地质灾害模型试验装置

本技术涉及用于教学与科研的模型试验装置，具体是一种用于模拟滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的模型试验装置。

背景技术：

1、崩塌、滑坡、泥石流三种地质灾害之间的联系十分密切，崩塌与滑坡常常相伴而生，易于发生崩塌、滑坡的区域也容易发生泥石流。形成泥石流的必要条件是固体物质和充足的水源，崩塌、滑坡为泥石流提供了固体物质的来源，当水源充足时，发生崩塌、滑坡的区域就有可能演变为泥石流。探究多因素作用下滑坡、崩塌的特征及形成机理，并对滑坡、崩塌演化为泥石流的过程进行分析，结合防治手段提前做出应对措施，是地质灾害领域的主要研究方向。复杂地形条件面临恶劣天气时，往往会同时出现两种或两种以上的地质灾害，因此模拟复杂地形条件下的地质灾害之间相互转化的情况，以及多种地质灾害综合作用下的防治措施非常必要。

2、地质灾害研究方法主要有现场试验、模型试验和数值模拟。现场试验得到的数据最为准确，但对于开展崩塌、滑坡这类大型试验，现场试验成本极高、实施难度大且具有一定的风险，得到的结果仅能反应崩塌、滑坡等在特定条件下的特征，不具备推广性。数值模拟可模拟各种复杂的地形地貌，同时考虑多种因素的影响，但建立的模型是简化后的模型，模型中所取的许多参数是理想值，导致模拟得到的结果与实际情况之间存在差异。模型试验可以弥补上述两种方法的不足，准确地将场地的真实地形地貌体现出来，且场地较小、成本可控，数据采集难度不高，所得试验结果较为可靠，更适用于滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的研究。

3、对模型试验装置进行设计时，需充分考虑可能引起地质灾害的不利因素，包括地形地貌、岩性、构造条件、诱发条件，同时根据场地特征布置拦挡、排水设施，获取场地在不同诱发条件下形成的灾害类型以及演变情况，并利用拦挡装置实现对灾害的有效防治。现有模型试验装置功能较为单一、灵活性较差，无法模拟复杂的地形地貌以及多种地质灾害同时出现的情况，且对于出现的灾害没有考虑到拦挡的布置，对地质灾害的研究不够充分和严谨。

技术实现思路

1、本实用新型提供一种地质灾害模型试验装置，目的是在考虑坡度、降雨量、地貌条件、岩崩释放高度等多因素的条件下研究地质灾害的形成、演变和拦挡全过程。

2、本实用新型采用的技术方案是：地质灾害模型试验装置，包括斜坡模拟装置、滚石释放装置、降雨模拟装置和拍摄装置；斜坡模拟装置包括至少两段支撑架，支撑架的高度可调，各段支撑架首尾相连，每段支撑架的顶部分别设置倾斜布置的底板，相邻两段支撑架的底板之间铰接并形成斜坡，斜坡的坡顶固定设置顶挡板，斜坡的两侧分别固定设置侧挡板，斜坡沿坡向设置至少两组防护网安装孔，至少一组防护网安装孔处安装有防护网，斜坡的坡底设置沿坡向依次设置集水槽和底挡板，顶挡板、侧挡板和集水槽围成的区域为填土区，填土区内还设置至少一个安装于底板或侧挡板的应变传感器和含水率传感器，底板位于填土区的一侧可拆卸安装至少一个竖向布置的立桩；滚石释放装置包括支架，支架的顶部固定安装箱体，箱体的底部为可以打开与关闭的箱底，箱体设置控制箱底打开的控制器，支架布置于斜坡的坡顶侧，并且箱体的箱底的正下方为斜坡的坡顶；降雨模拟装置包括支撑框架和喷头，支撑框架包括两列竖向支撑，每列竖向支撑的顶部通过纵梁相连，两根纵梁之间通过至少两根横梁相连，水管沿支撑框架布置并形成管网，管网设置至少一个阀门，横梁的底部安装至少两个喷头，各个喷头分别与管网相连；拍摄装置至少两套，其中一套布置于斜坡模拟装置的坡底侧，另一套布置于斜坡模拟装置的一侧。

3、为了便于采集数据，进一步的是：地质灾害模型试验装置还包括数据收集系统，应变传感器和含水率传感器均与数据收集系统电连接，防护网和底挡板分别设置冲击力传感器并均与数据收集系统电连接。

4、为了便于调整各段斜坡的倾斜程度，具体的：支撑架设置竖向伸缩的液压装置。

5、为了尽量降低斜坡的高度，进而降低试验的风险，进一步的是：位置最低的支撑架的底板的最低侧与支撑架下端处于同一平面。

6、为了便于观察填土区在试验期间的变化，进一步的是：至少一块底板和/或至少一块侧挡板为透明材质。

7、为了便于立桩的拆装和调整，从而模拟具有不同植被覆盖率的斜坡地貌，进一步的是：底板设置贯穿孔，贯穿孔内固定设置竖向布置的套管，套管的管壁设置螺孔并设置锁紧螺栓，套管的中心线与锁紧螺栓的中心线垂直，锁紧螺栓位于底板背对填土区的一侧，立桩位于套管内并通过锁紧螺栓紧固。

8、为了模拟滚石从不同的高度下落，进一步的是：滚石释放装置的支架为伸缩式支架。

9、为了便于降雨模拟装置的移动，进一步的是：支撑框架的竖向支撑的底部设置滚轮。

10、为了保证降雨模拟装置具有足够的水压，进一步的是：降雨模拟装置还包括水泵，水泵的出水管与管网的进水端相连。

11、为了便于调整喷头的高度，从而提高喷淋的均匀性，进一步的是：支撑框架的竖向支撑还设置竖向伸缩的液压装置。

12、本实用新型的有益效果是：在斜坡模拟装置的填土区内堆放一定厚度的土体，通过控制不同位置的土体厚度，或者通过调整底板的倾斜程度，可以模拟不同坡度的斜坡。底板设置底板位于填土区的一侧布置立桩，立柱可以模拟树木，从而模拟具有树木的斜坡地貌。降雨过程中，不同位置、不同深度的土体的变形以及含水率可通过应变传感器和含水率传感器进行获取。降雨模拟装置通过多个喷头模拟降雨，降雨量可调可控。滚石释放装置的箱体用于释放滚石，每次既可以释放一块滚石，也可以释放多块滚石，滚石的释放高度也可以通过支架的高度进行调整。拍摄装置可以对灾害形成、演变、拦挡的全过程进行记录。地质灾害模型试验装置可以在坡度、降雨量、地貌条件、岩崩释放高度等多因素的条件下研究地质灾害的形成、演变和拦挡全过程。

技术特征：

1.地质灾害模型试验装置，其特征在于：包括斜坡模拟装置、滚石释放装置、降雨模拟装置和拍摄装置(4)，斜坡模拟装置包括至少两段支撑架(11)，支撑架(11)的高度可调，各段支撑架(11)首尾相连，每段支撑架(11)的顶部分别设置倾斜布置的底板(12)，相邻两段支撑架(11)的底板(12)之间铰接并形成斜坡，斜坡的坡顶固定设置顶挡板(13)，斜坡的两侧分别固定设置侧挡板(14)，斜坡沿坡向设置至少两组防护网安装孔，至少一组防护网安装孔处安装有防护网(16)，斜坡的坡底设置沿坡向依次设置集水槽(15)和底挡板(17)，顶挡板(13)、侧挡板(14)和集水槽(15)围成的区域为填土区，填土区内还设置至少一个安装于底板(12)或侧挡板(14)的应变传感器(18)和含水率传感器(19)，底板(12)位于填土区的一侧可拆卸安装至少一个竖向布置的立桩；

2.如权利要求1所述的地质灾害模型试验装置，其特征在于：还包括数据收集系统(5)，应变传感器(18)和含水率传感器(19)均与数据收集系统(5)电连接，防护网(16)和底挡板(17)分别设置冲击力传感器并均与数据收集系统(5)电连接。

3.如权利要求1所述的地质灾害模型试验装置，其特征在于：支撑架(11)设置竖向伸缩的液压装置。

4.如权利要求1所述的地质灾害模型试验装置，其特征在于：位置最低的支撑架(11)的底板(12)的最低侧与支撑架(11)下端处于同一平面。

5.如权利要求1所述的地质灾害模型试验装置，其特征在于：至少一块底板(12)和/或至少一块侧挡板(14)为透明材质。

6.如权利要求1所述的地质灾害模型试验装置，其特征在于：底板(12)设置贯穿孔，贯穿孔内固定设置竖向布置的套管(6)，套管(6)的管壁设置螺孔并设置锁紧螺栓(7)，套管(6)的中心线与锁紧螺栓(7)的中心线垂直，锁紧螺栓(7)位于底板(12)背对填土区的一侧，立桩位于套管(6)内并通过锁紧螺栓(7)紧固。

7.如权利要求1所述的地质灾害模型试验装置，其特征在于：滚石释放装置的支架(21)为伸缩式支架。

8.如权利要求1所述的地质灾害模型试验装置，其特征在于：支撑框架(31)的竖向支撑的底部设置滚轮。

9.如权利要求1所述的地质灾害模型试验装置，其特征在于：降雨模拟装置还包括水泵(35)，水泵(35)的出水管与管网(33)的进水端相连。

10.如权利要求1所述的地质灾害模型试验装置，其特征在于：支撑框架(31)的竖向支撑还设置竖向伸缩的液压装置。

技术总结本技术公开了一种地质灾害模型试验装置，涉及一种用于教学与科研的模型试验装置，目的是考虑坡度、降雨量、地貌条件、岩崩释放高度等多因素的条件下研究地质灾害的形成、演变和拦挡全过程。本技术采用的技术方案是：地质灾害模型试验装置，包括斜坡模拟装置、滚石释放装置、降雨模拟装置和拍摄装置，斜坡模拟装置包括至少两段支撑架，各段支撑架首尾相连，支撑架的顶部设置倾斜布置的底板并形成斜坡，斜坡的倾斜度可调，顶挡板、侧挡板和集水槽在斜坡围成填土区，填土区内设置应变传感器和含水率传感器，底板位于填土区的一侧安装立桩；滚石释放装置用于释放滚石，降雨模拟装置用于模拟降雨，拍摄装置用于记录滑坡灾害的形成与发育过程。技术研发人员：胡宁,孙刚臣,刘锋,任国帅,梁衍照受保护的技术使用者：桂林理工大学技术研发日：20230919技术公布日：2024/5/10