一种模拟散粒体斜坡在坡面径流冲刷时拖曳力测试系统及测试方法技术方案

本发明专利技术涉及一种边坡稳定性影响因素的测试装置和方法，具体公开了一种模拟散粒体斜坡在坡面径流冲刷时拖曳力测试系统，包括模拟槽，模拟岩土层以及水箱；模拟槽的升降端与升降装置相连，升降装置可连续调节升降端在竖直方向上的高度；升降端挡板为可拆卸安装；水箱出水口与模拟槽入水口通过管道连通，水箱上设置有溢流口；溢流口的设置高度高于水箱出水口的设置高度。本发明专利技术还公开了相应的斜坡水流拖曳力的测试方法。本发明专利技术的优点是：适用于强降雨条件下坡度较缓的斜坡水流拖曳力测定，从而量化强降雨条件下水流对斜坡土体失稳的影响，优化现有的降雨条件下斜坡稳定性定量评价方法。

A dragging force test system and test method for simulating granular slope in slope runoff scouring

The invention relates to a testing device and a method for influencing factors of slope stability, and specifically discloses a testing system for simulating drag force of a granular slope when it is scoured by runoff on the slope surface, including a simulating trough, a simulating rock-soil layer and a water tank; the lifting end of the simulating trough is connected with the lifting device, and the lifting device can continuously adjust the lifting end in the slope surface. The height in the vertical direction; the lifting end baffle can be disassembled and installed; the outlet of the water tank is connected with the inlet of the simulated tank through the pipeline, and there is a spillway on the water tank; the setting height of the spillway is higher than the setting height of the outlet of the water tank. The invention also discloses a corresponding testing method for the towing force of the slope water flow. The invention has the advantages that the method is suitable for measuring the drag force of slope water flow with gentle slope under strong rainfall condition, so as to quantify the influence of water flow on slope soil instability under strong rainfall condition, and optimize the existing quantitative evaluation method of slope stability under rainfall condition.

【技术实现步骤摘要】
一种模拟散粒体斜坡在坡面径流冲刷时拖曳力测试系统及测试方法
本专利技术涉及一种边坡稳定性影响因素的测试装置和方法，尤其是一种应用于强降雨条件下浅层斜坡稳定性的测试装置和方法。
技术介绍
统计表明，绝大多数滑坡(尤其斜坡浅层土失稳)是降雨作用引发的。降雨导致水流贯穿于斜坡土体，水流对斜坡土体具有拖曳作用，进而加速斜坡浅层土失稳。有关浅层滑坡的研究成果已较为丰富。文献(PRADELD,RAADG.EffectofPermeabilityonSurficialStabilityofHomogeneousSlopes[J].JournalofGeotechnicalEngineering,1993,119(2):315-332.)报道了均质边坡在长历时、高强度降雨条件下发生的浅层滑坡现象，提出了无限平面滑动型边坡模型；文献(李宁,许建聪,钦亚洲.降雨诱发浅层滑坡稳定性的计算模型研究[J].岩土力学,2012,33(5):209-214.)采用非饱和土VG模型与改进的Green-Ampt入渗模型，对Mein-Larson降雨入渗模型进行改进，结合无限边坡提出了降雨诱发浅层滑坡的简化计算模型；文献(许建聪,尚岳全,陈侃福,等.强降雨作用下的浅层滑坡稳定性分析[J].岩石力学与工程学报,2005,24(18):3246-3251.)研究了强降雨条件下浅层滑坡稳定性系数与滑面带抗剪强度指标、滑体饱水面积比这三者之间的关系，建立了数理统计相关式；文献(常金源,包含,伍法权,等.降雨条件下浅层滑坡稳定性探讨[J].岩土力学,2015,36(4):995-1001.)以Green-Ampt入渗模型为基础，考虑动水压力的作用，建立了降雨入渗条件下浅层滑坡的概念模型，推导出降雨前有或无地下水位条件下的斜坡安全系数与降雨时间的关系表达式；文献(CHENXiao-dong,GUOHong-xian,SONGEr-xiang.Analysismethodforslopestabilityunderrainfallaction[J].LandslidesandEngineeredSlopes,2008,(7):1507-1515.)利用Mein-Larson入渗模型，结合刚体极限平衡法，建立了降雨型斜坡稳定性分析的通用模式。虽然研究浅层斜坡失稳和稳定性评价的报道很多，但是研究者鲜有考虑强降雨条件下水流拖曳力对斜坡稳定性的影响。这可能是当前浅层斜坡稳定性评价和浅层滑坡处治方案设计中，尽管考虑了极端降雨入渗、地表水体集中渗漏等特殊工况，仍出现斜坡失稳破坏甚至发生灾变事故的原因。因此，将水流拖曳力嵌入刚体极限平衡理论，对强降雨条件下的斜坡浅层土稳定性进行分析，定量评价水流拖曳力对浅层斜坡失稳的贡献。当斜坡土体在近乎临界稳定状态时，较小的拖曳力却会发挥决定性作用，说明水流拖曳力效应不容忽视。
技术实现思路
为了更好地研究水流拖曳力对浅层滑坡稳定性的影响，提出水流对斜坡表层和土体底部的拖曳力测试技术，提高斜坡稳定性计算的可靠度，本专利技术提供了一种模拟散粒体斜坡在坡面径流冲刷时拖曳力测试系统及测试方法，为定量评价斜坡的稳定性提供参考。本专利技术所采用的技术方案是：模拟散粒体斜坡在坡面径流冲刷时拖曳力测试系统，包括由底板，侧挡板，固定端挡板和升降端挡板围合而成的模拟槽，铺设于底板上的模拟岩土层以及水箱；所述模拟槽包括固定端和升降端；所述固定端通过水平轴固定且可绕水平轴转动，所述升降端与升降装置相连，升降装置可连续调节升降端在竖直方向上的高度；所述固定端挡板上设置有模拟槽入水口，升降端挡板为可拆卸安装；所述水箱侧壁开设有与模拟槽入水口对应的水箱出水口，水箱出水口的设置高度不低于模拟槽入水口的设置高度，水箱出水口与模拟槽入水口通过管道连通，水流通过阀门控制，阀门打开时，水箱中的水能够进入模拟槽中；所述水箱上还设置有溢流口，溢流口的设置高度高于水箱出水口的设置高度。目前的边坡稳定性理论研究未考虑水流对斜坡土体的拖曳力，这可能是当前浅层斜坡稳定性评价和浅层滑坡处治方案设计中，尽管考虑了极端降雨入渗、地表水体集中渗漏等特殊情况，仍出现斜坡失稳破坏甚至发生灾变事故的原因。为全面准确的计算水流拖曳力对斜坡稳定性的影响，本申请提出了一种斜坡土体表层和底部水流拖曳力测试技术。为此，本申请研制了一套模拟径流条件下斜坡地表和土层底部水流拖曳力试验装置。研究当斜坡坡度一定的条件下，通过调整斜坡地表径流的高度，定量分析水流拖曳力与径流高度之间的关系；当径流高度一定的条件下，通过调整斜坡坡度，定量分析水流拖曳力与斜坡坡度之间的关系。试验结果表明降雨条件下，水流拖曳力在斜坡处于临界状态时产生决定性影响。本申请提出斜坡表层和土体底部水流拖曳力的测试方法，对斜坡水流拖曳力进行量化。本测试装置主要用于研究不同组合情况下地表径流、斜坡坡度与斜坡稳定系数之间的关系：a)在其他情况均相同的情况下推求斜坡的稳定性与地表径流高度的关系。b)在其他情况均相同的情况下推求斜坡坡度与斜坡稳定性的关系。测试结果表明强降雨条件下斜坡稳定性与径流高度、斜坡坡度成反比关系。容易理解的，本专利技术固定端的模拟槽入水口应当与水源相连，水源的选择没有严格限制，只需要保证水流能够平缓均匀的进入模拟槽，以实现模拟坡面径流的目的，因此模拟槽入水口不能与带压水龙头等设备连接。为便于测试，最好是配备专用的储水容器为模拟槽供水。本专利技术中我们为了提高测试的准确性和便捷性，设计了与模拟槽匹配的水箱作为供水媒介。如图1中所示，水箱侧壁开设有与模拟槽入水口对应的水箱出水口，水箱出水口的设置高度不低于模拟槽入水口的设置高度，水箱出水口与模拟槽入水口通过管道连通，水流通过阀门控制，阀门打开时，水箱中的水能够进入模拟槽中。通过水箱中水位的调节和水箱出水口的设置位置即可控制水的流动速度，从而保证水流能够平缓均匀的进入模拟槽。为了使水箱中的水流能够均匀流入模拟槽，水箱出水口的设置高度应当不低于模拟槽入水口的设置高度，以模拟自然条件下在重力作用下沿坡面流动的自然水流；容易理解的，为防止流速过快，水箱出水口的设置高度也不能过于高于模拟槽入水口的设置高度。此外我们还在水箱上设置溢流口，溢流口的作用在于控制水箱的水位，使在整个测试过程中水的流速始终稳定不变，以更准确的模拟自然条件下的坡面径流。本专利技术中我们将溢流口设置在高于水箱出水口的位置，这样通过注水与溢流的平衡，可将水位稳定在溢流口的位置。同时容易理解的，若果溢流口位置过分高于水箱出水口位置，会导致水箱出水口处压强过大，出水速度过快从而影响测试的准确性。同时，模拟槽入水口的设置方式也应当保证进入模拟槽的水流在模拟槽中均匀流动，以便于模拟坡面径流。为此可将模拟槽入水口设置为均匀分布在固定端挡板上的多个进水孔。容易理解的，为了实现相同的目的也可以采用其他的设置方式，例如水平设置的缝状入水口等。本专利技术中的升降装置应当能够实现带动升降端平稳连续升降的功能，以便于准确测定斜坡土体开始产生滑动时斜坡的角度。例如采用图1所述的升降支架，该支架的升降可采用液压或气压驱动来实现。除此之外容易想到也可以采用其他能够实现上述功能的升降装置，例如还可以采用滑轮组作为升降装置。利用本专利技术的测试装置能够测试不同地质条件下的斜坡水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.模拟散粒体斜坡在坡面径流冲刷时拖曳力测试系统，包括由底板(103)，侧挡板(104)，固定端挡板(101)和升降端挡板(102)围合而成的模拟槽(1)，铺设于底板(103)上的模拟岩土层以及水箱(4)；所述模拟槽(1)包括固定端和升降端；所述固定端通过水平轴(2)固定且可绕水平轴(2)转动，所述升降端与升降装置相连，升降装置可连续调节升降端在竖直方向上的高度；所述固定端挡板(101)上设置有模拟槽入水口(3)，升降端挡板(102)为可拆卸安装；所述水箱(4)侧壁开设有与模拟槽入水口(3)对应的水箱出水口(5)，水箱出水口(5)的设置高度不低于模拟槽入水口(3)的设置高度，水箱出水口(5)与模拟槽入水口(3)通过管道(6)连通，水流通过阀门(7)控制，阀门(7)打开时，水箱(4)中的水能够进入模拟槽(1)中；所述水箱(4)上还设置有溢流口(8)，溢流口(8)的设置高度高于水箱出水口(5)的设置高度。

【技术特征摘要】
1.模拟散粒体斜坡在坡面径流冲刷时拖曳力测试系统，包括由底板(103)，侧挡板(104)，固定端挡板(101)和升降端挡板(102)围合而成的模拟槽(1)，铺设于底板(103)上的模拟岩土层以及水箱(4)；所述模拟槽(1)包括固定端和升降端；所述固定端通过水平轴(2)固定且可绕水平轴(2)转动，所述升降端与升降装置相连，升降装置可连续调节升降端在竖直方向上的高度；所述固定端挡板(101)上设置有模拟槽入水口(3)，升降端挡板(102)为可拆卸安装；所述水箱(4)侧壁开设有与模拟槽入水口(3)对应的水箱出水口(5)，水箱出水口(5)的设置高度不低于模拟槽入水口(3)的设置高度，水箱出水口(5)与模拟槽入水口(3)通过管道(6)连通，水流通过阀门(7)控制，阀门(7)打开时，水箱(4)中的水能够进入模拟槽(1)中；所述水箱(4)上还设置有溢流口(8)，溢流口(8)的设置高度高于水箱出水口(5)的设置高度。2.根据权利要求1所述的模拟散粒体斜坡在坡面径流冲刷时拖曳力测试系统，其特征在于：所述模拟槽入水口(3)为均匀分布在固定端挡板(101)上的多个进水孔。3.根据权利要求1所述的模拟散粒体斜坡在坡面径流冲刷时拖曳力测试系统，其特征在于：所述升降装置为升降支架(9)。4.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的模拟散粒体斜坡在坡面径流冲刷时拖曳力测试系统，其特征在于：所述模拟岩土层包括铺设于底板(103)上的混凝土层(12)，铺设于混凝土层(12)上的砂垫层(13)，铺设于砂垫层(13)上的粉质黏土层(14)。5.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的模拟散粒体斜坡在坡面径流冲刷时拖曳力测试系统，其特征在于：所述模拟岩土层包括铺设于底板(103)上的混凝土层(12)，铺设于混凝土层(12)上的粉质黏土层(14...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁星宇，符文熹，叶飞，夏敏，雷孝章，魏玉峰，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51