降雨與庫水聯合作用下大型滑坡智能模型試驗系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種降雨與庫水聯合作用下大型滑坡智能模型試驗系統。該系統包括柔性坡面試驗槽和分布式噴灑降雨模擬裝置。其中，其中，坡面液壓舉升裝置包括多組電動液壓千斤頂。柔性坡面試驗槽中的柔性坡面結構主要由兩層高強度鋼絲格柵夾一層高強土工布組成，所述土工布采用式I所示的聚合物制成，式I聚合物的Mw為5.8×104，分子量分布指數為1.298；分布式噴灑降雨模擬裝置包括分布式噴灑降雨器和防風結構，降雨器由上下兩層不同直徑的噴管，以及與噴嘴直徑相應的噴頭組合而成。所述防風結構置于降雨器下方，可固定于試驗架內側，其由式II所述聚合物制備所得，所述高分子聚合物的Mw為5.115×104，分子量分布指數為1.761。
【專利說明】降雨與庫水聯合作用下大型滑坡智能模型試驗系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種考慮降雨與庫水聯合作用下大型滑坡智能模型試驗系統，特別涉及一種滑坡、泥石流等地質災害全過程仿真的試驗平臺。本專利得到國家973項目“大型水利水電工程高陡邊坡全生命周期性能演化與安全控制”的基金資助。
【背景技術】
[0002]庫水波動和降雨誘發滑坡復活變形是庫區常見的地質災害之一，其變形過程是一個內因與外因共同作用下的復雜地質過程。內因主要在于滑坡的地質結構與地層巖性，夕卜因則是庫水波動影響及大氣降雨、人類工程活動等影響。滑坡失穩的主控因素是漫長地質歷史過程中所形成的滑坡的地質環境條件，而降雨和庫水波動是誘發滑坡復活的主要因素之一。降雨和周期性庫水位升降改變了庫岸滑坡體的賦存過程，使得庫岸巖土體周期性處于干燥和飽水狀態之間，還使滑體內滲流場發生變化，改變了滑坡的穩定性。降雨和庫水波動引起庫岸滑坡巖土體性質的改變主要表現在兩個方面:
[0003](I)在物理性質方面，降雨與庫水周期性波動導致庫岸滑坡巖土體的飽和度和容重等也隨之變化。
[0004](2)在力學性質方面，降雨與庫水波動改變了庫岸滑坡滑體內滲流場狀態，進而改變庫岸滑坡體的受力狀態。
[0005]目前，國內外對降雨與庫水波動條件下滑坡體內地下水滲流規律的研究尚不夠系統深入，大多停留在定性分析和評價的層面上，對不同滲
[0006]透類型的庫岸滑坡進行試驗研究與分析，進一步闡明不同類型的滑坡失穩機理和成災規律等方面有待于補充和完善。
[0007]在模型試驗方面，國內外學者做了很多探索性工作，羅先啟(2008)等開發了一套考慮水庫蓄水和大氣降雨作用的滑坡物理模型試驗系統；李世海等(2011)開展了多因素作用下的大型滑坡物理模型試驗系統；Ching-Chuan Huang (2008，2010)等利用滑坡模型試驗，研究了淺層滑坡降雨誘發機制；Rong-Her Chen(2011)等利用模型試驗，研究滑坡的發生機制。這些滑坡模型試驗研究促進了滑坡模型試驗裝置的設計與開發。然而，還存在著很多不足，如不能實現各裝置之間的協同智能控制，不能模擬不均勻降雨強度，不能實現不均勻地應力的模擬，裝置的重復使用性、多功能性較差。
【發明內容】
[0008]針對上述存在的問題，本發明公開了一種考慮降雨與庫水聯合作用下大型滑坡智能模型試驗系統，該系統的目的在于提供一種滑坡、泥石流等地質災害全過程仿真的試驗
T D O
[0009]本發明提供的一種考慮降雨與庫水聯合作用下大型滑坡智能模型試驗系統，包括:柔性坡面試驗槽、庫水波動模擬裝置、滑坡體含水層模擬供水裝置、多物理量監測裝置、降雨模擬循環供水裝置、分布式噴灑降雨模擬裝置、綜合智能控制器、計算機及系統控制軟件、試驗框架結構及加載裝置。
[0010]所述的柔性坡面試驗槽包括柔性坡面結構、坡面液壓舉升裝置、非均勻滑坡體材料組成。柔性坡面結構由兩層高強度鋼絲格柵夾一層高強土工布組成，具有高強、防水、輕質、隨形性好的特點。坡面液壓舉升裝置包括縱橫多組電動液壓千斤頂，柔性坡面結構與坡面液壓舉升裝置(多組液壓千斤頂)鉸接相連。滑坡體材料由巖土材料或相似材料分層壓
[0011]制而成，置于柔性坡面試驗槽上部。
[0012]所述的庫水波動模擬裝置設置于柔性坡面試驗槽的前端，由供水系統、水池、雙向流量控制閥、水位傳感器組成。
[0013]所述的滑坡體含水層模擬供水裝置由供水箱、供水管、水壓力傳感器、流量控制閥等組成。根據模擬滑坡體地層情況，可設置不同地層內的地下水水位，適應性強，能真實模擬實際工程水文地質情況。
[0014]所述的多物理量監測裝置包括用于測量坡體典型部位變形的傳感器、用于測量滑坡體內典型部位孔隙水壓力和含水量的傳感器、用于測量滑坡體整體變形過程的光線傳感器、坡面雨強傳感器、以及攝像機。通過多物理量監測裝置，可以準確測量滑坡孕育、發生、發展，從連續到非連續變形全過程中多物理量參數的變化過程。
[0015]所述的降雨模擬循環供水裝置由供水箱、水泵、水壓力調節器、集水箱、連接管和過濾器組成。集水箱通過連接管和過濾器相連，然后再通過連接管與供水箱連接，形成水循環通道，可為分布式噴灑降雨模擬裝置提供水源。
[0016]所述的分布式噴灑降雨器由上下兩層不同噴嘴直徑的噴頭和噴管組合而成，可模擬不同雨強的降雨效果。每個噴頭都有獨立的電磁閥控制開關。分布式噴灑降雨器上層噴管直徑60mm,噴嘴直徑200mm,可模擬降雨強度范圍0.5?5.6mm/min。下層噴管直徑30mm,噴嘴直徑80mm，可模擬降雨強度范圍0.02?1.6mm/min。通過分布式噴灑降雨器上下兩層不同直徑的噴管及噴嘴組合，大大加強了降雨器的模擬范圍，基本上可以適用于模擬所有自然降雨工況。
[0017]所述的綜合智能控制器通過光纜與柔性坡面試驗槽、庫水波動模擬裝置、滑坡體含水層模擬供水裝置、多物理量監測裝置、降雨模擬循環供水裝置、分布式噴灑降雨模擬裝置、計算機及系統控制軟件、試驗框架結構及加載裝置均相連，可對這些裝置實施智能控制。
[0018]所述的計算機及系統控制軟件和綜合智能控制器相連接，主要用于對綜合智能控制器進行操作和對監測數據進行分析與反饋。
[0019]所述的試驗框架結構及加載裝置底部設置可固定的滑輪，便于移動。加載裝置采用多組電動液壓千斤頂，可實現三維非均勻加載，能夠模擬非均勻地應力。
[0020]本發明提供了一種智能模擬試驗系統:
[0021]其包括柔性坡面試驗槽和分布式噴灑降雨模擬裝置，所述柔性坡面試驗槽包括坡面液壓舉升裝置，所述舉升裝置包括6縱4橫24組電動液壓千斤頂，坡頂和坡腳處的電動液壓千斤頂豎直布置，中間其它電動液壓千斤頂接近垂直于柔性坡面；所述分布式噴灑降雨模擬裝置包括分布式噴灑降雨器，所述降雨器由上下兩層不同直徑的噴管，以及與噴嘴直徑相應的噴頭組合而成。
[0022]所述系統還包括庫水波動模擬裝置、滑坡體含水層模擬供水裝置、多物理量監測裝置、降雨模擬循環供水裝置、綜合智能控制器、計算機及系統控制軟件、試驗框架結構及加載裝置。
[0023]所述柔性坡面試驗槽的前端設置庫水波動模擬裝置，后端設置滑坡體含水層模擬供水裝置，頂端設置分布式噴灑降雨模擬裝置。
[0024]所述降雨模擬循環供水裝置由供水箱、水泵、水壓力調節器、集水箱、連接管和過濾器組成。集水箱通過連接管和過濾器相連，然后再通過連接管與供水箱連接，形成水循環通道；多物理量監測裝置包括用于測量坡體典型部位變形的傳感器、用于測量滑坡體內典型部位孔隙水壓力和含水量的傳感器、用于測量滑坡體整體變形過程的光線傳感器、坡面雨量傳感器、以及攝像機；所述的綜合智能控制器與柔性坡面試驗槽、庫水波動模擬裝置、滑坡體含水層模擬供水裝置、多物理量監測裝置、降雨模擬循環供水裝置、分布式噴灑降雨模擬裝置、計算機及系統控制軟件、試驗框架結構及加載裝置均相連，可對這些裝置實施智能控制；試驗框架結構及加載裝置底部設置可固定的滑輪，便于移動，加載裝置采用多組電動液壓千斤頂，能夠模擬非均勻地應力。
[0025]所述綜合智能控制器還與置于坡面上的雨強傳感器相連，可通過雨量傳感器的反饋作用自動調節降雨強度，且降雨強度可以分區變化。
[0026]所述柔性坡面試驗槽還包括柔性坡面結構，所述柔性坡面結構由兩層高強度鋼絲格柵夾一層高強土工布組成，所述高強土工布由式I所述的高聚物制成，所述高分子聚合物的Mw為5.8 X 104，分子量分布指數為1.298，
【權利要求】
1.一種降雨與庫水聯合作用下大型滑坡智能模型試驗系統，其特征在于:包括柔性坡面試驗槽和分布式噴灑降雨模擬裝置，所述柔性坡面試驗槽包括坡面液壓舉升裝置，所述舉升裝置包括6縱4橫24組電動液壓千斤頂，坡頂和坡腳處的電動液壓千斤頂豎直布置，中間其它電動液壓千斤頂接近垂直于柔性坡面；所述分布式噴灑降雨模擬裝置包括分布式噴灑降雨器，所述降雨器由上下兩層不同直徑的噴管，以及與噴嘴直徑相應的噴頭組合而成。
2.根據權利要求1所述的試驗系統，其特征在于還包括庫水波動模擬裝置、滑坡體含水層模擬供水裝置、多物理量監測裝置、降雨模擬循環供水裝置、綜合智能控制器、計算機及系統控制軟件、試驗框架結構及加載裝置。
3.根據權利要求2所述的試驗系統，其特征在于:柔性坡面試驗槽的前端設置庫水波動模擬裝置，后端設置滑坡體含水層模擬供水裝置，頂端設置分布式噴灑降雨模擬裝置。
4.根據權利要求2所述的試驗系統，其特征在于:降雨模擬循環供水裝置由供水箱、水泵、水壓力調節器、集水箱、連接管和過濾器組成。集水箱通過連接管和過濾器相連，然后再通過連接管與供水箱連接，形成水循環通道；多物理量監測裝置包括用于測量坡體典型部位變形的傳感器、用于測量滑坡體內典型部位孔隙水壓力和含水量的傳感器、用于測量滑坡體整體變形過程的光線傳感器、坡面雨量傳感器、以及攝像機；所述的綜合智能控制器與柔性坡面試驗槽、庫水波動模擬裝置、滑坡體含水層模擬供水裝置、多物理量監測裝置、降雨模擬循環供水裝置、分布式噴灑降雨模擬裝置、計算機及系統控制軟件、試驗框架結構及加載裝置均相連，可對這些裝置實施智能控制；試驗框架結構及加載裝置底部設置可固定的滑輪，便于移動，加載裝置采用多組電動液壓千斤頂，能夠模擬非均勻地應力。
5.根據權利要求4所述的試驗系統，其特征在于:綜合智能控制器還與置于坡面上的雨強傳感器相連，可通過雨量傳感器的反饋作用自動調節降雨強度，且降雨強度可以分區變化。
6.根據權利要求1所述的試驗系統，所述的柔性坡面試驗槽還包括柔性坡面結構，所述柔性坡面結構由兩層高強度鋼絲格柵夾一層高強土工布組成，所述高強土工布由式I所述的高聚物制成，所述高分子聚合物的Mw為5.8 X 104，分子量分布指數為1.298， I。
7.根據權利要求1所述的試驗系統，其特征在于:所述分布式噴灑降雨模擬裝置還包括防風結構，所述防風結構為一有機材料制成的上下開口的箱體，所述有機材料是由式II聚合物制備所得，
8.式I和式II聚合物在建筑工程方面的用途。
【文檔編號】G09B23/40GK103531071SQ201310449395
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】劉曉麗, 王恩志, 林鵬, 鐘建文, 劉中港, 高巖堂, 呂奇峰, 格桑多吉 申請人:清華大學