【技术实现步骤摘要】
本技术涉及地质灾害模型试验领域，特别涉及一种物理模型试验装置及方法。
技术介绍
1、高速铁路建设是优化我国运输结构、顺应时代形势的必然选择，对完善我国综合交通运输体系、促进交通运输提质增效升级、引领和支撑国土开发和城镇建设具有重要意义。同时，在高铁建设过程中，不可避免要穿越一些地质条件复杂的区域，典型的如泥岩等软岩路段，路基岩体不仅要受到开挖卸荷效应的影响，而且还要遭受水、大气及地应力、静荷载、动荷载等因素的耦合作用。泥岩的工程性能差，强度低、遇水易软化崩解、吸水后呈现一定的膨胀性，松弛特性显著。尤为重要的是，与常规普速列车不同，高速列车安全运行对路基的变形控制要求尤为重要的是，且高速列车安全运行对路基的变形控制要求更为严格，而且无砟轨道对路基上拱变形调节的空间十分有限，仅4.0mm以内。近年来，泥岩地区部分高速铁路路段，如兰新高铁、西城高铁、成贵高铁、成渝高铁等的开挖路堑及隧道路基出现了明显的上拱变形，严重影响高速铁路的正常运行。
2、目前，泥岩高铁路基的持续上拱变形问题研究，已经成为岩土工程和相关领域关注的热点。泥岩含有蒙脱石等亲水性黏土矿物，遇水膨胀是导致路基上拱变形的主要因素之一，因此系统深入的研究原状泥岩的膨胀量、膨胀率和渗透性是解决高速铁路路基上拱的核心问题。
3、在高铁路基泥岩的膨胀方面，一些学者针对泥岩膨胀变形的监测提出了一些实验装置。例如cn108801873b公开了一种高铁不同上覆荷载及可变水压下膨胀土渗透仪及其使用方法，包括侧限约束均匀渗透模块、竖向加载模块、可变水压加水模块、支撑模
4、例如cn110333334a公开了一种模拟填方工程界面浸水变形失稳的物理模型试验装置，模型箱前侧设有开口玻璃窗，用于观察模型箱内的状况；模型箱用于填充试验材料，试验材料包括梯形状岩石、黄土、重塑土和水；喷淋控制组件用于模拟模型箱内的降水情况和地下水入渗情况；温度控制组件用于控制黄土的温度和模拟填方工程时的温度；数据采集系统用于采集试验数据；控制模块用于连接各个组件；本技术的喷淋控制系统通过模拟降雨喷头、模拟地下水入渗喷头与电动球阀可根据实际情况调整降雨量与地下水水位上升量；该装置用喷淋控制主件可以较好地模拟降雨，但使用喷淋控制主件来模拟地下水入渗不妥当，与实际工程中地下水的入渗存在一定区别，会对试验结果造成影响。
5、综上所述，现有装置部分存在以下问题：（1）均未考虑动荷载的影响，路基泥岩膨胀导致的铁轨上拱变形，动荷载也是重要影响因素；（2）考虑了地下水以及静荷载共同作用下的路基泥岩膨胀变形，未考虑多因素耦合作用下泥岩的膨胀变形；（3）地下水入渗装置不能较好地模拟实际工程中地下水的入渗，会对试验结果造成影响；（4）部分试验装置的适用范围较小，不能满足其他种类的土样的试验需要，列如黏土、粉土等；（5）适用的工况较单一，无法进行多工况的试验，列如泥岩的蠕变。
技术实现思路
1、本技术所要解决的技术问题是提供一种物理模型试验装置，对降雨量和库水位变化对阶跃型滑坡变形的影响进行实景模拟实验和数据采集，为研究阶跃型滑坡的发展及防灾减灾工作的提前预防提供了理论支撑。
2、为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：一种物理模型试验装置，包括设置在反力架内部的降雨模拟装置，还包括设置在反力架内部的地下水渗水装置、位移采集单元、湿度及膨胀力测量单元和加载装置，地下水渗水装置设置在反力架底部，地下水渗水装置内部设置有位移采集单元，顶部设置有降雨模拟装置、湿度及膨胀力测量单元和加载装置，地下水渗水装置和降雨模拟装置的进水端分别连接有供水装置，位移采集单元、湿度及膨胀力测量单元与用户终端数据相连。
3、优选的方案中，所述供水装置包含高置的水箱，水箱上设置有刻度，水箱底部设置有供水管，供水管连通地下水渗水装置底部，供水管上设置有水箱开关。
4、优选的方案中，所述反力架包含底座，底座两侧固定有一组立柱，一组立柱的顶部刚性固定有横梁。
5、优选的方案中，所述地下水渗水装置包含透明的模型箱，模型箱包括底板，底板固定在反力架的底座上，且底板的尺寸小于底座的尺寸，底板一周设置有侧板，供水管连通侧板底部的进水管给地下水渗水装置供水，模型箱另一侧侧板上设置有排水管，排水管上设置有排水阀门。
6、优选的方案中，所述地下水渗水装置还包含固定在模型箱内底板上的渗水管，渗水管包含一根纵管和若干与纵管连通的横管，纵管和横管上密设有若干渗水孔，纵管的进、出水端分别连通模型箱进水管和排水管，底板上设置有纵横交错的空腔，渗水管卡装在空腔内，采用管夹和螺栓固定在底板上，模型箱内底板和一周侧板上铺设有土工布，土工布盖在渗水管上，在土工布上铺设砂石，砂石铺设模型箱底部、渗水管之外的空地，不高于渗水管顶部，砂石之上再铺设泥岩。
7、优选的方案中，所述湿度及膨胀力测量单元包括土压力盒和湿度传感器，土压力盒和湿度传感器分别埋设模型箱内部的泥岩里，埋设深度和位置根据实验要求来设定，土压力盒连接有应力采集仪，应力采集仪连通用户终端，湿度传感器通过数传协议与用户终端进行无线通讯连接。
8、优选的方案中，所述加载装置包括固定在横梁下平面上的调整垫块，调整垫块正下方固定有加载机构，模型箱内部泥岩上放置有加载板，加载板顶部刚性固定有加厚板，下部固定有加劲肋，加载板上密设有若干孔洞，加载机构放置在加厚板顶部中间。
9、优选的方案中，所述包含固定在模型箱一周侧板上的若干铁片，铁片，磁力底座的末端固定有电子千分表，千分表数据线连通用户终端，千分表的测头触压在加载板上平面。
10、优选的方案中，所述降雨模拟装置包括放置在底座上、包覆住地下水渗水装置模型箱的支撑框架，支撑框架上刚性固定有若干横杆，横杆上固定有喷淋管，喷淋管上设置有若干雾化喷头，在喷淋管进水端的水管上依次设置有阀门和电子流量计，水管连通有喷淋供水系统，电子流量计数据线连通用户终端。
11、本技术所提供的一种物理模型试验装置，具有如下有益效果：
12、1、本技术降雨模拟装置的设计，可以调节降雨量的大小，在满足试验需求的同时能够较好得模拟出真实的降雨情况，同时可以实时采集降雨量数据，为后续的研究提供第一手资料；
13、2、本技术用户终端与各检测器具的连通，实现了数据的自动采集和监测，减少了实验人员的收集、监测工作，同时避免了人为失误带来的误差，提高了数据的精准度，从而最终保证了试验结果的准本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种物理模型试验装置，包括设置在反力架内部的降雨模拟装置，其特征在于：还包括设置在反力架内部的地下水渗水装置、位移采集单元、湿度及膨胀力测量单元和加载装置，地下水渗水装置设置在反力架底部，地下水渗水装置内部设置有位移采集单元，顶部设置有降雨模拟装置、湿度及膨胀力测量单元和加载装置，地下水渗水装置和降雨模拟装置的进水端分别连接有供水装置，位移采集单元、湿度及膨胀力测量单元与用户终端（19）数据相连。
2.根据权利要求1所述的一种物理模型试验装置，其特征在于：所述供水装置包含高置的水箱（1），水箱（1）上设置有刻度，水箱（1）底部设置有供水管（3），供水管（3）连通地下水渗水装置底部，供水管（3）上设置有水箱开关（2）。
3.根据权利要求2所述的一种物理模型试验装置，其特征在于：所述反力架包含底座（31），底座（31）两侧固定有一组立柱（22），一组立柱（22）的顶部刚性固定有横梁（17）。
4.根据权利要求3所述的一种物理模型试验装置，其特征在于：所述地下水渗水装置包含透明的模型箱，模型箱包括底板（30），底板（30）固定在反力架的底座（31
5.根据权利要求4所述的一种物理模型试验装置，其特征在于：所述地下水渗水装置还包含固定在模型箱内底板（30）上的渗水管（27），渗水管（27）包含一根纵管和若干与纵管连通的横管，纵管和横管上密设有若干渗水孔（32），纵管的进、出水端分别连通模型箱进水管（26）和排水管（25），底板（30）上设置有纵横交错的空腔（28），渗水管（27）卡装在空腔（28）内，采用管夹（33）和螺栓固定在底板（30）上，模型箱内底板（30）和一周侧板（21）上铺设有土工布（20），土工布（20）盖在渗水管（27）上，在土工布（20）上铺设砂石（29），砂石（29）铺设模型箱底部、渗水管（27）之外的空地，不高于渗水管（27）顶部，砂石（29）之上再铺设泥岩（16）。
6.根据权利要求5所述的一种物理模型试验装置，其特征在于：所述湿度及膨胀力测量单元包括土压力盒（13）和湿度传感器（14），土压力盒（13）和湿度传感器（14）分别埋设模型箱内部的泥岩（16）里，埋设深度和位置根据实验要求来设定，土压力盒（13）连接有应力采集仪，应力采集仪连通用户终端（19），湿度传感器（14）通过数传协议与用户终端（19）进行无线通讯连接。
7.根据权利要求5所述的一种物理模型试验装置，其特征在于：所述加载装置包括固定在横梁（17）下平面上的调整垫块（10），调整垫块（10）正下方固定有加载机构（11），模型箱内部泥岩（16）上放置有加载板（18），加载板（18）顶部刚性固定有加厚板（34），下部固定有加劲肋（36），加载板（18）上密设有若干孔洞（35），加载机构（11）放置在加厚板（34）顶部中间。
8.根据权利要求7所述的一种物理模型试验装置，其特征在于：所述包含固定在模型箱一周侧板（21）上的若干铁片（4），铁片（4)上吸附有磁力底座（5），磁力底座（5）的末端固定有电子千分表（8），千分表（8）数据线连通用户终端（19），千分表（8）的测头触压在加载板（18）上平面。
9.根据权利要求5所述的一种物理模型试验装置，其特征在于：所述降雨模拟装置包括放置在底座（31）上、包覆住地下水渗水装置模型箱的支撑框架（23），支撑框架（23）上刚性固定有若干横杆（15），横杆（15）上固定有喷淋管（9），喷淋管（9）上设置有若干雾化喷头（12），在喷淋管（9）进水端的水管上依次设置有阀门（6）和电子流量计（7），水管连通有喷淋供水系统，电子流量计（7）数据线连通用户终端（19）。
...【技术特征摘要】
1.一种物理模型试验装置，包括设置在反力架内部的降雨模拟装置，其特征在于：还包括设置在反力架内部的地下水渗水装置、位移采集单元、湿度及膨胀力测量单元和加载装置，地下水渗水装置设置在反力架底部，地下水渗水装置内部设置有位移采集单元，顶部设置有降雨模拟装置、湿度及膨胀力测量单元和加载装置，地下水渗水装置和降雨模拟装置的进水端分别连接有供水装置，位移采集单元、湿度及膨胀力测量单元与用户终端（19）数据相连。
2.根据权利要求1所述的一种物理模型试验装置，其特征在于：所述供水装置包含高置的水箱（1），水箱（1）上设置有刻度，水箱（1）底部设置有供水管（3），供水管（3）连通地下水渗水装置底部，供水管（3）上设置有水箱开关（2）。
3.根据权利要求2所述的一种物理模型试验装置，其特征在于：所述反力架包含底座（31），底座（31）两侧固定有一组立柱（22），一组立柱（22）的顶部刚性固定有横梁（17）。
4.根据权利要求3所述的一种物理模型试验装置，其特征在于：所述地下水渗水装置包含透明的模型箱，模型箱包括底板（30），底板（30）固定在反力架的底座（31）上，且底板（30）的尺寸小于底座（31）的尺寸，底板（30）一周设置有侧板（21），供水管（3）连通侧板（21）底部的进水管（26）给地下水渗水装置供水，模型箱另一侧侧板（21）上设置有排水管（25），排水管（25）上设置有排水阀门（24）。
5.根据权利要求4所述的一种物理模型试验装置，其特征在于：所述地下水渗水装置还包含固定在模型箱内底板（30）上的渗水管（27），渗水管（27）包含一根纵管和若干与纵管连通的横管，纵管和横管上密设有若干渗水孔（32），纵管的进、出水端分别连通模型箱进水管（26）和排水管（25），底板（30）上设置有纵横交错的空腔（28），渗水管（27）卡装在空腔（28）内，采用管夹（33）和螺栓固定在底板（30）上，模型箱内底板（30）和一周侧板（...
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