一种库区消落带劣化模拟系统技术方案

本发明专利技术涉及地质灾害研究领域，具体涉及一种库区消落带劣化模拟系统。包括实验箱、收集实验箱内激发和接收样品质子能级跃迁信息的核磁共振信号处理器、采集和控制实验箱内的物理量变化的流量控制器、提高实验箱内温度的空气加压加热系统、降低实验箱内温度的液氮系统、给实验箱内注水的水位控制系统、给实验箱内排液降压的泄流系统和分析处理所有实验数据的上位机，本技术方案模拟消落带岩体在不同水位、不同压力、不同温度环境下的岩石力学性质变化、孔隙水对岩体的破坏作用及干湿循环对岩体的劣化作用，用以提高库区岸坡的生态修复能力和景观重建能力，减轻库区次生地质灾害风险，提高地质灾害预警预报能力，保障人民生命财产安全。

【技术实现步骤摘要】
一种库区消落带劣化模拟系统
本专利技术涉及地质灾害研究领域，具体涉及一种库区消落带劣化模拟系统。
技术介绍
三峡库区蓄水以来，库区水位在高程145～175m之间周期性涨落，形成了30m垂直落差的消落带。在江水浸泡、温度急剧变化的周期性循环作用下，岸坡消落带岩体质量、应力和岩石力学性能会快速劣化，引发新的地质灾害。比如2003年发生的千将坪滑坡，滑体堵塞青干河并激起了约40m的巨浪，致使80多栋农舍和4家企业厂房化为废墟；2008年三峡库区175m试验性蓄水时巫山县龚家坊危岩发生崩塌，产生涌浪高度14m，严重威胁了长江航道的安全和人民群众生命财产安全。当水分通过渗流通道不断充填孔隙，岩体内部的可溶物质逐渐溶蚀，孔隙增大，岩石力学性质不断弱化；随着岩体溶蚀作用的加剧和孔隙的逐步连通，产生小的裂隙并逐步扩展连通，岩体的应力平衡状态被打破，容易诱发次生灾害。中国专利CN201920533476公开了《消落带的信息采集装置》，包括船载平台、信息获取装置(三部相机)和控制系统，信息获取装置固定设置于所述船载平台上，获取消落带图像数据。中国专利ZL200420050997公开了《水诱发滑坡模拟试验装置》，包括箱体、透水板、挡网、插板和滑坡体，可针对引起滑坡的多种水工况进行综合研究，也可分别对单一工况进行实验，提高了模拟的针对性和准确性。但该专利没有涉及传感器的布设，无法采集相关滑坡参数。中国专利CN200410042628公开了《一种水诱发滑坡模拟试验装置及坡面位移监测方法》，包括试验台、实验箱、供水系统和设置在实验箱上的滑坡体，能对滑坡体失稳时的临界孔隙水压力、滑坡体失稳与承压水面积的关系进行研究。中国专利CN201510133056公开了《降雨诱发滑坡模拟实验系统》，包括实验箱、滑坡测试装置、雨水模拟装置和集水装置，可以测试在不同降雨条件下滑坡参数(压力、拉力、水位)。中国专利CN201310604632公开了《一种极端降雨诱发滑坡室内模拟实验平台》，包括平台底板、试验槽、排水槽、人工降雨装置、人工干旱装置、液压千斤顶、激光测距仪、滑坡体，可实现不同降雨工况的多组数据的采集。中国专利CN201910805560公开了《一种探索降雨诱发滑坡机制的物理试验装置》，包括接水槽、接水槽水位控制门、接水槽滚轮、降雨系统支撑体、旋式降雨模拟系统、滑坡模拟装置、坡面模拟板、液压坡度调节器、漫水模拟装置、漫水装置控制门、抽水泵、输水管、总控制板、底座、全自动摄像头、电线、旋转电机、转轴、三角形导流板、导向滑轮、绳索固定柱，能够模拟不同接触面、不同坡度、不同降雨量下的降雨诱发滑坡及极端情况下的浸水诱发滑坡两种情况。但该专利技术仅能提供整个滑坡模拟过程的视频信息，没有搭载相关检测传感器，不能采集实验中的相关参数。上述专利文件所公开的内容均不是一套完整的库区消落带劣化的模拟系统，不能对消落带岩体在不同水位、不同压力、不同温度环境下的岩石力学性质变化实现实时监控和重要参数采集。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提出一种库区消落带劣化模拟系统，用以模拟消落带岩体在不同水位、不同压力、不同温度环境下的岩石力学性质变化、孔隙水对岩体的破坏作用及干湿循环对岩体的劣化作用，用于研究库区岸坡消落带的劣化机制，提高库区岸坡的生态修复能力和景观重建能力，减轻库区次生地质灾害风险，提高地质灾害预警预报能力，保障人民生命财产安全。为了达到上述目的，本专利技术提出一种库区消落带劣化模拟系统，包括模拟自然环境的实验箱、收集实验箱内激发和接收样品质子能级跃迁信息的核磁共振信号处理器、采集和控制实验箱内的物理量变化的流量控制器、提高实验箱内温度的空气加压加热系统、降低实验箱内温度的液氮系统、给实验箱内注水的水位控制系统、给实验箱内排液降压的泄流系统和分析处理所有实验数据的上位机，所述流量控制器分别与实验箱、空气加压加热系统、液氮系统、水位控制系统、泄流系统和上位机电性连接，所述空气加压加热系统、液氮系统、水位控制系统和泄流系统与实验箱之间通过管道连接，所述核磁共振信号处理器分别于实验箱和上位机电性连接。进一步，所述实验箱从外到内顺次设有保护外壳、绝缘屏蔽外壳、高均匀度永磁体、无磁铝底板、铜螺钉、缠绕在钢化玻璃管上的射频线圈和盛装样品的夹持器，所述夹持器位于实验箱的中部，且夹持器包括无磁玻璃钢外壳、无磁玻璃钢内壳和夹持器螺纹盖，所述无磁玻璃钢外壳和无磁玻璃钢内壳之间设有光纤，所述光纤在无磁玻璃钢内壳的外壁上均匀设有4组，且每一组上均设有沿着无磁玻璃钢轴向均匀分布的6个光纤声波检波器，所述无磁玻璃钢内壳顶部和底部的外壁上设有凹槽，所述凹槽内设有均采用斜对称安装的温湿度传感器和压力传感器，所述温湿度传感器和压力传感器采用碳纤维传输线串接。进一步，所述夹持器螺纹盖的截面形状为T形，且在其底部设有和无磁玻璃钢内壳内侧壁内螺纹相匹配的外螺纹，所述夹持器螺纹盖上还设有光源接头、光信号出口接头、空气增压加热连接头、液氮连接头、液体连接头和泄流管连接头，所述碳纤维传输线和光纤与信号传输接头电连接，所述实验箱、核磁共振信号处理器、流量控制器、空气加压加热系统、液氮系统、水位控制系统和泄流系统分别与夹持器螺纹盖的上述接头匹配连接。进一步，所述空气增压加热系统包括顺次连接的空气加热器、空气泵、电子流量阀和进气管，所述液氮系统包括顺次液氮存储罐、液压泵、电子流量阀和进气管，所述水位控制系统包括顺次连接的水箱、液压泵、电子流量阀和进水管，所述泄流系统包括顺次连接的水箱、真空泵、电子流量阀和不锈钢水管，所述空气加压加热系统、液氮系统、水位控制系统和泄流系统的电子流量阀均与流量控制器电性连接，且上述系统中的进水管和不锈钢水管与夹持器螺纹盖上的空气增压加热连接头、液氮连接头、液体连接头和泄流管连接头匹配连接。进一步，所述上位机为计算机系统，所述夹持器内部的实验数据传输到上位机内，所述上位机可对样品含水饱和度、渗透率、孔隙度、温度、压力等参数进行测定，进而分析样品的破裂性质及劣化机制。进一步，所述流量控制器由主控芯片、显示和控制模块、温湿度反馈信号、压力反馈信号、泄流反馈信号、电源控制模块构成。进一步，所述核磁共振信号控制器主要由发射通道、接收通道和门控通道构成，所述核磁共振信号控制器的核磁共振回波检测电路主要由DSP、FPGA、ADC和抗混叠滤波器等器件组成。优选地，所述绝缘屏蔽外壳的材质为无磁铝板，且绝缘屏蔽外壳呈密封状态，原因是为了避免漏磁。优选地，所述射频线圈与无磁铝底板之间设有进行隔离的铜螺钉，所述螺杆将二者隔离的间隙为15mm，将二者隔离的原因是，避免电流振荡，使核磁共振信号处理器接收到的信号更加的稳定。优选地，所述高均匀度永磁体由N38SH钕铁硼材料组合构成，其数量为16块，且各个高均匀度永磁铁的平面极化方向相同，因为按照双极磁力线原理将永磁体块沿着圆周方向排列，这样在整个磁体系统内部即可产生均匀的磁场。本技术方案的工作方原理如下：空气增压加热系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种库区消落带劣化模拟系统，其特征在于：包括模拟自然环境的实验箱、收集实验箱内激发和接收样品质子能级跃迁信息的核磁共振信号处理器、采集和控制实验箱内的物理量变化的流量控制器、提高实验箱内温度的空气加压加热系统、降低实验箱内温度的液氮系统、给实验箱内注水的水位控制系统、给实验箱内排液降压的泄流系统和分析处理所有实验数据的上位机，所述流量控制器分别与实验箱、空气加压加热系统、液氮系统、水位控制系统、泄流系统和上位机电性连接，所述空气加压加热系统、液氮系统、水位控制系统和泄流系统与实验箱之间通过管道连接，所述核磁共振信号处理器分别于实验箱和上位机电性连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种库区消落带劣化模拟系统，其特征在于：包括模拟自然环境的实验箱、收集实验箱内激发和接收样品质子能级跃迁信息的核磁共振信号处理器、采集和控制实验箱内的物理量变化的流量控制器、提高实验箱内温度的空气加压加热系统、降低实验箱内温度的液氮系统、给实验箱内注水的水位控制系统、给实验箱内排液降压的泄流系统和分析处理所有实验数据的上位机，所述流量控制器分别与实验箱、空气加压加热系统、液氮系统、水位控制系统、泄流系统和上位机电性连接，所述空气加压加热系统、液氮系统、水位控制系统和泄流系统与实验箱之间通过管道连接，所述核磁共振信号处理器分别于实验箱和上位机电性连接。


2.根据权利要求1所述的一种库区消落带劣化模拟系统，其特征在于：所述实验箱从外到内顺次设有保护外壳、绝缘屏蔽外壳、高均匀度永磁体、无磁铝底板、铜螺钉、缠绕在钢化玻璃管上的射频线圈和盛装样品的夹持器，所述夹持器位于实验箱的中部，且夹持器包括无磁玻璃钢外壳、无磁玻璃钢内壳和夹持器螺纹盖，所述无磁玻璃钢外壳和无磁玻璃钢内壳之间设有光纤，所述光纤在无磁玻璃钢内壳的外壁上均匀设有4组，且每一组上均设有沿着无磁玻璃钢轴向均匀分布的6个光纤声波检波器，所述无磁玻璃钢内壳顶部和底部的外壁上设有凹槽，所述凹槽内设有均采用斜对称安装的温湿度传感器和压力传感器，所述温湿度传感器和压力传感器采用碳纤维传输线串接。


3.根据权利要求2所述的一种库区消落带劣化模拟系统，其特征在于：所述夹持器螺纹盖的截面形状为T形，且在其底部设有和无磁玻璃钢内壳内侧壁内螺纹相匹配的外螺纹，所述夹持器螺纹盖上还设有光源接头、光信号出口接头、空气增压加热连接头、液氮连接头、液体连接头和泄流管连接头，所述碳纤维传输线和光纤与信号传输接头电连接，所述实验箱、核磁共振信号处理器、流量控制器、空气加压加热系统、液氮系统、水位控制系统和泄流系统分别与夹持器螺纹盖的上述接头匹配连接。


4.根据权利要求1所述的一种库区消落带劣化模拟系...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子慕，谢庆明，陈立川，何飞，刘洪，徐洪，梁丹，
申请(专利权)人：西南大学，重庆地质矿产研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;50