[发明专利]侧向非均匀加载条件下降雨边坡模型实验装置和方法

说明书

本发明提供了侧向非均匀加载条件下降雨边坡模型试验装置和方法，装置包括模型箱、置于模型箱左侧的侧向非均匀加载系统和置于模型箱顶部的降雨系统。侧向非均匀加载系统中的压板的下端铰接于试验箱底部上，上端左侧与安装在油缸支座上的油缸活塞铰接，在液压设备推动活塞运动的作用下，可以控制压板绕下端连杆支座转动。侧向非均匀加载方式实现了边坡变形过程中上部位移大、下部位移小的特点，较真实地模拟了边坡实际变形特征。通过同时实现降雨和侧向非均匀加载模拟，从而可以测试在不同降雨类型和不同侧向非均匀加载条件下边坡变形量、入渗深度和滑动面位置。有效解决了目前人工模拟降雨试验中外部影响因素单一和不符合边坡实际变形的问题。

技术领域

本发明属于岩土工程测试技术领域，具体涉及一种侧向非均匀加载条件下降雨边坡模型实验装置，该装置用于边坡工程领域中在侧向非均匀加载条件下降雨边坡的模型试验研究。

背景技术

滑坡是一种常见的地质灾害，其频发性与严重性惊人。我国是一个多山国家，滑坡频繁，给工农业生产以及人民生活造成巨大损失，有的甚至是毁灭性的灾难。滑坡研究一直是灾害领域的研究重点，而降雨是诱发滑坡的主要因素之一。深入研究降雨条件下边坡失稳规律对滑坡灾害预测和防治具有重要的理论意义和工程实用价值。而室外现场试验通常受场地、天气条件以及人为因素等影响，成本较大且费时较长；室内边坡模型试验具有成本低和易操作性等优点，是揭示滑坡形成机理及规律的重要方法，可直观的观测到边坡变形破坏过程，为滑坡研究提供了重要依据。

目前，国内外降雨滑坡模型装置功能比较单一，大多数装置无法实现多种因素对边坡稳定的影响。在对现有的边坡降雨模型进行破坏试验时，所考虑的外部影响因素并不全面，其忽略了自然界中边坡由于侧向荷载产生的侧向位移。而忽略了侧向位移的降雨边坡模型试验，所得出的试验数据是不全面的，因为边坡的稳定性必然受到侧向位移的影响。因此，有必要将产生的侧向位移考虑到边坡模型试验中，以提高边坡稳定性研究的可靠性。

在对单一的加载试验装置的改进实践过程中，也出现了一些实现侧向加载的设计，但大多都是对模型边坡一侧土体采用整体均匀加载而使边坡产生相同的变形位移，不符合边坡变形的实际情况。对于边坡降雨试验，虽然已有一些人工模拟降雨系统，但存在支架固定难以调节、动能与天然降雨差异大和降雨强度不易调控等问题。

发明内容

本发明的目的是解决目前边坡降雨模型试验中外部影响因素单一、模拟不符合边坡实际变形特征、支架固定难以调节、动能与实际降雨差异大以及降雨强度不易调控等问题。

为此，本发明提供了一种侧向非均匀加载条件下降雨边坡模型实验装置，包括模型箱，模型箱是由侧板、正面板、挡板和背面板首尾相接围绕成的立方箱体，模型箱的底部是底板，顶部敞口，还包括降雨模拟系统和侧向非均匀加载系统，降雨模拟系统安装在模型箱的顶部，侧向非均匀加载系统由位于模型箱外的液压设备、油缸支座以及位于模型箱内的压板组成，液压设备通过压力胶管与油缸支座连接，油缸支座安装在侧板的外壁上，油缸支座上的活塞穿过侧板伸入模型箱内与压板的上端铰接，压板的下端与连杆支座铰接，连杆支座安装在侧板的下端，连杆支座和活塞均与压板的同一面铰接并牵拉压板，使压板面向挡板呈倾斜状置于模型箱内，压板与挡板相对的一面均匀间隔固定有多个电阻式微型土压力计，电阻式微型土压力计连接着电阻应变测试仪。

所述底板上焊接着立方形的金属框架，侧板、正面板、挡板和背面板固定贴合在金属框架的四个面，四个板与金属框架之间的缝隙采用密封胶填充，正面板和背面板之间设有竖向支撑，竖向支撑焊接在金属框架上，所述正面板采用钢化玻璃制成，在正面板上设有坐标网格。

所述降雨模拟系统包括槽钢、降雨支架、供水管路、水箱、电磁管路开关、稳压器、水表以及电动流量调节阀；

槽钢通过螺栓固定扣在金属框架的顶部，降雨支架焊接在槽钢的背面，供水管路固定设置在降雨支架顶部，供水管路上等间距开设有若干个喷孔，供水管路的末端连接着水泵，水泵伸入水箱内，电磁管路开关、稳压器、水表以及电动流量调节阀依次串接在供水管路上，电磁管路开关设在靠近水泵一端。