一种在随机降雨条件下测试非均质边坡失稳的实验装置，包括供水系统、降雨系统、排水系统、目标边坡模型、数据采集系统、摄像系统、实验平台。供水系统、降雨系统、排水系统依次连接，实验平台位于降雨系统的正下方，目标边坡模型放置在实验平台内，数据采集系统的摄像系统分别采集边坡失稳状态下的图像和数据。本发明专利技术可以调整随机降雨模拟系统来实现降雨的产生和改变，同时通过手动搭建的实验边坡模型，来模拟随机降雨条件下的非均质边坡失稳现象。通过摄像机和传感器对实验过程中的各项图像、数据进行记录，探究降雨导致边坡失稳破坏的机制，具有直观，针对性强，多方向操作，成本低，结果易观察等优点。果易观察等优点。果易观察等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种在随机降雨条件下测试非均质边坡失稳的实验装置
[0001]本专利技术属于水利工程建设
，涉及一种在随机降雨条件下测试非均质边坡失稳的实验装置。
技术介绍
[0002]对于水利工程建设环境来讲，大批的水利工程的边坡高达百米，由于大量高陡边坡的存在，当出现降雨情况使其发生了变形以至于失稳，这不仅会对工程安全造成极大的威胁，同时可能会给工程附近和下游的人民财产安全造成巨大的损失。
[0003]目前有关自相关函数的研究有许多的理论依据，但在实践有些许的不足，即使是按照计算机实现的随机场图像搭建了边坡模型，也只是对一个已知模型进行简单的模仿，该模型在随机降雨情况下有着怎样的破坏机理，以及不同自相关函数所构建的非均质边坡在面对着相同的降雨条件在破坏的机理和现象方面是否有所不同。如果能够解决上述问题，这对以后分析边坡的稳定性将产生极大的帮助，对科学合理地制定边坡失稳应急预案及抢险与补救措施提供依据，达到减轻因边坡失稳造成的损失，降低事故风险的目的。
技术实现思路
[0004]为了对上述提出的问题进行分析和解决，本专利技术提出了一种在随机降雨条件下测试非均质边坡失稳的实验装置。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案。
[0006]本专利技术所述的一种在随机降雨条件下测试非均质边坡失稳的实验装置，其特征是包括供水系统、降雨系统、排水系统、目标边坡模型(31)、数据采集系统、摄像系统、实验平台(30)。
[0007]所述供水系统包括储水容器(1)、闸门Ⅰ(2)、调速泵(3)、流量计(4)、闸门Ⅱ(5)、输水管道(6)、出水管(17)、入水管(18)；入水管(18)的一端插入储水容器(1)，入水管(18)另一端通过调速泵(3)、流量计(4)、闸门Ⅱ(5)连接到输水管道(6)；闸门Ⅰ(2)一端连接在流量计(4)与闸门Ⅱ(5)之间，闸门Ⅰ(2)的另一端与出水管(17)连接，出水管(17)的另一端插入储水容器(1)中；供水系统通过输水管道(6)与降雨系统相接，通过储水容器(1)与排水系统后端相接。
[0008]本专利技术由于需要的流量条件并不是一开始就能够得到的，在关闭闸门Ⅱ(5)的情况下，闸门Ⅰ(2)、调速泵(3)、流量计(4)、出水管(17)和入水管(18)形成了一个循环系统。
[0009]本专利技术以供水系统控制降雨强度大小，模拟天然降雨。在进行实验之前应进行一个前置实验：关闭闸门Ⅱ(5)打开闸门Ⅰ(2)，调整调速泵(3)的转速，观察流量计(4)，将转速与流量这两个数据放入x
‑
y轴上，为了保证实验的合理性，应收集大量的数据，且至少记录五十组，拟合一条最适合的函数曲线，即转速
‑
流量曲线。
[0010]所述的降雨系统包括降雨装置(7)和支架Ⅰ(36)。降雨装置(7)由支架Ⅰ(36)支撑，位于实验平台(30)的正上方，降雨装置(7)通过供水系统的输水管道(6)与供水系统相接。
降雨装置(7)包括降雨管道(21)和若干降雨喷头装置(20)，降雨管道(21)与降雨喷头装置(20)相连通，所述的降雨喷头装置(20)由喷灌头(22)与三通水管接头(23)连接而成。
[0011]所述的排水系统包括缓冲道(8)、拦沙网Ⅰ(9)、过滤池(10)、拦沙网Ⅱ(11)、过水通道(12)、出水口(13)；排水系统位于实验平台(30)的后部，依次由缓冲道(8)、过滤池(10)、过水通道(12)与出水口(13)连接构成；拦沙网Ⅰ(9)与拦沙网Ⅱ(11)分别安装于过滤池(10)的上部和后部，过水通道(12)与过滤池(10)的连接处为拦沙网Ⅱ(11)；排水系统通过实验平台(30)与降雨系统连接，通过出水口(13)与供水系统连接。
[0012]本专利技术排水系统内缓冲道(8)的作用是：当边坡发生破坏时，该道可以防止有大量的泥沙滑入过滤池(10)和防止水流外溅。过水通道(12)前部连接过滤池(10)，后部连接储水容器(1)，储水容器(1)与输水管道(6)、降雨喷头装置(20)、实验平台(30)、缓冲道(8)构成一个水循环系统，只要储水容器(1)中的水量充分，在第一次加入水后，就不需要关心储水容器(1)是否发生水量不足的情况。且拦沙网Ⅰ(9)与拦沙网Ⅱ(11)形成了两道防线，可以大幅度降低水中含沙对实验结果的影响。
[0013]所述的目标边坡模型(31)为梯形结构，其粘聚力c数值分布和内摩擦角数值分布根据实验所拟定的条件由计算机生成，过程如下：以拉丁超立方抽样的方式生成独立标准正态随机样本矩阵ξ；将等效互相关系数矩阵R0通过乔列斯基分解的方式得到下三角矩阵L1，并以与ξ相乘得到相关标准正态随机样本矩阵x
D
,对自相关系数矩阵进行乔列斯基分解得到L2；以此式得到相关标准高斯随机场用等概率变换将转换为相关非高斯随机场H
i
(x,y)，为非高斯分布边缘累积分布的逆函数，Φ(
·
)为标准正态分布累积分布函数，框架如附图4所示。目标边坡模型(31)并放置在实验平台(30)上，按照相应数值分布图像对目标边坡模型(31)贴近玻璃板的两侧进行染色。保证可以在装置外侧可以一眼看出模型边坡的土体参数分布。同时，在边坡发生失稳破坏的时候，也可以清晰地观察到不同参数分布区的破坏情况。
[0014]所述的数据采集系统由分布在目标边坡模型(31)中的孔隙水压力传感器(25)、基质吸力传感器(26)、体积含水量传感器(27)、孔隙气体压力传感器(28)、数据线(38)、数据储存器(39)以及在平坦的土面放置的位移量传感器(24)组成。数据采集系统设置于目标边坡模型(31)内。通过目标边坡模型(31)内置于排水系统中。
[0015]本专利技术所述的位移量传感器(24)、孔隙水压力传感器(25)、基质吸力传感器(26)、体积含水量传感器(27)、孔隙气体压力传感器(28)，通过数据线(38)与数据储存器(39)连接各类传感器，保证在边坡发生破坏时对各项数据进行采集并汇总于数据储存器(39)中，方便后续对边坡滑动机理和方式进行分析研究。
[0016]所述的摄像系统包括摄像机Ⅰ(14)、摄像机Ⅱ(15)、摄像机Ⅲ(16)和支撑架(19)。摄像机Ⅱ(15)、摄像机Ⅲ(16)分别放置在排水系统中实验平台(30)的两侧，摄像机Ⅲ(14)放置在支撑架(19)上，该摄像机Ⅲ(14)镜头应正对排水系统中实验平台上放置的目标边坡模型(31)，并通过支撑架(19)与下部的排水系统相连接。
[0017]当实验进行时，摄像系统对目标边坡模型(31)的各种变形变化，特别是发生失稳
破坏时的目标边坡模型(31)状态进行捕捉。
[0018]所述的实验平台(30)由玻璃板Ⅰ(32)、玻璃板Ⅱ(33)、玻璃板Ⅲ(34)、底板(35)、支架Ⅱ(37)组成，底板(34)上放置有目标边坡(31)。
[0019]本专利技术可以调整随机降雨模拟系统来实现降雨的产生和改变，同时通过手动搭建的实验边坡模型，来模拟随机降雨条件下的非均质边坡失稳现象本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种在随机降雨条件下测试非均质边坡失稳的实验装置，其特征是包括供水系统、降雨系统、排水系统、目标边坡模型(31)、数据采集系统、摄像系统、实验平台(30)；所述供水系统包括储水容器(1)、闸门Ⅰ(2)、调速泵(3)、流量计(4)、闸门Ⅱ(5)、输水管道(6)、出水管(17)、入水管(18)；入水管(18)的一端插入储水容器(1)，入水管(18)另一端通过调速泵(3)、流量计(4)、闸门Ⅱ(5)连接到输水管道(6)；闸门Ⅰ(2)一端连接在流量计(4)与闸门Ⅱ(5)之间，闸门Ⅰ(2)的另一端与出水管(17)连接，出水管(17)的另一端插入储水容器(1)中；供水系统通过输水管道(6)与降雨系统相接，通过储水容器(1)与排水系统后端相接；在关闭闸门Ⅱ(5)的情况下，闸门Ⅰ(2)、调速泵(3)、流量计(4)、出水管(17)和入水管(18)形成了一个循环系统；所述的降雨系统包括降雨装置(7)和支架Ⅰ(36)；降雨装置(7)由支架Ⅰ(36)支撑，位于实验平台(30)的正上方，降雨装置(7)通过供水系统的输水管道(6)与供水系统相接；降雨装置(7)包括降雨管道(21)和若干降雨喷头装置(20)，降雨管道(21)与降雨喷头装置(20)相连通，所述的降雨喷头装置(20)由喷灌头(22)与三通水管接头(23)连接而成；所述的排水系统包括缓冲道(8)、拦沙网Ⅰ(9)、过滤池(10)、拦沙网Ⅱ(11)、过水通道(12)、出水口(13)；排水系统位于实验平台(30)的后部，依次由缓冲道(8)、过滤池(10)、过水通道(12)与出水口(13)连接构成；拦沙网Ⅰ(9)与拦沙网Ⅱ(11)分别安装于过滤池(10)的上部和后部...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋水华，张硕，陈东，陈永清，李嵩，黄劲松，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：
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