專利名稱：一種模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學護坡試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學護坡試驗裝置，主要用于人工降雨對巖土 體邊坡沖刷(或侵蝕)特性試驗的研究，屬于巖土工程和環(huán)境工程領域。
技術背景裸露巖土坡體帶來的安全及生態(tài)環(huán)境問題已成為當今環(huán)境問題中的熱點和焦點問題。據 統(tǒng)計，自1972年聯(lián)合國斯德哥爾摩環(huán)保會議以來，由于工程施工等人為因素導致水土流失和 耕地占用使全球失去了近5000億噸的表層土；與此同時，植被破壞導致溫室效應的二氧化碳 產量增加了10%,其中，全世界每年向大氣排放的二氧化碳及硫化物超過80億噸，臭氧層已 遭到嚴重破壞。目前，我國水土流失面積占國土面積的51%,其中水利侵蝕面積約為180km2。 "十一五"期間，隨著我國公路、鐵路、水利、電力和礦山等基礎建設以及工程挖方和填方工程 的增加，形成了大量次生裸地以及嚴重的水土流失現象。植被遭受破壞的山體導致大量裸露 邊坡，隨之而來的一系列環(huán)境問題，如水土流失、滑坡、泥石流、局部小氣候惡化以及生物 鏈的破壞等，都加劇了生態(tài)系統(tǒng)的惡化，這種現象在一些生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)尤為明顯。植被生態(tài)護坡是一種利用植被固土對坡體進行防護和綠化有效途徑，可同時考慮生物、 環(huán)境和人體間相互影響和作用，它通過生態(tài)工程自支撐、自組織、與自我修復等功能來實現 邊坡的抗沖蝕、抗滑動和生態(tài)恢復，以達到減少水土流失、維持生態(tài)多樣性和生態(tài)平衡及美 化環(huán)境等目的，可解決邊坡工程建設與生態(tài)環(huán)境破壞的矛盾，提高護坡效果、降低工程成本， 從而達到既能有效防護邊坡災害，又能使生物、環(huán)境和及人三者相互受益，協(xié)調發(fā)展。植被 護坡技術除了具有經濟性的特點外，而且隨著植物的生長和繁殖，還可以增強坡體的防侵蝕 能力；國務院2000(31)號文件《國務院關于進一步推進全國綠色通道的建設》規(guī)定綠色通 道建設必須在保障無安全隱患的前提下進行，要和公路、鐵路、水利等設施建設統(tǒng)籌規(guī)劃并 與工程建設周邊地區(qū)同步綠化。在評價植被護坡對巖土坡體穩(wěn)定性影響的過程中，必須通過室內相似模擬試驗來獲取相 關技術參數。現場試驗及監(jiān)測過程僅能反映出某一特定時間特定工況條件下坡體介質水分場、 應力場及位移場的變化過程，并不能系統(tǒng)反映巖土體介質在整個植被施工及生長過程中以及 不同工況下巖土體抗沖刷和侵蝕能力的動態(tài)變化，因而無法滿足實際工程應用的需要。目前模擬降雨條件下生態(tài)護坡設備在雨強的可調節(jié)性、降雨的均勻度和實驗架的自動變坡等方面 局限性，嚴重制約了描述坡體穩(wěn)定性評價模型的發(fā)展及最小安全系數預測結果的準確性。現 有試驗系統(tǒng)未能實現降雨強度的自動調節(jié)，不同邊坡坡度條件下的穩(wěn)定性分析以及有無植被 條件下坡體受降雨沖刷(或侵蝕)對比分析。 發(fā)明內容針對上述存在的問題，本發(fā)明目的在于提供一種結構簡單、操作方便，適用于室內生態(tài) 護坡模擬試驗的一種模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學護坡試驗裝置。 其技術解決方案為模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學護坡試驗裝置，包括自動變坡試驗架、試驗土槽和雨強可調 式降雨器，自動變坡試驗架由旋轉支架、固定承載支架和坡度控制裝置構成，旋轉支架由導 軌、曲柄、曲柄制動、上轉軸、和防倒滑裝置組成，固定承載支架由下轉軸、軸承座、彎曲 導槽、鉸盤和下轉軸限位裝置組成，旋轉支架通過安裝在上轉軸上的軸承安裝在固定承載支 架的軸承座中，曲柄活動的安裝在固定承載支架的彎曲導槽中，試驗土槽通過滾輪置放在旋 轉支架的導軌中，下轉軸的兩端分別設置有鉸盤，鉸盤中的鉸索通過設置在彎曲導槽端部的 滑輪沿彎曲導槽固定連接在曲柄上。坡度控制裝置包含表盤和指針，表盤固定安裝在固定承 載支架上，表針固定安裝在上轉軸的端部，表盤的中心和上轉軸的軸心在同一軸線上。下轉 軸限位裝置分別固定安裝在下轉軸的兩端上。下轉軸通過齒輪與電機的轉軸咬合。雨強可調式降雨器由降雨器、壓力傳感器、振動器、氣壓計、調壓閥、氣泵、流量計、 溢流閥、水泵、單向閥組成，降雨器上部是氣缸，下部是斗式噴頭，氣缸和斗式噴頭之間固 定連接，氣缸通過管道連接氣壓計、調壓閥、氣泵，斗式噴頭通過管道連接流量計、單向閥、 溢流閥、水泵，壓力傳感器設置在斗式噴頭內，振動器安裝在降雨器的外壁上，雨強可調式 降雨器通過支架置放在變坡試驗架方。由于采用了以上技術方案，本發(fā)明的生態(tài)巖土力學護坡試驗裝置釆用的自動變坡試驗架 可以調節(jié)試驗架的角度，使用的雨強可調式降雨器可以調節(jié)降雨強度，采集在一定雨強下的 氣壓，水壓、水流量數據，可以模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學護坡試驗。本發(fā)明的生態(tài)巖土力學護坡試驗裝置，具有結構簡單、可調節(jié)降雨強度、降雨均勻，實 現了降雨器內氣壓、水壓及降雨量的自動在線采集，節(jié)約裝卸試驗土槽的時間及勞動量的特 點。
圖1是本發(fā)明的結構示意圖 圖2是本發(fā)明的自動變坡試驗架示意圖 圖3是本發(fā)明的試驗土槽結構示意圖 圖4是本發(fā)明的固定承載支架結構示意圖 圖5是本發(fā)明的可旋轉試驗架結構示意圖 圖6是本發(fā)明的雨強可調式降雨器示意圖具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明進行進一步詳細描述見附圖模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學護坡試驗裝置，包括自動變坡試驗架、試驗土槽A和雨強可調式降雨器B，雨強可調式降雨器A通過支架置放在變坡試驗架B上方。試驗土槽12為三 個，自動變坡試驗架由旋轉支架、固定承載支架和坡度控制裝置構成，旋轉支架由導軌11、 曲柄9、曲柄制動8、上轉軸10、和防倒滑裝置組成，導軌11與試驗土槽12對應，曲柄制 動8直接和曲柄9連接在一起，固定承載支架由下轉軸1、軸承座5、彎曲導槽7、鉸盤3和 下轉軸限位裝置2組成，下轉軸限位裝置2可采用齒輪和其它裝置控制，下轉軸限位裝置2 起限位作用，旋轉支架通過安裝在上轉軸10上的軸承16安裝在固定承載支架的軸承座5中， 曲柄9活動的安裝在固定承載支架的彎曲導槽7中，試驗土槽12通過滾輪15置放在旋轉支 架的導軌11中，下轉軸1的兩端分別設置有鉸盤3,鉸盤3中的鉸索4通過設置在彎曲導槽 7端部的滑輪6沿彎曲導槽7固定連接在曲柄9上。坡度控制裝置包含表盤14和指針13，表 盤14固定安裝在固定承載支架上，指13固定安裝在上轉軸10的端部，表盤14的中心和上 轉軸的軸心在同一軸線上。下轉軸限位裝置2分別固定安裝在下轉軸1的兩端上。對下轉軸 起限位作用。下轉軸1通過齒輪與電機的轉軸咬合。電機帶動下轉軸1，下轉軸1的轉動通過 設置在下轉軸1兩端的鉸盤3牽引鉸索4帶動旋轉支架的曲柄9沿彎曲導槽7移動。雨強可調式降雨器A由降雨器、壓力傳感器20、振動器21、氣壓計24、調壓閥25、氣 泵26、流量計27、溢流閥28 、水泵29、單向閥30組成，降雨器上部是氣缸22,下部是斗 式噴頭19。壓力傳感器20設置在斗式噴頭19內，壓力傳感器20測定降雨水壓力。氣缸22 和斗式噴頭19之間固定連接，氣缸22通過管道連接氣壓計24、調壓閥25、氣泵26，調壓 閥25設置在氣壓計24和氣泵26之間，氣壓計24用于測量氣缸22內的氣體壓力，氣泵26 向氣缸22內鼓入氣體，調壓閥25調節(jié)氣體壓力，調壓閥25調節(jié)氣體壓力。斗式噴頭19通 過管道連接流量計27、單向閥30、溢流閥28、水泵29，流量計27設置斗式噴頭19和單向閥30之間，溢流閥28設置在單向閥30和水泵29之間，活塞23在氣壓作用下向斗式噴頭 19內施加壓力，壓力傳感器20測定斗式噴頭19內的水壓力，斗式噴頭19均勻向試驗土槽 12降雨，振動21安裝在降雨器的外壁上，震動氣缸22使雨滴均勻降灑試驗土槽12，。壓力 傳感器20、流量計27、振動器21、氣壓計24通過導線連接到電腦18，電腦采集壓力傳感 器20、流量計27、氣壓計24的信號和輸出信號控制振動器21的振動振幅和頻率。
權利要求
1一種模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學護坡試驗裝置，包括試驗架、試驗土槽、降雨器，其特征在于試驗裝置由變坡試驗架(B)、試驗土槽和雨強可調式降雨器(A)構成，變坡試驗架(B)由旋轉支架、固定承載支架和坡度控制裝置構成，旋轉支架由導軌(11)、曲柄(9)、曲柄制動(8)、上轉軸(10)、和防倒滑裝置組成，固定承載支架由下轉軸(1)、軸承座(5)、彎曲導槽(7)、鉸盤(3)和下轉軸限位裝置(2)組成，旋轉支架通過安裝在上轉軸(10)上的軸承(16)安裝在固定承載支架的軸承座(5)中，曲柄(9)活動的安裝在固定承載支架的彎曲導槽(7)中，試驗土槽(12)通過滾輪(15)置放在旋轉支架的導軌(11)中，下轉軸(1)的兩端分別設置有鉸盤(3)，鉸盤(3)中的鉸索(4)通過設置在彎曲導槽(7)端部的滑輪(6)沿彎曲導槽(7)固定連接在曲柄(9)上，雨強可調式降雨器(A)由降雨器、壓力傳感器(20)、振動器(21)、氣壓計(24)、調壓閥(25)、氣泵(26)、流量計(27)、溢流閥(28)、水泵(29)、單向閥(30)組成，降雨器上部是氣缸(22)，下部是斗式噴頭(19)，氣缸(22)和斗式噴頭(19)之間固定連接，氣缸(22)通過管道連接氣壓計(24)、調壓閥(25)、氣泵(26)，斗式噴頭(19)通過管道連接流量計(27)、單向閥(30)、溢流閥(28)、水泵(29)，振動器(21)安裝在降雨器的外壁上，雨強可調式降雨器(A)通過支架置放在變坡試驗架(B)上方。
2、根據權利要求1所述的模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學護坡試驗裝置，其特征在于所 述的坡度控制裝置包含表盤(14)和指針(13),表盤(14)固定安裝在固定承載支架上，指 針(13)固定安裝在上轉軸(10)的端部，表盤(14)的中心和上轉軸的軸心在同一軸線上。
3、根據權利要求1所述的模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學護坡試驗裝置，其特征在于下 轉軸限位裝置(2)分別固定安裝在下轉軸(1)的兩端上。
4、根據權利要求1所述的模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學護坡試驗裝置，其特征在于下 轉軸(1)通過齒輪與電機的轉軸咬合。
5、根據權利要求1所述的模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學護坡試驗裝置，其特征在于壓力傳感器(20)設置在斗式噴頭(19)內。
6、根據權利要求1所述的模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學護坡試驗裝置，其特征在于調壓閥(25)設置在氣壓計(24)和氣泵(26)之間。
7、根據權利要求1所述的模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學護坡試驗裝置，其特征在于流量計(27)設置在斗式噴頭(19)和單向閥(30)之間，溢流閥(28)設置在單向閥(30)禾口 水泵(29)之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學護坡試驗裝置，主要用于人工降雨對巖土體邊坡沖刷(或侵蝕)特性試驗的研究，屬于巖土工程和環(huán)境工程領域。試驗裝置包括自動變坡試驗架、試驗土槽和雨強可調式降雨器，旋轉支架由導軌、曲柄、曲柄制動、上轉軸、和防倒滑裝置組成，固定承載支架由下轉軸、軸承座、彎曲導槽、鉸盤和下轉軸限位裝置組成，雨強可調式降雨器由降雨器、壓力傳感器、振動器、氣壓計、調壓閥等組成，雨強可調式降雨器通過支架置放在變坡試驗架上方。本發(fā)明的生態(tài)巖土力學護坡試驗裝置，具有結構簡單、可調節(jié)降雨強度、降雨均勻，實現了降雨器內氣壓、水壓及降雨量的自動在線采集，節(jié)約裝卸試驗土槽的時間及勞動量的特點。
文檔編號G01N33/24GK101216479SQ20071016911
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權日2007年12月29日
發(fā)明者磊 劉, 劉曉麗, 強 崔, 席本強, 王惠蕓, 謙 盛, 胡竹云, 強 薛, 穎 趙, 陳億軍 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所