降雨与交通振动联合作用下边坡失稳物理模型试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种降雨与交通振动联合作用下边坡失稳物理模型试验装置，包括顶部和一侧敞开的模型试验箱、用于提供降雨的人工降雨模拟单元、用于输出交通振动荷载的动力模拟单元、用于跟踪边坡失稳过程的监测单元以及控制单元，人工降雨模拟单元位于模型试验箱的上方，动力模拟单元位于模型试验箱的底部，人工降雨模拟单元、动力模拟单元以及监测单元均与控制单元电连接，该装置可模拟降雨和交通振动的单一作用、交互作用以及耦合作用下边坡失稳演化规律，同时也可以多个组合进行边坡失稳演化的同步对比试验。本发明专利技术的有益效果是结构简单，操作简便，功能多样，为滑坡灾害的预警和工程的防治提供一定的指导作用。

A physical model test device for slope instability under the combined action of rainfall and traffic vibration

The invention relates to a combined effect of rainfall and slope instability under the traffic vibration model test device, including model test box, the top and side of the open for artificial rainfall provide rainfall simulation unit, used for power output traffic vibration load simulation unit, monitoring unit used for tracking slope instability process and control unit, manual above the rainfall simulation unit is located in the model test box, dynamic simulation model test unit is located at the bottom of the box, artificial rainfall simulation unit, dynamic simulation unit and monitoring unit are electrically connected with the control unit, the device can simulate the slope, rainfall and single traffic vibration interaction and coupling instability evolution, at the same time can a combination of slope stability evolution of the synchronous test. The beneficial effect of the invention is simple structure, simple operation and various functions, and provides a certain guiding role for the early warning of landslide disaster and the prevention and control of the engineering.

【技术实现步骤摘要】
降雨与交通振动联合作用下边坡失稳物理模型试验装置
本专利技术涉及地质灾害模型试验领域，具体涉及一种降雨与交通振动联合作用下边坡失稳物理模型试验装置。
技术介绍
在我国发生的各类自然灾害中，滑坡已成为仅次于地震的第二大地质灾害。随着我国艰险困难山区和特殊地区交通基础设施建设的逐步深化，将会出现越来越多的路堑边坡。由于山区交通基础设施周边地质环境复杂，滑坡、泥石流等地质灾害时有发生，已经成为影响交通线路安全运营的主要隐患。国内外通过物理模型试验对滑坡的发生发展机理已有一些成果，如研究滑坡的孕育、形成机制以及滑动特征等，为滑坡的滑移机理研究以及滑坡灾害预警、预报及工程防治起到了一定的指导作用。然而，目前针对交通基础设施沿线边坡滑移机理的研究较少，特别是高速、重载铁路带来的环境振动效应对能否诱发边坡失稳破坏的认识还不统一；长期交通振动荷载对边坡变形破坏的影响机制还不清楚，尤其是交通荷载与其它滑坡诱发因素(如强降雨等)耦合作用下边坡灾变机理方面需要进一步深入研究。因此，本专利技术提出一种降雨与交通振动荷载耦合作用下边坡失稳物理模型试验装置，用于研究交通线路边坡失稳滑移机理和破坏模式，重点揭示降雨与交通振动荷载耦合作用下边坡变形破坏规律。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种降雨与交通振动联合作用下边坡失稳物理模型试验装置，旨在为交通线路边坡失稳机理以及滑坡灾害的预警、预报及工程防治起到一定的指导作用。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：降雨与交通振动联合作用下边坡失稳物理模型试验装置，包括顶部和一侧敞开的模型试验箱、用于提供降雨的人工降雨模拟单元、用于输出交通振动荷载的动力模拟单元、用于跟踪边坡失稳过程的监测单元以及控制单元，所述人工降雨模拟单元位于所述模型试验箱的上方，所述动力模拟单元位于所述模型试验箱的底部，所述人工降雨模拟单元、所述动力模拟单元以及所述监测单元均与所述控制单元电连接。本专利技术的有益效果是：模型试验箱为整个试验进行的装置，人工降雨模拟单元可模拟降雨情形，动力模拟单元可模拟交通工具振动载荷的情形，监测单元可对整个试验中降雨、交通振动以及岩土体的变化情况进行监测，控制单元可对人工降雨模拟单元和动力模拟单元进行调节，以模拟不同条件下边坡失稳的规律，该模拟试验装置结构简单，操作简便，可模拟多种条件下的边坡失稳的情形，功能多样，可为滑坡灾害的预警以及工程防治起起到一定的指导作用。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述模型试验箱包括模型框架和安装于所述模型框架上的钢化玻璃板，所述模型框架和所述钢化玻璃板组装成长方体状的所述模型试验箱，所述模型试验箱设有堆积成一侧高另一侧低的边坡状岩土体，所述岩土体较高一侧紧靠所述模型试验箱的一侧，所述模型试验箱的底部设有可移动平台，所述可移动平台靠近所述岩土体较低侧的一侧设有集水量筒，所述模型试验箱与所述可移动平台之间设有剪叉式升降结构，所述剪叉式升降结构位于所述模型试验箱底部的一侧。采用上述进一步方案的有益效果是集水量筒可用于收集量测降雨形成的表面径流，进而计算出岩土体的实际入渗量；可移动平台的设置方便模型试验箱的移动；剪叉式升降结构可实现模型试验箱角度的调节。进一步，所述模型框架为多孔格子梁。采用上述进一步方案的有益效果是采用多孔格子梁可实现模型框架插拔式的快速组装，方便模型框架尺寸的调整。进一步，所述岩土体为一级边坡或多级边坡，其中多级边坡的所述岩土体还设置有平台，所述平台做防渗水处理。采用上述进一步方案的有益效果是岩土体上的平台采用防渗水处理可实现只有岩土体坡面的渗水，以模拟交通线路沿线整治后的多级路堑边坡。进一步，人工降雨模拟单元包括架设于所述模型试验箱上方的供水管和安装于所述供水管前端的多个喷头，所述供水管一端连接供水箱，所述供水管上设有水泵，所述水泵连接第一数据采集装置，所述水泵和所述第一数据采集装置均与所述控制单元电连接。采用上述进一步方案的有益效果是水泵可将供水箱内的水送入供水管内，控制单元可调节水泵的水流量和开启的时间，从而调节降雨强度、降雨持续时间以及降雨的时间间隔，第一数据采集装置可采集相关的实时数据并传递给控制单元。进一步，所述动力模拟单元包括振动仪和第二数据采集装置，所述振动仪有多个，多个所述振动仪固定安装于所述模型试验箱的底部，多个所述振动仪沿所述模型试验箱宽度方向均匀分布，所述振动仪分别与所述第二数据采集装置与所述控制单元电连接，所述第二数据采集装置与所述控制单元电连接。采用上述进一步方案的有益效果是采用振动仪设置于模型试验箱的底部，可模拟交通振动荷载的情形，控制单元可调节振动仪的振动频率和振动强度，第二数据采集装置采集振动仪振动的实时频率和强度并传递给控制单元。进一步，监测单元包括布设于所述岩土体中的多个含水量传感器、基质吸力传感器以及孔隙水压力传感器，所述基质吸力传感器外壁上安装有地声传感器，所述监测单元还包括多个设于所述岩土体坡面不同位置上的多个倾角仪、振动传感器以及设于所述岩土体附近用于记录所述岩土体边坡失稳过程的高速摄像机，多个所述含水量传感器、所述基质吸力传感器、所述孔隙水压力传感器、所述倾角仪、所述振动传感器、所述地声传感器以及所述高速摄像机均与第三数据采集装置电连接，所述第三数据采集装置与所述控制单元电连接。采用上述进一步方案的有益效果是含水量传感器可获取岩土体的含水量变化、平均渗透速度等，基质吸力传感器可获取岩土体的基质吸力，孔隙水压力传感器可获取降雨与交通振动荷载耦合作用下边坡内部动孔隙水压力变化，倾角仪和高速摄像机可跟踪岩土体边坡表面裂缝或变形的发展过程，振动传感器可获取岩土体边坡在交通振动荷载下的动力响应情况，地声传感器可提取岩土体边坡失稳前期深部岩土体变形滑移的辐射声信号，第三数据采集装置可采集含水量传感器、基质吸力传感器、孔隙水压力传感器、倾角仪、振动传感器、地声传感器以及高速摄像机中的实时数据并将其传递给控制单元。进一步，所述振动传感器和所述地声传感器为光纤传感器或压电传感器。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术岩土体中传感器布设的示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、模型试验箱，11、可移动平台，12、模型框架，13、集水量筒，14、岩土体，141、平台，2、人工降雨模拟单元，21、供水管，22、喷头，3、动力模拟单元，31、振动仪，4、监测单元，41、含水量传感器，42、基质吸力传感器，43、孔隙水压力传感器，44、倾角仪，45、振动传感器，46、地声传感器，47、高速摄像机，5、控制单元。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例1如图1所示，本专利技术提供一种降雨与交通振动联合作用下边坡失稳物理模型试验装置，包括顶部和一侧敞开的模型试验箱1、用于提供降雨的人工降雨模拟单元2、用于输出交通振动荷载的动力模拟单元3、用于跟踪边坡失稳过程的监测单元4以及控制单元5，人工降雨模拟单元2位于模型试验箱1的上方，动力模拟单元3位于模型试验箱1的底部，人工降雨模拟单元2、动力模拟单元3以及监测单元4均与控制单元5电连接。如图1所示，模型试验箱1包括模型框架12和安装于模型框架12上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
降雨与交通振动联合作用下边坡失稳物理模型试验装置，其特征在于：包括顶部和一侧敞开的模型试验箱(1)、用于提供降雨的人工降雨模拟单元(2)、用于输出交通振动荷载的动力模拟单元(3)、用于跟踪边坡失稳过程的监测单元(4)以及控制单元(5)，所述人工降雨模拟单元(2)位于所述模型试验箱(1)的上方，所述动力模拟单元(3)位于所述模型试验箱(1)的底部，所述人工降雨模拟单元(2)、所述动力模拟单元(3)以及所述监测单元(4)均与所述控制单元(5)电连接。

【技术特征摘要】
1.降雨与交通振动联合作用下边坡失稳物理模型试验装置，其特征在于：包括顶部和一侧敞开的模型试验箱(1)、用于提供降雨的人工降雨模拟单元(2)、用于输出交通振动荷载的动力模拟单元(3)、用于跟踪边坡失稳过程的监测单元(4)以及控制单元(5)，所述人工降雨模拟单元(2)位于所述模型试验箱(1)的上方，所述动力模拟单元(3)位于所述模型试验箱(1)的底部，所述人工降雨模拟单元(2)、所述动力模拟单元(3)以及所述监测单元(4)均与所述控制单元(5)电连接。2.根据权利要求1所述的降雨与交通振动联合作用下边坡失稳物理模型试验装置，其特征在于：所述模型试验箱(1)包括模型框架(12)和安装于所述模型框架(12)上的钢化玻璃板，所述模型框架(12)和所述钢化玻璃板组装成长方体状的所述模型试验箱(1)，所述模型试验箱(1)内设有堆积成一侧高另一侧低的边坡状的岩土体(14)，所述岩土体(14)较高侧紧靠所述模型试验箱(1)的一侧，所述模型试验箱(1)底部设有可移动平台(11)，所述可移动平台(11)靠近所述岩土体(14)较低侧的一侧设有集水量筒(13)，所述模型试验箱(1)与所述可移动平台(11)之间设有剪叉式升降结构，所述剪叉式升降结构位于所述模型试验箱(1)底部的一侧。3.根据权利要求2所述的降雨与交通振动联合作用下边坡失稳物理模型试验装置，其特征在于：所述模型框架(12)为多孔格子梁。4.根据权利要求3所述的降雨与交通振动联合作用下边坡失稳物理模型试验装置，其特征在于：所述岩土体(14)为一级边坡或多级边坡，其中多级边坡的所述岩土体(14)还设置有平台(141)，所述平台(141)做防渗水处理。5.根据权利要求1所述的降雨与交通振动联合作用下边坡失稳物理模型试验装置，其特征在于：人工降雨模拟单元(2)包括架设于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵维刚，李峰，杜彦良，常江芳，杜博文，杨勇，许红彬，王青友，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：河北,13