙水压力的监测，以及地下和坡面的变形监测。另外本发明还提出了基于上述试验系统的试验方法，其可以成功地研究多层滑带滑坡的变形和破坏机制，以便为治理多层滑带滑坡提供建设性意见。