一种冻融诱发边坡滑坡的模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种冻融诱发边坡滑坡的模拟装置，属于滑坡模拟试验技术领域，包括：环境模拟箱体、边坡模拟系统、环境模拟系统及计算机模块；环境模拟箱体包括相对设置的制冷箱及加热箱；边坡模拟系统包括模型箱、边坡模型、抬升构件、应力加载构件及推送构件；环境模拟系统包括水汽收集机构、降雨机构、地下水机构及冻融加热机构；本发明专利技术通过将应力加载构件、抬升构件、地下水机构和冻融加热机构相结合，实现冻融型滑坡失稳的模拟，对滑坡全过程有一个清晰和直观的分析，本发明专利技术能够在冻融循环试验中模拟实际边坡在自然冻融循环中受到的环境，从而尽可能使冻融循环试验得出的结果客观准确。确。确。

【技术实现步骤摘要】
一种冻融诱发边坡滑坡的模拟装置


[0001]本专利技术涉及滑坡模拟试验
，尤其是涉及一种冻融诱发边坡滑坡的模拟装置。

技术介绍

[0002]在我国北方地区和高原地区，因年气温存在显著的正负变化，在冬春交接之际日有很大的温差，会导致土坡经历冻融循环。这种冻融循环会极大的危害土坡的安全性和稳定性，对于铁路工程、隧道洞口都有极大的危害性。因此对于季节性冻融区边坡的变形破坏机理亟需开展深入研究。
[0003]冻融地质作用通过改变地层中水分的物理形态进而改变地下水的流场而触发，具体过程为：冻融导致斜坡体内地下水富集和疏散,富集造成边坡土体软化,疏散带来土体静水压力和动水压力突变,进而影响边坡的稳定性。而目前冻融试验系统大多没有考虑到地下水以及冰雪融化对冻融状态下土体滑坡的影响。
[0004]冻土在冻融循环作用下其力学性能特征变化一直是冻土研究的难点所在，其主要原因在于：室内试验条件达不到实际要求，无法保证小误差地恒温控制，且冷冻和加热在同一个试验箱内进行，从而造成试验的耗时长，能耗大与试验结果误差较大，也无法做到更大的温差。当前的冻融试验系统并未实现冻融循环方式的智能化控制，而是依赖于人工调节，无法确保实验的准确性且耗费人力。
[0005]当前的冻融试验中，大多把边坡置于一个开阔的空间，箱体没有保温措施，导致边坡可以从任意角度与周围环境进行热量交换，这与真实冻融循环中冷量或热量从单一表面传递到边坡的状况不符；目前大多数对土体滑坡机理的研究只考虑了土坡与土坡或土坡与基岩接触的这种单一界面行为，未能考虑土坡与其他界面的接触；在对边坡模型进行加热时，水蒸汽不能及时的排出，空气湿度不断增大会影响边坡土体的水分蒸发速率从而影响边坡的含水率，这些都会导致试验结果并不能准确反映边坡在真实冻融循环中的变化。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种冻融诱发边坡滑坡的模拟装置，解决现有技术中的技术问题。
[0007]为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供一种冻融诱发边坡滑坡的模拟装置，包括：
[0008]环境模拟箱体，包括相对设置的制冷箱及加热箱；
[0009]边坡模拟系统，包括模型箱、边坡模型、抬升构件、应力加载构件及推送构件，模型箱上方设置开口，边坡模型内置于模型箱内；抬升构件的驱动端与模型箱连接，用于通过模型箱驱动边坡模型一端升降以调整边坡模型的倾角；应力加载构件设于边坡模型的一侧，用于检测边坡模型的应力和推进速度；推送构件设于制冷箱及加热箱之间且其驱动端与模型箱连接，供以驱动模型箱进入对应环境模拟箱体内；
[0010]环境模拟系统，包括水汽收集机构、降雨机构、地下水机构及冻融加热机构，水汽收集机构设于加热箱内部的上侧，用于吸收加热箱的水汽；降雨机构的喷水端设于加热箱内，用于对加热箱内的边坡模型进行喷水以模拟径流现象；地下水机构包括多孔水管，多孔水管埋设于边坡模型内且其外表面开设有若干各出水孔，用于在边坡模型内部分散供水；冻融加热机构包括分别设于制冷箱及加热箱内的半导体模块，用于对制冷箱的内部进行降温或对制热箱的内部进行加热；
[0011]计算机模块，其与边坡模拟系统及环境模拟系统中的电气元件电连接，且计算机模块上具有多个操作模块，供以驱动模型箱进入对应环境模拟箱体以进行设定环境模拟。
[0012]在一些实施例中，制冷箱及加热箱两者相对一侧均通过合页转动设有密封门，合页设于密封门的上方，密封门的两侧各有一个气动推杆，气动推杆的一端固定在制冷箱或加热箱的一侧、气动推杆的另一端连接密封门，用于通过伸缩控制密封门开闭，制冷箱及加热箱两者向背离的一侧以及顶部均嵌设有呈透明状的观察窗，透明观察窗由双层的硬化玻璃组成，制冷箱及加热箱其他外表面均包裹一层聚氨酯保温层。
[0013]在一些实施例中，边坡模型包括基岩及滑体，基岩设于滑体的下侧，基岩与滑体的接触面形成滑移面，滑移面上布设有碎石；
[0014]推送构件包括轨道、木板及小车，木板设于制冷箱和加热箱之间且木板的两端延伸进制冷箱和加热箱中并固定，轨道设有两条并且并列铺设于木板的上方，轨道与小车的车轮匹配，小车可在轨道上做往返的直线运动；
[0015]抬升构件包括第一千斤顶，第一千斤顶的一端与小车连接、第一千斤顶的另一端与模型箱相连；
[0016]应力加载构件包括第二千斤顶，第二千斤顶的一端与模型箱连接、第二千斤顶的另一端与滑体相连。
[0017]在一些实施例中，水汽收集机构包括外壳及高分子吸水树脂，外壳与加热箱内壁的顶端连接，外壳由透明的玻璃构成且外壳底部和侧面均设有镂空的孔洞，外壳内的底部铺设一张薄纸巾，高分子吸水树脂放置于纸巾的上方。
[0018]在一些实施例中，降雨机构的喷水端设于水汽收集机构的下方，喷水端包括雾化喷头，降雨机构还包括水桶、第一水泵、喷淋架、若干个支管及第一水表，各个支管相互连通且与喷淋架相连，各个支管上沿其长度方向均匀设置有多个雾化喷头，雾化喷头朝向加热箱内的中部，水管的一端连接第一水表、第一水泵，第一水泵置于水桶内，水桶位于加热箱体外；
[0019]当模型箱置于加热箱内部时，喷淋架位于边坡模型的正上方。
[0020]在一些实施例中，冻融加热机构的硬件电路包括中央控制模块、温度收集模块、半导体控制电路、声光报警控制电路及声光报警模块；
[0021]温度收集模块包括表面温度传感器、底部温度传感器和3个环境温度传感器，表面温度传感器和滑体底部传感器分别位于边坡模型的表面和底部，表面温度传感器、底部温度传感器与中央控制模块电连接并用于将温度信息传递给中央控制模块，中央控制模块根据其传递的实时信息判断边坡模型是否制冷或制热完成；
[0022]环境温度传感器分散布置于模型箱内的各处，环境温度传感器与中央控制模块电连接并用于将温度信息传给中央控制模块，中央控制模块根据其实时传递的信息判断边坡
模型内温度是否达到设定温度；
[0023]声光报警模块包括声光报警器；
[0024]声光报警控制电路与声光报警器电连接，用于控制声光报警器；
[0025]中央控制模块包括单片机，其与半导体模块电连接，用于控制半导体模块工作。
[0026]在一些实施例中，地下水机构还包括循环水箱、第二水表、第二水泵、回水管及供水管，循环水箱和第二水表由供水管相连，多孔水管设有多个并于供水管连通，供水管的另一端连接位于循环水箱内的第二水泵的出水口上，循环水箱设于小车的一端，循环水箱底部有加热装置，加热装置包括半导体加热片或电热管，回水管的一段与模型箱较低一段连通、回水管的另一端与水箱连通。
[0027]在一些实施例中，半导体包括若干个半导体片及风扇，各个半导体片并列布置，风扇设于半导体片的一侧供以将半导体片产生的热气或冷气快速均匀的扩散至加热箱或制冷箱。
[0028]在一些实施例中，模拟装置还包括水循环机构，水循环机构包括制冷水箱、加热水箱和第三水泵，半导体模块的冷热交换面分别与均与制冷水箱和加热水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冻融诱发边坡滑坡的模拟装置，其特征在于，包括：环境模拟箱体，包括相对设置的制冷箱及加热箱；边坡模拟系统，包括模型箱、边坡模型、抬升构件、应力加载构件及推送构件，所述模型箱上方设置开口，所述边坡模型内置于所述模型箱内；所述抬升构件的驱动端与所述模型箱连接，用于通过所述模型箱驱动所述边坡模型一端升降以调整所述边坡模型的倾角；所述应力加载构件设于所述边坡模型的一侧，用于检测所述边坡模型的应力和推进速度；所述推送构件设于制冷箱及加热箱之间且其驱动端与模型箱连接，供以所述驱动模型箱进入对应所述环境模拟箱体内；环境模拟系统，包括水汽收集机构、降雨机构、地下水机构及冻融加热机构，所述水汽收集机构设于所述加热箱内部的上侧，用于吸收加热箱的水汽；所述降雨机构的喷水端设于所述加热箱内，用于对所述加热箱内的边坡模型进行喷水以模拟径流现象；所述地下水机构包括多孔水管，所述多孔水管埋设于所述边坡模型内且其外表面开设有若干各出水孔，用于在边坡模型内部分散供水；所述冻融加热机构包括分别设于制冷箱及加热箱内的半导体模块，用于对制冷箱的内部进行降温或对制热箱的内部进行加热；计算机模块，其与所述边坡模拟系统及所述环境模拟系统中的电气元件电连接，且所述计算机模块上具有多个操作模块，供以驱动模型箱进入对应环境模拟箱体以进行设定环境模拟。2.根据权利要求1所述的一种冻融诱发边坡滑坡的模拟装置，其特征在于，所述制冷箱及加热箱两者相对一侧均通过合页转动设有密封门，合页设于密封门的上方，所述密封门的两侧各有一个气动推杆，所述气动推杆的一端固定在制冷箱或加热箱的一侧、所述气动推杆的另一端连接密封门，用于通过伸缩控制密封门开闭，制冷箱及加热箱两者向背离的一侧以及顶部均嵌设有呈透明状的观察窗，所述观察窗由双层的硬化玻璃组成，所述制冷箱及所述加热箱其他外表面均包裹一层聚氨酯保温层。3.根据权利要求2所述的一种冻融诱发边坡滑坡的模拟装置，其特征在于，所述边坡模型包括基岩及滑体，所述基岩设于所述滑体的下侧，所述基岩与所述滑体的接触面形成滑移面，所述滑移面上布设有碎石；所述推送构件包括轨道、木板及小车，所述木板设于所述制冷箱和所述加热箱之间且所述木板的两端延伸进制冷箱和加热箱中并固定，所述轨道设有两条并且并列铺设于所述木板的上方，所述轨道与所述小车的车轮匹配，所述小车可在轨道上做往返的直线运动；所述抬升构件包括第一千斤顶，所述第一千斤顶的一端与小车连接、第一千斤顶的另一端与模型箱相连；所述应力加载构件包括第二千斤顶，所述第二千斤顶的一端与模型箱连接、第二千斤顶的另一端与滑体相连。4.根据权利要求1所述的一种冻融诱发边坡滑坡的模拟装置，其特征在于，所述水汽收集机构包括外壳及高分子吸水树脂，所述外壳与所述加热箱内壁的顶端连接，所述外壳由透明的玻璃构成且所述外壳底部和侧面均设有镂空的孔洞，所述外壳内的底部铺设一张纸巾，所述高分子吸水树脂放置于纸巾的上方。5.根据权利要求1所述的一种冻融诱发边坡滑坡的模拟装置，其特征在于，所述降雨机构的喷水端设于所述水汽收集机构的下方，所述喷水端包括雾化喷头，所述降雨机构还包
括水桶、第一水泵、喷淋架、若干个支管及第一水表，各个所述支管相互连通且与喷淋架相连，各个所述支管上沿其长度方向均匀设置有多个雾化喷头，所述雾化喷头朝向所述加热箱内的中部，所述水管的一端连...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱钰，温韬，孙欣爽，黄德昕，王艳昆，胡明毅，唐睿旋，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：发明
国别省市：