[实用新型]超重力多雨强边坡降雨模拟装置

说明书

本实用新型涉及岩土试验技术，旨在提供一种超重力多雨强边坡降雨模拟装置。包括安装在超重力离心机上的模型箱，在模型箱中设有边坡模型和降雨系统，后者包括相对于边坡模型表面布置的若干组喷嘴；每组喷嘴均由空气雾化喷嘴、圆形雾化喷嘴和方形雾化喷嘴组成，且三个喷嘴以其对称中心构成三角形的方式布局；每种喷嘴按其类型分别接至三根输水支管，在各输水支管上设有电控阀门。本实用新型解决了现有超重力试验中降雨强度无法大范围调节的问题，并兼顾了超重力试验对雨滴粒径以及降雨均匀性等方面的要求。

技术领域

本实用新型是关于岩土试验技术，特别涉及一种超重力环境下可模拟多种雨强的降雨装置。

背景技术

超重力试验是岩土工程领域重要的试验手段之一。超重力试验通过离心机高速旋转产生的离心力模拟超重力，利用超重力的“缩尺”和“缩时”效应在短时间内模拟体量较大、耗时较长的岩土工程灾害，具有较好的相似性。试验过程中要求精确控制降雨量及降雨均匀性，同时要求在一次试验内实现多种雨强，用于研究小雨浸润、中雨入渗、大雨冲刷等多种雨强组合致使边坡变形失稳的过程。

目前使用的超重力降雨装置通常采用一种降雨喷嘴，只能模拟一定雨强范围的雨况，无法满足复杂降雨条件的实验需求。此外，超重力环境下雨滴降落受到科氏力作用，影响降雨均匀性响，也是在超重力试验中亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型要决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种超重力多雨强边坡降雨模拟装置。

为解决技术问题，本实用新型的解决方案如下：

提供一种超重力多雨强边坡降雨模拟装置，包括安装在超重力离心机上的模型箱，在模型箱中设有边坡模型和降雨系统，后者包括相对于边坡模型表面布置的若干组喷嘴；每组喷嘴均由空气雾化喷嘴、圆形雾化喷嘴和方形雾化喷嘴组成，且三个喷嘴以其对称中心构成三角形的方式布局；每种喷嘴按其类型分别接至三根输水支管，在各输水支管上设有电控阀门。

本实用新型中，所述若干组喷嘴均匀布置在模型箱中，且相邻各组喷嘴的喷射范围之间具有重叠交叉区域；在同一喷射高度上，重叠区域占各组喷嘴覆盖范围的15～25％。

本实用新型中，各组喷嘴与边坡模型表面之间的距离保持一致。

本实用新型中，所述喷嘴装于喷淋管道末端，通过其接至输水支管；喷淋管道垂直于边坡模型的底边且具有伸缩机构，能够调整喷嘴与边坡模型表面之间的距离。

本实用新型中，所述降雨系统包括连接各输水支管的输水总管，在输水总管上设置三通电磁阀、减压阀和旋转接头，模型箱中的降雨系统通过输水总管上的旋转接头与外部供水管相接。

本实用新型中，所述减压阀前后设置引水管，引水管端部连接水压传感器。

本实用新型中，所述三通电磁阀的一个出口端连接至泄压管路。

本实用新型中，所述各组喷嘴在模拟箱中以正方形布局方式构成。

实用新型原理描述：

(一)实现多种降雨强度的模拟

如图1所示，在离心机旋转过程中，建立随动坐标系：设切向为x方向，顺臂向为y方向，天地向为z方向，设“雨滴”从喷头喷出时速度v方向与xy平面夹角为α，速度v在xy平面上的投影与x轴夹角为β。

在超重力离心模拟环境中，为满足相似律要求，在Ng的超重力下，雨滴模型的粒径应缩尺为原型的1/N，根据不同N值条件下原型雨滴粒径与模型雨滴粒径之间关系的计算结果以及不同型号的喷嘴模型可模拟的模型雨滴粒径范围实验结果得出图2在多个N值条件下不同型号喷嘴可模拟雨滴粒径范围的关系。