根系与渗流耦合下坡体破坏判据研究离心模型试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种根系与渗流耦合下坡体破坏判据研究离心模型试验系统，包括：刚性模拟箱、地下水渗流系统、根系生物力学固土系统以及坡体水分‑应力‑变形监测系统；借助大型土工离心机还原植被覆被坡体的真实应力环境，模拟不同植被根型的生物力学固土机能(蒸腾、加筋固土作用)，通过精准分级施加坡体后缘的水力环境条件，改变坡体渗流演进路径与浸润线高度，模拟诱发坡体失稳破坏演变的全过程。其中，大型土工离心机为坡体模型提供原型坡体的应力环境。地下水渗流系统为坡体提供不同高度的稳定地下水力梯度条件。根系生物力学固土系统实现根系蒸腾作用对坡表水分的调控以及根系加筋锚固的固土作用。

Study on failure criterion of slope under the coupling of root system and seepage

【技术实现步骤摘要】
根系与渗流耦合下坡体破坏判据研究离心模型试验系统
本专利技术涉及岩土工程与试验模型
，特别涉及一种渗流与根系固土耦合下坡体失稳临界条件研究的通用离心模型试验系统。
技术介绍
我国山区面积占陆地国土面积的69％，是受崩塌滑坡灾害危害最严重的国家之一。在极端降雨事件频发和工程扰动加剧的条件下，滑坡灾害风险不断增大、防灾减灾重要性日益凸显。山区植被覆被坡体的崩塌滑坡具有分布范围广、频发、危害性大、水环境复杂等特点。与传统护坡方式相比，植物护坡具有低投入、低养护的特性，又能够保护环境，美化生态景观。坡体水分入渗是诱发大部分植被覆被坡体失稳破坏的主要致灾因子。坡体内部地下水的渗流作用会引起岩土体孔隙水压力和含水量改变，同时含水量的增加会导致岩土体剪切强度参数大幅降低，逐步诱发坡体失稳。根据水分渗流路径划分坡体失稳类型分为两类：第一类是植被覆被坡体后缘存在较高地下水位环境或裂隙充水，坡内侧向渗流作用使得浸润线由坡体后缘向坡表逐渐迁移，诱发堤坝或堰塞坝失稳；第二类是坡体由旱季进入汛期，坡内地下水高度提升，岩土体会受到承压水或者毛细水作用，岩土体有效应力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种根系与渗流耦合下坡体破坏判据研究离心模型试验系统，其特征在于，包括：坡体模型(35)、刚性模拟箱、地下水高度控制系统、根系生物力学固土系统、坡体水分-应力-变形监测系统和控制室计算机(30)；/n刚性模拟箱内安装地下水高度控制系统、根系生物力学固土系统以及坡体水分-应力-变形监测系统；/n所述坡体模型(35)呈梯形，采用土样分层压实填筑在刚性模拟箱的一侧；/n所述刚性模拟箱包括：铝合金箱体(9)、有机玻璃侧壁(10)、箱体上部盖板(11)、坡体后侧密封槽(12)以及坡脚带孔钢支架(13)；/n铝合金箱体(9)的侧面安装透明有机玻璃侧壁(10)，用于实时监测坡体湿润锋的迁移过程以及浸润线...

【技术特征摘要】
1.一种根系与渗流耦合下坡体破坏判据研究离心模型试验系统，其特征在于，包括：坡体模型(35)、刚性模拟箱、地下水高度控制系统、根系生物力学固土系统、坡体水分-应力-变形监测系统和控制室计算机(30)；
刚性模拟箱内安装地下水高度控制系统、根系生物力学固土系统以及坡体水分-应力-变形监测系统；
所述坡体模型(35)呈梯形，采用土样分层压实填筑在刚性模拟箱的一侧；
所述刚性模拟箱包括：铝合金箱体(9)、有机玻璃侧壁(10)、箱体上部盖板(11)、坡体后侧密封槽(12)以及坡脚带孔钢支架(13)；
铝合金箱体(9)的侧面安装透明有机玻璃侧壁(10)，用于实时监测坡体湿润锋的迁移过程以及浸润线高度的演变规律；有机玻璃侧壁(10)与模拟箱(9)箱体接触面安装胶圈，并通过螺栓固定密封，坡体模型(35)左侧下部安装密封槽(12)，模型右侧坡脚安装带孔钢支架(13)；
有机玻璃侧壁(10)可拆卸，利于试验前后坡体模型(35)的制作和拆模；
所述地下水高度控制系统包括：储水箱(1)、流速控制蠕动泵(2)、单向电磁阀(3)、分流管路(4)、入渗多孔不锈钢管(5)、微型水位传感器(6)、流速控制器(7)和水位变送器(8)；
所述盖板(11)上部固定储水箱(1)，储水箱(1)内底部安装水位变送器(8)，流速控制蠕动泵(2)通过航空插头将蠕动泵(2)控制信号导线连接到流速控制器(7)上，实现开闭蠕动泵(2)，并能调整注水速率和地下水位高度；流速控制器(7)调控蠕动泵(2)运转，蠕动泵(2)运转带动水流运动将水由大型储水箱(1)引出，水流通过单向电磁阀(3)以及蠕动泵(2)后，由一根管路进分八路的分流管路(4)，八路分流管路同步将水输送到八根入渗多孔不锈钢管(5)底部；入渗多孔不锈钢管(5)内设置微型水位传感器(6)，用于实时反馈水位高度；
所述根系生物力学固土系统包括：高进气值陶土头(14)、不同形状的人造根(22)、抽水单向阀(15)、一级储水罐(16)、二级储水罐(17)、一级储水罐(16)底部的吸力变送器(18)、一级储水罐吊杆(19)、吸力输水管路(21)、真空泵(20)和启停开关(23)；
真空泵(20)与启停开关(23)电路连接，真空泵(20)和二级储水罐(17)安装于箱体上部盖板(11)的表面，一级储水罐吊杆(19)固定于箱体上部盖板(11)的下表面，一级储水罐吊杆(19)用于安装一级储水罐(16)，一级储水罐(16)底部安装吸力变送器(18)用于监测真空泵(20)负压值；真空泵(20)通过吸力输水管路(21)依次连接二级储水罐(17)、一级储水罐(16)、抽水单向阀(15)、人造根(22)；
所述人造根(22)主要由高进气值陶土头(14)与不同形状的聚酰胺PA空心管搭接装配构成；
启停开关(23)启动真空泵(20)，抽水管路中负压启动；人造根(22)的高进气值陶土头(14)在真空负压下将坡表根端的水分抽出，水分沿吸力输水管路(21)经过抽水单向...

【专利技术属性】
技术研发人员：张崇磊，苏立君，蒋关鲁，刘琪，余方威，韩宜均，
申请(专利权)人：中国科学院，水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51