降雨與地下水耦合作用下邊坡模擬試驗裝置及試驗方法
【專利摘要】滑坡是當今世界上最嚴重的自然災(zāi)害之一，嚴重的影響了人類生命財產(chǎn)和經(jīng)濟社會發(fā)展，中國是亞洲乃至世界上滑坡災(zāi)害最嚴重的國家之一，滑坡已經(jīng)引起了政府和巖土工程界學者的高度重視。研究表明，降雨是引起滑坡的主要原因，邊坡降雨入滲，究其實質(zhì)是導(dǎo)致邊坡非飽和區(qū)基質(zhì)吸力降低，構(gòu)成邊坡土體抗剪強度降低，從而導(dǎo)致邊坡發(fā)生滑坡。模型試驗是研究邊坡滑坡的重要手段，目前研究降雨入滲條件下邊坡滑坡的試驗裝置僅考慮了降雨對滑坡的影響，實際上，邊坡滑坡是降雨和地下水位上升相互作用的結(jié)果。因此，需要研究一種考慮降雨入滲與地下水變化耦合作用的邊坡滑坡模型試驗裝置，對進一步闡明邊坡滑坡機理和防止邊坡滑坡具有重要意義。
【專利說明】降雨與地下水耦合作用下邊坡模擬試驗裝置及試驗方法
[0001]一、【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明屬于一種應(yīng)用于水利、鐵路、公路等工程領(lǐng)域，具體是一種降雨與地下水耦合作用下邊坡滑坡模型試驗裝置及試驗方法，利用該裝置及試驗方法能進一步闡明邊坡滑坡機理，為邊坡滑坡治理提供技術(shù)支持。
[0002]二、【背景技術(shù)】
在我國發(fā)生的各類自然災(zāi)害中，滑坡已成為僅次于地震的第二大地質(zhì)災(zāi)害。大量滑坡實例表明，降雨是觸發(fā)滑坡、泥石流、山洪等嚴重地質(zhì)災(zāi)害的主要誘因。隨著雨水的滲入，地下水位抬升，邊坡土體飽和度逐漸增加，孔隙水壓力明顯上升，對應(yīng)的基質(zhì)吸力不斷降低進而引起土體及潛在破裂面抗剪強度下降，當降雨強度和持時達到一定程度時，便會導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。
[0003]邊坡模型試驗研究具有邊界條件多樣、操作簡便、重現(xiàn)性強等優(yōu)點，已成為降雨誘發(fā)滑坡機理研究的常用手段。傳統(tǒng)研究降雨入滲條件下邊坡穩(wěn)定性的試驗裝置一般只考慮了降雨條件的影響，并沒有考慮地下水變化對邊坡性態(tài)的影響。
[0004]因此需要發(fā)明一個能夠反映降雨入滲與地下水變化耦合作用的邊坡模擬試驗裝置，并監(jiān)測不同降雨條件下邊坡土體的表面和內(nèi)部性態(tài)。
[0005]三、
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于提供一種降雨與地下水耦合作用下邊坡模擬試驗裝置及試驗方法。
[0006]本發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種降雨與地下水耦合作用下邊坡模擬試驗裝置，其特征在于該試驗裝置由有機玻璃試驗箱1，降雨系統(tǒng)2和供水箱3所制成，其中，降雨系統(tǒng)2安裝在有機玻璃試驗箱I的上方，供水箱3放置在有機玻璃試驗箱I的一側(cè)；將兩塊網(wǎng)狀隔板7的底部和兩側(cè)面與試驗箱I的底部和兩側(cè)面粘結(jié)，形成1、I1、III三個小箱體，在I小箱體側(cè)面的底部安裝一個PVC水管4，PVC水管4上安裝第一自動流量計5和第一節(jié)制閥6 ;降雨系統(tǒng)2從左到右前6節(jié)PVC水管4分別與7節(jié)PVC三通管8連接，后4節(jié)PVC水管4分別與水壓表9、第二節(jié)制閥
6、第二自動流量計5、加壓水泵10相連接后通入供水箱3中，在7節(jié)PVC三通管8的下端分別安裝噴頭11，在第二自動流量計5與加壓水泵10之間的PVC水管4上連接I個PVC水管4，在PVC水管4上端安裝第三個自動流量計5與第三節(jié)制閥6，在兩塊網(wǎng)狀隔板7的內(nèi)側(cè)面上各粘貼一塊土工布12。
[0007]所述的降雨誘發(fā)滑坡模擬試驗裝置，其特征在于所述的PVC水管4、PVC三通管8、噴頭11、水壓表9、節(jié)制閥6、自動流量計5和加壓水泵10的口徑相匹配并用螺紋連接。
[0008]所述的降雨誘發(fā)滑坡模擬試驗裝置進行模擬試驗的方法，其試驗方法步驟如下:
1)將現(xiàn)場開挖的粘土在恒溫烘箱中烘干，按照原狀土級配、初始含水量制備土樣；
2)在有機玻璃試驗箱I的II小箱體內(nèi)的有機玻璃內(nèi)壁均勻涂抹凡士林，將制備好的土樣按照原狀樣密度裝入有機玻璃試驗箱I的II小箱體內(nèi)，將土樣放置一定厚度后依次埋設(shè)變形標點塑料管13，間距為10cm，然后在變形標點塑料管13上部放置試樣土，形成AB⑶試樣土斜坡； 3)在試樣土斜坡中依次插入4支張力計14，間距為10cm、在4個張力計14的后方平行插4支孔隙水壓力計15，間距為10cm，
4)然后在有機玻璃試驗箱I的II小箱體的正前方的有機玻璃外表面上繪制網(wǎng)格，網(wǎng)格間距為Icm ；
5)在供水箱3中注滿水，分別打開第三節(jié)制閥6，第三自動流量計5，然后啟動加壓水泵10，記錄第三自動流量計5初始讀數(shù)，向有機玻璃試驗箱I的III小箱體內(nèi)注水，注入一定水頭后停止注水，關(guān)閉加壓水泵10，記錄第三自動流量計5讀數(shù)，關(guān)閉第三節(jié)制閥6 ;等待24h后，重復(fù)步驟5)直到有機玻璃試驗箱I的III小箱體內(nèi)保持恒定水頭；
6)打開第二節(jié)制閥6、加壓水泵10，通過第二節(jié)制閥6控制降雨量，直至設(shè)定降雨量為止，開始降雨，記錄第二自動流量計5初始值，
7)間隔30min分別記錄4支張力計14、4支孔隙水壓力計15的讀數(shù)，間隔Imin讀取邊坡變形標點塑料管13數(shù)值，該數(shù)值通過有機玻璃試驗箱I的II小箱體的正前方的有機玻璃外表面上繪制網(wǎng)格獲取，間隔Imin測量滑坡前緣、后緣的變形，直至邊坡發(fā)生滑坡破壞為止；
8)先關(guān)閉加壓水泵10，然后關(guān)閉第二節(jié)制閥6，停止降雨，記錄第二自動流量計5數(shù)值，并通過有機玻璃試驗箱I的II小箱體的正前方的有機玻璃外表面上繪制網(wǎng)格記錄試驗土樣地下水位值，試驗結(jié)束。
[0009]本發(fā)明的原理如下:
本發(fā)明能夠模擬降雨入滲與地下水變化耦合作用的邊坡模滑坡變形，包括:有機玻璃試驗箱；降雨系統(tǒng)；供水箱；PVC水管；自動流量計；節(jié)制閥；網(wǎng)狀孔隔板；PVC三通管；水壓表；加壓水泵；PVC三通管；土工布；變形標點塑料管；張力計；孔隙水壓計；將試驗土樣放置在有機玻璃試驗箱內(nèi)，根據(jù)實際邊坡滑坡情況，通過地下水位與降雨耦合作用下邊坡滑坡模型試驗揭示邊坡滑坡機理，為邊坡治理提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點為:
1.本發(fā)明針對降雨入滲與地下水變化耦合作用下的土質(zhì)邊坡滑坡室內(nèi)模型試驗，分析不同降雨強度、不同降雨持時及地下水變化等相互作用下的邊坡滑坡情況。
[0011]2.本發(fā)明可實現(xiàn)單因素與多因素對比，獨立控制降雨及地下水變化的運行模式與過程，為精確分析不同因素對邊坡穩(wěn)定性的影響程度提供了便利條件，可實現(xiàn)控制荷載量與對比效應(yīng)量的試驗要求。
[0012]3.本發(fā)明具有原理簡單、操作便利、監(jiān)測快捷、可多次利用、試驗容錯率高等優(yōu)點。
[0013]四、【專利附圖】

【附圖說明】
圖1降雨與地下水耦合作用下邊坡模擬試驗裝置正視圖；
圖2有機玻璃試驗箱正視圖；
圖3降雨系統(tǒng)正視圖；
圖4帶孔隔板結(jié)構(gòu)正視圖；
圖5供水箱正視圖。
[0014]附圖標記:1 一有機玻璃試驗箱；2—降雨系統(tǒng)；3—供水箱；4一PVC水管；
5一自動流量計；6—節(jié)制閥；7—網(wǎng)狀孔隔板；8—PVC 二通管；9一7jC壓表；10—加壓水泵；11—PVC 二通管；12—土工布；13—變形標點塑料管；14一張力計；15—孔隙水壓計； 五、【具體實施方式】
本發(fā)明主要是提供一個降雨與地下水耦合作用下邊坡滑坡模型試驗裝置，利用該裝置及試驗方法能進一步闡明邊坡滑坡機理，為邊坡滑坡治理提供技術(shù)支持。
[0015]實施例1
一種降雨與地下水耦合作用下邊坡模擬試驗裝置，其特征在于該試驗裝置由有機玻璃試驗箱1，降雨系統(tǒng)2和供水箱3所制成，其中，降雨系統(tǒng)2安裝在機玻璃試驗箱I的上方，供水箱3放置在機玻璃試驗箱I的一側(cè)；將兩塊網(wǎng)狀隔板7的底部和兩側(cè)與有機玻璃試驗箱I的底部和兩側(cè)面粘結(jié)，形成1、IIJII三個小箱體，在I小箱體側(cè)面的底部安裝一個PVC水管4，PVC水管4上安裝第一自動流量計5和第一節(jié)制閥6 ;降雨系統(tǒng)2從左到右前6節(jié)PVC水管4分別與7節(jié)PVC三通管8連接，后4節(jié)PVC水管4分別與水壓表9、第二節(jié)制閥
6、第二自動流量計5、加壓水泵10相連接后通入供水箱3中，在7節(jié)PVC三通管8的下端分別安裝噴頭11，在第二自動流量計5與加壓水泵10之間的PVC水管4上連接I個PVC水管4，在PVC水管4上端安裝第三個自動流量計5與第三節(jié)制閥6，在兩塊網(wǎng)狀隔板7的內(nèi)側(cè)面上各粘貼一塊土工布12。
[0016]其中:
1)有機玻璃試驗箱I由前、后、左、右和底板5塊有機玻璃板制成,前、后兩塊有機玻璃板相同，厚度5cm,長710cm、高200cm,左、右兩塊有機玻璃板相同，厚度5cm,長200cm、高200cm ;有機玻璃底板厚度5cm，長710cm、寬210cm ;兩塊帶孔隔板將有機玻璃試驗箱I分隔成1、I1、III小箱體，將兩塊土工布分別粘貼在帶孔隔板的內(nèi)側(cè)面，帶孔隔板7厚度5cm、長200cm、高200cm、孔徑0.3cm，供水箱3為圓柱形鐵桶250cmX 200cm(直徑X高)，土工布12厚度0.2cm，長200cm、高200cm ； PVC水管4直徑2cm，自動流量計5型號為FTB300數(shù)字式(美國)，節(jié)制閥6型號為HANOVER KGT(美國)；
2)水壓表9型號為ACD-200/201、加壓水泵10型號為2BV5水環(huán)式真空泵；PVC三通管8直徑為3cm、噴頭11為垂直旋轉(zhuǎn)下噴式噴頭降雨半徑1.0?1.5m、變形標點塑料管13直徑為0.3cm,張力計14型號為2710AR系列土壤水分張力計，孔隙水壓力計15型號為加拿大振弦式孔隙水壓力計CLl ；
實施例2，使用降雨與地下水耦合作用下邊坡滑坡模型試驗裝置進行試驗的方法，其步驟如下:
1)將現(xiàn)場開挖的粘土在105°C的恒溫烘箱中烘干24h，按照原狀土級配、初始含水量為15%制備土樣；
2)在有機玻璃試驗箱I的II小箱體內(nèi)的有機玻璃內(nèi)壁均勻涂抹3mm厚的凡士林，將制備好的土樣按照原狀樣密度1.62g/cm3裝入有機玻璃試驗箱I的II小箱體內(nèi)，將土樣放置厚度達到IOOcm時，將5根變形標點塑料管13依次埋設(shè)在土樣內(nèi)，變形標點塑料管13與有機玻璃試驗箱I的II小箱體的正前方的有機玻璃外表面相緊貼，變形標點塑料管間距為10cm，然后在變形標點塑料管13上部放置試樣土，形成AB⑶試樣土斜坡；斜坡AB、BC、⑶的長度分別為 100cm、510cm、IOOcm ；
3)在邊坡模型的BC段中從左向右依次豎直插入4支張力計14，間距為10cm，在4支張力計14的后方平行插4支孔隙水壓力計15，孔隙水壓力計間距為10cm，張力計與孔隙水壓力計間距為100cm, 4)然后在有機玻璃試驗箱I的II小箱體的正前方的有機玻璃外表面上用記號筆和直尺繪制網(wǎng)格，網(wǎng)格間距為Icm;
5)在供水箱3中注水，水頭為200cm，分別打開第三節(jié)制閥6，第三自動流量計5，然后啟動加壓水泵10，記錄第三自動流量計5初始讀數(shù)，向有機玻璃試驗箱I的III小箱體內(nèi)注水，注入IOOcm的水頭后停止注水，關(guān)閉加壓水泵10，記錄第三自動流量計5讀數(shù)，關(guān)閉第三節(jié)制閥6 ;等待24h后，重復(fù)步驟5)直到有機玻璃試驗箱I的III小箱體內(nèi)保持IOOcm的恒定水頭；
6)打開第二節(jié)制閥6、加壓水泵10，通過第二節(jié)制閥6控制降雨量，降雨量為500_；直至設(shè)定降雨量為止，開始降雨，記錄第二自動流量計5初始值，
7)間隔30min分別記錄4支張力計14、4支孔隙水壓力計15的讀數(shù)，間隔Imin讀取邊坡變形標點塑料管13數(shù)值，該數(shù)值通過有機玻璃試驗箱I的II小箱體的正前方的有機玻璃外表面上繪制網(wǎng)格獲取，間隔Imin用直尺測量滑坡前緣、后緣的變形，直至邊坡發(fā)生滑坡破壞為止；
8)先關(guān)閉加壓水泵10，然后關(guān)閉第二節(jié)制閥6，停止降雨，記錄第二自動流量計5數(shù)值，并通過有機玻璃試驗箱I的II小箱體的正前方的有機玻璃外表面上繪制網(wǎng)格記錄試驗土樣地下水位值，試驗結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1.一種降雨與地下水耦合作用下邊坡模擬試驗裝置，其特征在于該試驗裝置由有機玻璃試驗箱(1)，降雨系統(tǒng)(2)和供水箱(3)所制成，其中，降雨系統(tǒng)(2)安裝在有機玻璃試驗箱(1)的上方，供水箱(3)放置在有機玻璃試驗箱(1)的一側(cè)；將兩塊網(wǎng)狀隔板(7)的底部和兩側(cè)面與有機玻璃試驗箱(1)的底部和兩側(cè)面粘結(jié)，形成1、I1、III三個小箱體，在I小箱體側(cè)面的底部安裝一個PVC水管(4)，PVC水管(4)上安裝第一自動流量計(5)和第一節(jié)制閥(6);降雨系統(tǒng)⑵從左到右前6節(jié)PVC水管(4)分別與7節(jié)PVC三通管⑶連接，后4節(jié)PVC水管(4)分別與水壓表(9)、第二節(jié)制閥(6)、第二自動流量計(5)、加壓水泵(10)相連接后通入供水箱(3)中，在7節(jié)PVC三通管(8)的下端分別安裝噴頭(11)，在第二自動流量計(5)與加壓水泵(10)之間的PVC水管(4)上連接I個PVC水管(4)，在PVC水管(4)上端安裝第三個自動流量計(5)與第三節(jié)制閥(6)，在兩塊網(wǎng)狀隔板(7)的內(nèi)側(cè)面上各粘貼一塊土工布(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降雨與地下水耦合作用下邊坡模擬試驗裝置，其特征在于所述的PVC水管(4)、PVC三通管⑶、噴頭(11)、水壓表(9)、節(jié)制閥(6)、自動流量計(5)和加壓水泵(10)的口徑相互匹配并用螺紋連接。
3.一種使用權(quán)利要求1所述的降雨與地下水耦合作用下邊坡模擬試驗裝置進行模擬試驗的方法，其試驗方法步驟如下: . 1)將現(xiàn)場開挖的粘土在恒溫烘箱中烘干，按照原狀土級配、初始含水量制備土樣； .2)在有機玻璃試驗箱(1)的II小箱體內(nèi)的有機玻璃內(nèi)壁均勻涂抹凡士林，將制備好的土樣按照原狀樣密度裝入有機玻璃試驗箱(1)的II小箱體內(nèi)，將土樣放置一定厚度后依次埋設(shè)變形標點塑料管(13)，間距為10cm，然后在變形標點塑料管(13)上部放置試樣土，形成AB⑶試樣土斜坡； .3)在試樣 土斜坡中依次插入4個張力計(14)，間距為10cm、在4個張力計(14)的后方平行插4個孔隙水壓力計(15)，間距為10cm， .4)然后在有機玻璃試驗箱(1)的II小箱體的正前方的有機玻璃外表面上繪制網(wǎng)格，網(wǎng)格間距為Icm ； .5)在供水箱(3)中注滿水，分別打開第三節(jié)制閥(6)，第三自動流量計(5)，然后啟動加壓水泵(10)，記錄第三自動流量計(5)初始讀數(shù)，向有機玻璃試驗箱(1)的III小箱體內(nèi)注水，注入一定水頭后停止注水，關(guān)閉加壓水泵(10)，記錄第三自動流量計(5)讀數(shù)，關(guān)閉第三節(jié)制閥(6);等待24h后，重復(fù)步驟5)直到有機玻璃試驗箱(1)的III小箱體內(nèi)保持恒定水頭； .6)打開第二節(jié)制閥(6)、加壓水泵(10)，通過第二節(jié)制閥(6)控制降雨量，直至設(shè)定降雨量為止，開始降雨，記錄第二自動流量計(5)初始值， . 7)間隔30min分別記錄4支張力計(14)、4支孔隙水壓力計(15)的讀數(shù)，間隔Imin讀取邊坡變形標點塑料管(13)數(shù)值，該數(shù)值通過有機玻璃試驗箱(1)的II小箱體的正前方的有機玻璃外表面上繪制網(wǎng)格獲取，間隔Imin測量滑坡前緣、后緣的變形，直至邊坡發(fā)生滑坡破壞為止； .8)先關(guān)閉加壓水泵(10)，然后關(guān)閉第二節(jié)制閥(6)，停止降雨，記錄第二自動流量計(5)數(shù)值，并通過有機玻璃試驗箱(1)的II小箱體的正前方的有機玻璃外表面上繪制網(wǎng)格記錄試驗土樣地下水位值，試驗結(jié)束。
【文檔編號】G01N33/24GK103728435SQ201410016669
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】李宏恩, 何勇軍, 范光亞, 李錚, 李卓, 徐海峰, 楊陽, 畢朝達 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院