【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水利和岩土试验，特别涉及模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置及方法。
技术介绍
1、据全国水利普查公报，我国共有水库近10万座，其中许多大型水库坐落于褶皱、断层构造发育，河谷切割强烈的山区，这些水库基岩孕育了大量的历史滑坡。其中不少历史滑坡在库水蓄水后已经发生变形，成为复活型滑坡。随着水库长期运行，受库水涨落和波浪作用的影响，基岩侵蚀不断推进，塌岸也将不断扩展，这不仅导致水土流失和生态环境恶化，还会不断加剧基岩破坏特别是复活型滑坡的复活进程，甚至引发严重的灾难性后果。因此，通过模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置及方法对复活型滑坡开展侵蚀致灾机制研究，并提出有效的防治措施，既是鄂西山区大型水利水电工程安全运行和可持续发展的现实需要，也是我国防灾减灾和环境保护的重大需求。
2、现有的技术，波浪侵蚀试验装置的工作原理是通过波浪发生器产生波浪，通过造波板摆动使箱体内的水体产生波浪冲刷基岩板，形成具有一定规律和能量的波浪，作用于试验模型上；例如cn209471000u公开的一种波浪侵蚀试验装置，它包括试验箱、造波机构和基岩机构，通过在试验箱两端分别设置造波机构和基岩机构，基岩板和造波板位于试验箱的两端的箱体内，通过造波板摆动使箱体内的水体产生波浪冲刷基岩板；该技术基岩底板形态单一，不能对不同滑带形态的滑坡进行模拟；造波单一，不能对不同类型的波浪进行模拟；无消浪装置，不能抵消反射波对试验的影响；变形监测技术简单，不能获取因波浪侵蚀产生的滑坡“点、面、体”综合精确的变形信息；仅能对基岩侵蚀进行模
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置及方法，解决现有技术的基岩板形态单一、造波类型单一、无法抵消试验箱内部反射波对试验影响、变形监测技术简单、仅能对基岩侵蚀进行模拟的问题，实现对滑坡不同滑带形态、不同类型波浪及“侵蚀-塌岸-滑坡”灾害链联动过程的模拟，同时实现对波浪侵蚀产生的滑坡“点、面、体”综合、精确变形信息更精准的采集。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，包括设置在试验箱内部的滑坡模型，试验箱内部两端还分别设置有造波装置和消波装置，造波装置设置在滑坡模型的前端，消波装置设置在滑坡模型的后端，试验箱顶部和外部两侧还设置有拍摄装置，顶部的拍摄装置设置在滑坡模型的前端，此处还并排设置有水体监测装置，滑坡模型包含多级基岩板和基岩板升降装置，试验时，基岩板上依次铺设滑带材料、滑体材料，滑体材料里埋设有若干传感器。
3、优选的方案中，所述试验箱为顶部开口的透明箱体，在滑坡模型区域的箱体为双层玻璃，两层玻璃之间设置有间隙，在造波装置侧的箱体底部设置有注水装置，在消波装置侧的箱体底部设置有排水装置，在试验箱内部消波装置的端部设置有消浪海绵。
4、优选的方案中，所述多级基岩板包含依次顺序铰接的第一基岩板、第二基岩板和第三基岩板，第一基岩板一端升降固定在试验箱顶部框架上，第三基岩板的一端固定在试验箱底部的滑轨上。
5、优选的方案中，所述第一基岩板与第二基岩板，第二基岩板与第三基岩板的连接处分别设置有基岩升降装置。
6、优选的方案中，所述基岩板升降装置包含固定在试验箱顶部的升降转轴，升降转轴和第一基岩板与第二基岩板，第二基岩板与第三基岩板的连接处分别采用钢丝绳连接。
7、优选的方案中，所述造波装置包含活动连接固定在试验箱顶部的第一支撑架，第一支撑架通过升降螺杆与试验箱连接上下升降，第一支撑架固定有驱动电机，驱动电机输出端可拆卸连接传动杆，传动杆一端固定连接有造波板，造波板另一端与第一支撑架铰接。
8、优选的方案中，所述消波装置包含固定在试验箱顶部的第三支撑架，第三支撑架的上表面固定连接有限位槽道，限位槽道上滑动连接有滑动杆，滑动杆的外壁垂直固定连接有第二支撑架，第二支撑架的下表面固定连接有传动螺母，传动螺母螺纹传动连接有滚珠丝杠，滚珠丝杠一端可拆卸连接有伺服电机，伺服电机固定在第三支撑架的外侧面，第二支撑架的下表面固定连接有限位杆，限位杆的下表面固定连接有防水双轴电机，防水双轴电机的两侧输出轴处可拆卸连接消浪滚筒，消浪滚筒另一端通过连接杆与第二支撑架固定。
9、优选的方案中，所述拍摄装置包含设置在试验箱两侧的第一高速运动相机，还包含设置在试验箱顶部滑坡模型的前端的第二高速运动相机。
10、优选的方案中，所述水体监测装置包含流速仪、浊度仪与波高仪，所述若干传感器连接有数据采集仪，共同组成物理量测量系统，数据采集仪连接有用户终端。
11、优选的方案中，所述基岩材料采用可塑自由树脂加热冷却后制成，其具有遇热（80℃以上）变软、遇冷变硬、可上色、化学性质稳定的理化特点，还具有可降解（环保）、整体性好、便于拆卸、可重复塑性使用的优点。
12、采用上述任意一项所述的模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置进行试验的方法，包含如下步骤：
13、step1：参数确定，选定模型试验所要模拟的滑坡，确定其剖面形态、相应库水位置及各种波浪要素，使用量纲分析法确定几何相似比，经过折减后得到模拟滑坡的几何参数、模拟波浪的各类要素和模拟水位高度；
14、step2:滑坡区设备调节，通过转动基岩区升降螺杆调整并固定第一基岩板、转动升降转轴提拉第二基岩板与第三基岩板、移动第三基岩板前部滑杆并固定其位置，调节基岩板整体至接近所要模拟的滑坡基岩形态；
15、step3:造波区设备调试，打开注水装置，关闭出水装置，通过注水装置向试验箱注水直至水位达到模拟水位高度，关闭注水装置，通过转动造波区升降螺杆，升降第一支撑架并带动造波板至合理高度，打开造波区驱动电机并控制转动频率，配合调节造波板高度，使其造出试验模拟波浪；
16、step4:消浪区设备调试，打开消浪区防水双轴电机并控制转动频率，使消浪滚筒向着与波浪相反的方向转动，打开消浪区伺服电机，调整消浪滚筒前后位置，配合消浪海绵，共同抵消自造波区传来的波浪，降低反射波浪对于试验的影响，设备调节完备后，保持基岩板整体形态、造波板及消浪滚筒位置不变，关闭电源，打开出水装置，排净试验箱内水体；
17、step5: 滑坡铺筑与传感器埋设，首先将提前准备好的热塑自由树脂加热，使其变软具有可塑性，然后将其按照已确定的基岩形态铺筑在基岩板上，冷却变硬后即为基岩材料，随后将滑带材料均匀铺设在基岩材料上，约为3mm厚，滑体分层铺筑前，确定每层的材料用量以及铺筑深度，并将润滑材料均匀涂抹于滑坡槽侧壁，减小边界效应，随后将滑体材料分层铺设于已经铺设好的滑带材料上，填筑好一层滑体材料之后用毛刷对其表面进行刮毛处理，防止后续滑体材料分层，随后继续填筑下一层滑体材料，滑体材料铺筑的同时，在设计的位置埋置若干物理量传感器，滑坡模型堆砌好后，将传感器分别与数据本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，包括设置在试验箱（1）内部的滑坡模型（2），其特征在于：试验箱（1）内部两端还分别设置有造波装置（3）和消波装置（4），造波装置（3）设置在滑坡模型（2）的前端，消波装置（4）设置在滑坡模型（2）的后端，试验箱（1）顶部和外部两侧还设置有拍摄装置（5），顶部的拍摄装置（5）设置在滑坡模型（2）的前端，此处还并排设置有水体监测装置（6），滑坡模型（2）包含多级基岩板和基岩板升降装置，试验时，基岩板上依次铺设基岩材料（14）、滑带材料（7）、滑体材料（8），滑体材料里埋设有若干传感器（9）。
2.根据权利要求1所述的模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，其特征在于：所述试验箱（1）为顶部开口的透明箱体，在滑坡模型（2）区域的箱体为双层玻璃，两层玻璃之间设置有间隙，在造波装置（3）侧的箱体底部设置有注水装置（10），在消波装置（4）侧的箱体底部设置有排水装置（11），在试验箱（1）内部消波装置（4）的端部设置有消浪海绵（12）。
3.根据权利要求1所述的模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，
4.根据权利要求3所述的模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，其特征在于：所述第一基岩板（201）与第二基岩板（202），第二基岩板（202）与第三基岩板（203）的连接处分别设置有基岩升降装置。
5.根据权利要求4所述的模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，其特征在于：所述基岩板升降装置包含固定在试验箱（1）顶部的升降转轴（204），升降转轴（204）和第一基岩板（201）与第二基岩板（202），第二基岩板（202）与第三基岩板（203）的连接处分别采用钢丝绳（205）连接。
6.根据权利要求1所述的模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，其特征在于：所述造波装置（3）包含活动连接固定在试验箱（1）顶部的第一支撑架（301），第一支撑架（301）通过升降螺杆与试验箱（1）连接上下升降，第一支撑架（301）固定有驱动电机（302），驱动电机（302）输出端可拆卸连接传动杆（303），传动杆（303）一端固定连接有造波板（304），造波板（304）另一端与第一支撑架（301）铰接。
7.根据权利要求1所述的模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，其特征在于：所述消波装置（4）包含固定在试验箱（1）顶部的第三支撑架（401），第三支撑架（401）的上表面固定连接有限位槽道（402），限位槽道（402）上滑动连接有滑动杆（403），滑动杆（403）的外壁垂直固定连接有第二支撑架（404），第二支撑架（404）的下表面固定连接有传动螺母（405），传动螺母（405）螺纹传动连接有滚珠丝杠（406），滚珠丝杠（406）一端可拆卸连接有伺服电机（407），伺服电机（407）固定在第三支撑架（401）的外侧面，第二支撑架（404）的下表面固定连接有限位杆（408），限位杆（408）的下表面固定连接有防水双轴电机（409），防水双轴电机（409）的两侧输出轴处可拆卸连接消浪滚筒（410），消浪滚筒（410）另一端通过连接杆（411）与第二支撑架（404）固定。
8.根据权利要求1所述的模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，其特征在于：所述拍摄装置（5）包含设置在试验箱（1）两侧的第一高速运动相机（501），还包含设置在试验箱（1）顶部滑坡模型（2）的前端的第二高速运动相机（502）。
9.根据权利要求1所述的模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，其特征在于：所述水体监测装置（6）包含流速仪、浊度仪与波高仪，所述若干传感器（9）连接有数据采集仪（13），共同组成物理量测量系统，数据采集仪（13）连接有用户终端；所述基岩材料（14）采用可塑自由树脂加热冷却后制成。
10.模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程试验方法，其特征在于，采用权利要求1~9任意一项所述的模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，所述方法包含如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，包括设置在试验箱（1）内部的滑坡模型（2），其特征在于：试验箱（1）内部两端还分别设置有造波装置（3）和消波装置（4），造波装置（3）设置在滑坡模型（2）的前端，消波装置（4）设置在滑坡模型（2）的后端，试验箱（1）顶部和外部两侧还设置有拍摄装置（5），顶部的拍摄装置（5）设置在滑坡模型（2）的前端，此处还并排设置有水体监测装置（6），滑坡模型（2）包含多级基岩板和基岩板升降装置，试验时，基岩板上依次铺设基岩材料（14）、滑带材料（7）、滑体材料（8），滑体材料里埋设有若干传感器（9）。
2.根据权利要求1所述的模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，其特征在于：所述试验箱（1）为顶部开口的透明箱体，在滑坡模型（2）区域的箱体为双层玻璃，两层玻璃之间设置有间隙，在造波装置（3）侧的箱体底部设置有注水装置（10），在消波装置（4）侧的箱体底部设置有排水装置（11），在试验箱（1）内部消波装置（4）的端部设置有消浪海绵（12）。
3.根据权利要求1所述的模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，其特征在于：所述多级基岩板包含依次顺序铰接的第一基岩板（201）、第二基岩板（202）和第三基岩板（203），第一基岩板（201）一端升降固定在试验箱（1）顶部框架上，第三基岩板（203）的一端固定在试验箱（1）底部的滑轨上。
4.根据权利要求3所述的模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，其特征在于：所述第一基岩板（201）与第二基岩板（202），第二基岩板（202）与第三基岩板（203）的连接处分别设置有基岩升降装置。
5.根据权利要求4所述的模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，其特征在于：所述基岩板升降装置包含固定在试验箱（1）顶部的升降转轴（204），升降转轴（204）和第一基岩板（201）与第二基岩板（202），第二基岩板（202）与第三基岩板（203）的连接处分别采用钢丝绳（205）连接。
6.根据权利要求1所述的模拟滑坡“侵蚀-塌岸-复活”演化过程的试验装置，其特征在于：所述造波装...
【专利技术属性】
技术研发人员：王力，张晨宇，王世梅，陈勇，范志宏，李泉龙，陈玙珊，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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