[发明专利]一种模拟强风暴雨作用下树根倾倒拔出破坏的模型试验装置

权利要求书

1.一种模拟强风暴雨作用下树根倾倒拔出破坏的模型试验装置，其特征在于:主要包括电脑拉力材料试验机(1)、钢制带孔底板(2)、T字型钢架(3)、滑轮组件(4)、钢丝绳(A1)和钢制模型箱(5)，以及土壤孔隙水压力传感器、土壤含水率传感器、数据采集卡；

所述钢制带孔底板(2)水平放置，其上表面具有若干透水孔；

所述电脑拉力材料试验机(1)包括控制系统、加长吊臂(101)、夹具(102)、立柱(103)和底座(104)；所述底座(104)固定于钢制带孔底板(2)上；所述立柱(103)内部安装有升降机构；所述加长吊臂(101)的一端连接升降机构、另一端安装有夹具(102)；所述升降机构驱动加长吊臂(101)上下移动；所述控制系统控制所述升降机构的升降高度，并控制和记录升降机构对钢丝绳(A1)的拉力；

所述钢制模型箱(5)上下敞口，其下端固定在钢制带孔底板(2)的上表面；

所述钢制模型箱(5)和电脑拉力材料试验机(1)之间是T字型钢架(3)；

所述T字型钢架(3)下端固定在钢制带孔底板(2)的上表面；所述T字型钢架(3)的上端安装有滑轮组件(4)；所述夹具(102)位于滑轮组件(4)的上方；所述滑轮组件(4)面向钢制模型箱(5)；所述钢丝绳(A1)一端被所述夹具(102)夹持，并被所述夹具(102)上、下拉动；所述钢丝绳(A1)的另一端绕过滑轮组件(4)上的定滑轮(401)后，呈水平，并套在模拟树(A)上；

所述钢制模型箱(5)内装填土；所述模拟树(A)植入填土中；

钢制模型箱(5)布置有若干个土壤孔隙水压力传感器，若干个土壤含水率传感器和数据采集卡；所述土壤孔隙水压力传感器插入钢制模型箱(5)前后侧壁的孔中，土壤含水率传感器插入钢制模型箱(5)左右侧壁的孔中，于试验过程中记录读取相关孔隙水压力变化和含水率变化情况。

2.根据权利要求1所述的一种模拟强风暴雨作用下树根倾倒拔出破坏的模型试验装置，其特征在于：所述立柱(103)和底座(104)，以及立柱(103)上的升降机构共同组成单轴拉伸试验机。

3.根据权利要求1所述的一种模拟强风暴雨作用下树根倾倒拔出破坏的模型试验装置，其特征在于：所述T字型钢架(3)包括翼缘部(301)、腹板部(302)和底板(303)；所述底板(303)固定于钢制带孔底板(2)的上表面；所述翼缘部(301)和腹板部(302)相互垂直；所述翼缘部(301)和腹板部(302)的下端固定于底板(303)；所述腹板部(302)面向模拟树(A)；所述滑轮组件(4)包括定滑轮(401)和支架(402)；所述支架(402)一端固定于腹板部(302)、另一端安装定滑轮(401)。

4.根据权利要求1所述的一种模拟强风暴雨作用下树根倾倒拔出破坏的模型试验装置，其特征在于：所述钢制模型箱(5)由四个侧面围成；四个面侧板均有打孔，供土壤孔隙水压力传感器和土壤含水率传感器插入测量。

5.根据权利要求1或4所述的一种模拟强风暴雨作用下树根倾倒拔出破坏的模型试验装置，其特征在于：钢制模型箱(5)外设有四个土壤孔隙水压力传感器、四个土壤含水率传感器和数据采集卡；

土壤孔隙水压力传感器插入钢制模型箱(5)前后侧壁的孔中，土壤含水率传感器插入钢制模型箱(5)左右侧壁的孔中。

6.根据权利要求5所述的一种模拟强风暴雨作用下树根倾倒拔出破坏的模型试验装置，其特征在于：所述钢制模型箱(5)内装填土，经环刀法测定过原位土壤密实度，土壤进行分层装填，共计四层；装填过程中，于模型箱中央埋入直径为模拟树(A)后继续装填。

7.根据权利要求1所述的一种模拟强风暴雨作用下树根倾倒拔出破坏的模型试验装置，其特征在于：所述电脑拉力材料试验机(1)做匀速向上拉拔，记录拉拔位移，拉拔力以及拉拔过程时间。

8.一种采用1～7任意一项权利要求所述试验装置的模拟强风暴雨作用下树根倾倒拔出破坏试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按试验要求定制微电脑拉力材料试验机(1)，土壤孔隙水压力传感器，土壤含水率传感器和数据采集卡；

2)按设计尺寸制作钢制带孔底板(2)，T字型钢架(3)，滑轮组件(4)以及钢制模型箱(5)，将以上设备通过螺栓或夹具固定，完成仪器组装；

3)将土壤装填至钢制模型箱(5)内，对土壤进行分层装填，共计四层，装填过程中，于模型箱中央埋入模拟树(A)后继续装填；装填完成后，采用夹具将模拟树(A)连接钢丝绳(A1)；装填完成后，静置12小时；

4)将土壤孔隙水压力传感器和土壤含水率传感器分别插入箱体的孔中，连接数据采集卡，开始记录数据；

5)通过微电脑拉力材料试验机(1)施加向上拉拔力，通过滑轮组件(4)将拉拔力由竖向改为横向施加在树根上，同时数据采集卡记录过程中的孔隙水压力的变化情况；

6)直至树根完全倾倒破坏后停止试验；

7)通过加水的方式，改变土壤含水率，模拟暴雨过后的不同含水率土壤，挖出填土，重复步骤3)～6)，进行多组拉拔试验；

8)保存实验数据，关闭微电脑拉力材料试验机(1)，整理试验器材；得到树根拉拔破坏的位移-拉力、时间-拉力和位移-时间曲线图，同时数据采集卡中读取不同土壤的含水率及拔出过程中的孔隙水压力变化。