一种实时量测地下水无压入渗条件下填方坡体滑坡滑动过程的模型试验装置

本发明属于地质工程滑坡模型试验装置，具体是指一种实时量测地下水无压入渗条件下填方坡体滑坡滑动过程的模型试验装置。

背景技术：

1、随着世界人口的不断增长、人类活动空间范围的逐渐扩展、以技术和经济条件为支撑的工程活动对地质环境扰动程度的不断加大，加之受到全球气候变化等因素的影响，滑坡灾害，尤其是大型滑坡灾害发生频率越来越高，所造成的经济损失和人员伤亡也不断加大。到目前为止，全球范围内凡是有人类居住和工程活动的山岭地区，几乎都有滑坡灾害发生，成为各灾种中频度最高、损失最大的地质灾害类型。

2、关于滑坡的发生原因众多，目前国内外学者们研究较多的有降雨型滑坡、地震型滑坡、库水位涨落型滑坡、振动荷载型滑坡和多条件耦合型滑坡。相对来说，地下水入渗型滑坡单一研究较少。其中，模型试验研究相对较少，大多为数值模拟研究，在地下水渗流作用下，坡体下滑力增加，导致边坡稳定性系数逐渐降低，进而使得边坡失稳发生破坏。

3、随着西部大开发进程的推进，大型工程项目如机场建设、公路铁路等地面交通网的铺设和高层次傍山别墅园区修筑在黄土地区的开展日益增多，为了在有限的空间得到足够的可利用面积，逐渐开始了大范围的挖山造城、填沟造地，使得黄土填方边坡大量出现。但是，在工程建设过程中也出现了一系列新的灾患问题。填方边坡滑坡的失稳模式和破坏机理的研究亦成为了工程地质领域中的热点、难点和重点。

4、结合目前研究现状，对于地下水入渗致使填方边坡发生破坏的研究还较为缺乏。其中，关于地下水无压入渗条件下填方边坡滑坡的破坏模式、演化过程和失稳机理等方面的系统研究较少。因此，深入研究地下水无压入渗条件下填方边坡滑坡的破坏模式、演化过程和失稳机理等对滑坡预测和防治具有重要的理论和现实意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：

2、缺少地下水无压入渗条件下填方边坡滑坡的破坏模式、演化过程和失稳机理等方面的系统研究装置。

3、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种实时量测地下水无压入渗条件下填方坡体滑坡滑动过程的模型试验装置，包括顶部和前端开口的透明模型箱体，箱体尾部设蓄水系统；蓄水系统渗水孔面与模型箱体底面呈55°角，该斜面模拟原始边坡与填方边坡交界面；在模型箱体内部设体积含水率传感器、孔隙水压力传感器、基质吸力传感器和位移传感器；体积含水率传感器、孔隙水压力传感器、基质吸力传感器和位移传感器与数据采集系统连接。

4、所述模型箱体由底板与箱体两侧的有机玻璃板组成，有机玻璃板外侧设钢架。

5、所述模型箱体尾部设有顶部开口的一个水箱，水箱两侧设有距箱底相同高度的阀门。

6、所述渗水孔面位于原始边坡和填方边坡模拟交界面上，与其合为一体。

7、所述模型箱体底部设地下水回收槽。

8、所述蓄水系统包括位于箱体尾部的非密闭水箱、水箱两侧的阀门、渗水孔面、给水箱注水的供水管，供水管另一端连接自来水龙头。

9、所述体积含水率传感器、孔隙水压力传感器、基质吸力传感器垂直布置三层，分别埋设于坡体上、中、下三部分；位移传感器埋设于坡顶。

10、所述试验装置还包括piv测量系统和三维激光测量系统。

11、所述piv测量系统包括硬件系统和软件系统，其中硬件系统主要由光源、相机、图像采集及后处理设备组成；三维激光测量系统包括硬件系统和软件系统，其中硬件系统主要有光源、相机、三维激光扫描仪组成。

12、如上所述的模型试验装置的试验方法，包括以下步骤：

13、(1)安装好模型试验装置，在模型箱体侧面依次画上坡面线、埋设测量仪器的层面线；

14、(2)将配好的土体分层填筑进模型箱体至坡面线，当填筑至埋设测量仪器的层面线时，埋设测量仪器；

15、(3)削坡并调整坡表与模型箱底面角度至预定角度；

16、(4)启动蓄水系统与数据采集系统，开始试验。

17、采用上述结构本发明取得的有益效果如下：

18、1、本发明试验装置可以对无压入渗条件下填方坡体滑坡的滑动过程进行模拟，能实时地量测初始滑坡时间、滑坡破坏演化过程；

19、2、本发明试验装置可以对无压入渗条件下填方坡体滑坡演化的过程进行控制，细化研究不同演化阶段的滑坡形态及其演化规律；

20、3、本发明试验装置可以对地下水无压入渗条件下不同水位高度引起的滑坡进行模拟，对比研究不同水位高度引起的滑坡形态及其演化规律；

21、4、本发明试验装置可以对无压入渗条件下不同坡体规模引起的滑坡进行模拟，对比研究不同坡体规模引起的滑坡形态及其演化规律；

22、5、本发明试验装置布置有体积含水率传感器、孔隙水压力传感器、基质吸力传感器以及位移传感器，能实时、精确地量测土体的体积含水率、孔隙水压力、基质吸力以及位移；

23、6、本发明模型试验装置操作方便，涉及的仪器构造简单，可调性强，易于掌握。

技术特征：

1.一种实时量测地下水无压入渗条件下填方坡体滑坡滑动过程的模型试验装置，其特征在于：包括顶部和前端开口的透明模型箱体，箱体尾部设蓄水系统；蓄水系统包括渗水孔面，所述渗水孔面与模型箱体底面呈55°角，所述渗水孔面模拟原始边坡与填方边坡交界面；在模型箱体内部设体积含水率传感器、孔隙水压力传感器、基质吸力传感器和位移传感器；体积含水率传感器、孔隙水压力传感器、基质吸力传感器和位移传感器与数据采集系统连接。其特征在于所述模型箱体由底板与箱体两侧的有机玻璃板组成，有机玻璃板外侧设钢架。，水箱两侧设有距箱底相同高度的阀门。

2.如权利要求1所述的模型试验装置，其特征在于所述渗水孔面位于原始边坡和填方边坡模拟交界面上，与其合为一体。

3.如权利要求1所述的模型试验装置，其特征在于所述模型箱体底部设地下水回收槽。

4.如权利要求1所述的模型试验装置，其特征在于所述蓄水系统包括位于箱体尾部的非密闭水箱、水箱两侧的阀门、渗水孔面、给水箱注水的供水管，供水管另一端连接自来水龙头。

5.如权利要求1所述的模型试验装置，其特征在于所述体积含水率传感器、孔隙水压力传感器、基质吸力传感器垂直布置三层，分别埋设于坡体上、中、下三部分；位移传感器埋设于坡顶。

6.如权利要求1所述的模型试验装置，其特征在于所述试验装置还包括piv测量系统和三维激光测量系统。

7.如权利要求6所述的模型试验装置，其特征在于所述piv测量系统包括硬件系统和软件系统，其中硬件系统主要由光源、相机、图像采集及后处理设备组成；三维激光测量系统包括硬件系统和软件系统，其中硬件系统主要有光源、相机、三维激光扫描仪组成。

8.如权利要求1-7任一项所述的模型试验装置的试验方法，其特征在于包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种实时量测地下水无压入渗条件下填方坡体滑坡滑动过程的模型试验装置，包括顶部和前端开口的透明模型箱体，箱体尾部设蓄水系统；蓄水系统包含的渗水孔面与模型箱体底面呈55°角，该斜面模拟原始边坡与填方边坡交界面；在模型箱体内部设体积含水率传感器、孔隙水压力传感器、基质吸力传感器和位移传感器；体积含水率传感器、孔隙水压力传感器、基质吸力传感器和位移传感器与数据采集系统连接。本发明能够实现地下水无压入渗条件下不同水位高度对滑坡的破坏模式、初始滑坡时间、滑坡破坏演化过程等进行室内模型试验研究。技术研发人员：张硕,吴嘉绪,姜彤,张翰清,张昕,潘旭威,贾艳昌受保护的技术使用者：华北水利水电大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10