【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地质灾害模型试验，尤其涉及一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置。
技术介绍
1、随着我国基础建设的大规模开展，特别是山区高速公路建设日益发展。由于我国山区地形陡峭,地势变化复杂,由此产生许多公路滑坡。受复杂地形地貌特征、地层岩性、地质构造、地下水等水文地质条件以及施工带来的各种扰动等因素影响，山区公路滑坡易发育不同深度的多层滑带。因此，开展具有多层滑带的公路滑坡模型试验，研究其滑坡演化机理，对于提高工程决策的准确性以及开展公路滑坡灾害防治工程具有积极意义。
2、2024年5月1日2时10分许，广东省梅州市梅大高速茶阳路段发生塌方灾害，受灾路面塌方长约17.9米，面积约184.3平方米，并导致车辆陷落和大量人员伤亡。经调查研究发现，该灾害发生的原因主要包括：灾前持续强降雨，为后续强势汇流提供不间断水源条件与灾害区域的地形地势形成强势汇流条件共同构成促使灾害发生的“强水”条件。灾害发生路段地层抗风化能力较差，透水性良好，易形成一定厚度的饱水带或高含水率的“弱土”层带。两种因素耦合共同促成本次公路滑坡灾害的发生。
3、以梅大高速塌方灾害为代表，一旦灾害遭遇交通流量洪峰时段，势必造成群死群伤的惨痛后果，对社会经济发展和人民生命财产安全造成极其不利的影响。因此，开展室内公路滑坡的模拟模型试验对于防治复杂公路滑坡灾害具有重要意义。目前已有模型试验装置模拟滑坡没有考虑公路滑坡的特定诱发条件，且滑坡模型多为单层滑带滑坡，忽略了公路滑坡往往发育多层滑带的特点。
技术
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置。本专利技术通过构造边坡模型设置多层滑带滑坡结构，可实现模拟公路多层滑带滑坡分级滑动过程：浅层滑带饱水液化发生滑动，导致中层滑带上方滑体处于临空状态，两相受力状态，易受到浅层滑带上方滑体的牵引作用发生滑动，深层滑带上方滑体也易受到中层滑带上方滑体的牵引发生滑动。本专利技术可有效模拟了坡面汇流过程，可对道路滑坡进行模拟。
2、进一步地，所述模型箱体采用透明有机玻璃拼合而成。
3、本专利技术的技术方案是：一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，包括模型箱体、边坡模型、汇流组件、公路组件、降雨组件以及监测系统，汇流组件设置于公路组件上，公路组件设置于所述边坡模型上方，边坡模型、汇流组件、公路组件安装于模型箱体内部，降雨组件与模型箱体相连；其特征在于：边坡模型包括滑床、多层滑带和多个滑体，所述多层滑带由上至下依次包括浅层滑带、中层滑带和深层滑带，所述多个滑体由上至下依次包括浅层滑带上方滑体、中层滑带上方滑体和深层滑带上方滑体；浅层滑带上方滑体安装在浅层滑带上，中层滑带上方滑体安装在浅层滑带与中层滑带之间，深层滑带上方滑体安装在中层滑带与深层滑带；所述深层滑带由两段组成，上段占滑带总长度的1/4填充卵石，下段占滑带总长度的3/4填充粘土和玻璃珠混合物；所述中层滑带由两段组成，上段占滑带总长度的1/4填充卵石，下段占滑带总长度的3/4填充粘土和玻璃珠混合物；所述浅层滑带采用粉质粘土和碎石混合制成；所述浅层滑带上方滑体采用采用泥岩碎块和粉质粘土堆填；所述中层滑带上方滑体采用粘土堆填而成；所述深层滑带上方滑体由粘土堆填而成。
4、根据如上所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：模型箱体采用透明有机玻璃材料，滑床采用混凝土浇筑而成。
5、根据如上所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：所述汇流组件包括两块底部平板、挡水板、中轴、折叠囊、支架；两块底部平板对称连接于中轴上，可绕中轴转动，挡水板固定于底部平板远离中轴的一侧，支架用于支撑两块底部平板，通过调节高度模拟不同坡度的坡面；折叠囊固定于两块底部平板底端，用于截挡倒流的汇流水。
6、根据如上所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：公路组件包括透水板、两个不透水板、伸缩杆、底座、边沟、卡槽；所述透水板通过卡槽连接于两个不透水板中间；两个不透水板连接伸缩杆，所述伸缩杆连接底座，底座铺设在边坡模型上；边沟底面采用可渗水材料，边沟设置于公路组件靠近汇流组件的一侧且与深层滑带相接。
7、根据如上所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：降雨组件包括喷淋架、回收管、第一注水管、第二注水管、喷淋管道、喷头、第一阀门、第二阀门、变频器、第一流量计、第二流量计、回收槽、水槽、第一泵、第二泵和第三泵；所述喷淋架安装于模型箱体顶部，喷淋架上铺设喷淋管道，喷淋管道下方安装喷头；所述注水管a连接喷淋管道，注水管a上连接有第一阀门、第一流量计和第一泵，第一泵与变频器电性相连；所述注水管b连接喷淋管道，第二注水管上连接有第二阀门、第二流量计和第二泵，第二泵与变频器电性相连；第一注水管、第二注水管远离喷淋管道的一侧连接水槽，水槽还连接回收管，回收管上安装有第三泵，回收管远离水槽的一侧连接回收槽；回收槽固定于边坡模型坡脚处用于回收试验用水。
8、根据如上所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：监测系统包括连接于数据采集器的高速摄像机、三维激光扫描仪、孔隙水压力传感器和土壤水分传感器；孔隙水压力传感器置于边坡模型的滑带内部，用于测量边坡模型滑带的孔隙水压力，孔隙水压力传感器与数据采集器相连；土壤水分传感器置于边坡模型的滑带内部，用于测量边坡模型滑带的含水率，所述土壤水分传感器与数据采集器相连；数据采集器用于接收孔隙水压力传感器和土壤水分传感器监测到的数据信息并记录；所述高速摄像机固定于边坡模型前侧的模型箱体上，用于监测滑坡变形，高速摄像机与计算机相连。
9、根据如上所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：深层滑带的厚度为3cm；中层滑带的厚度为3cm；浅层滑带的厚度为2cm。
10、根据如上所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：中层滑带上方滑体和深层滑带上方滑体粘土颗粒之间具有高度的吸附力和聚结力且颗粒直径小于0.002毫米。
11、根据如上所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：降雨组件设置可独立控制的a组、b组，a组用于控制模拟坡面汇流，b组用于控制模拟滑坡区域降雨过程；a组喷淋后水降落至汇流组件上形成坡面汇流，b组喷淋后水降落至公路组件由透水板入渗到中层滑带。
12、根据如上所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：试验时，通过以下步骤进行：
13、s1：搭建模型箱体并连接降雨组件。
14、s2：制作边坡模型：采用混凝土浇筑滑床，滑床上铺设深层滑带；深层滑带上层采用粘土堆填深层滑带上方滑体；深层滑带上方滑体上方铺设中层滑带；中层滑带上方采用粘土堆填中层滑带上方滑体；中层滑带上方滑体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，包括模型箱体、边坡模型、汇流组件、公路组件、降雨组件以及监测系统，汇流组件设置于公路组件上，公路组件设置于所述边坡模型上方，边坡模型、汇流组件、公路组件安装于模型箱体内部，降雨组件与模型箱体相连；其特征在于：边坡模型包括滑床、多层滑带和多个滑体，所述多层滑带由上至下依次包括浅层滑带、中层滑带和深层滑带，所述多个滑体由上至下依次包括浅层滑带上方滑体、中层滑带上方滑体和深层滑带上方滑体；浅层滑带上方滑体安装在浅层滑带上，中层滑带上方滑体安装在浅层滑带与中层滑带之间，深层滑带上方滑体安装在中层滑带与深层滑带；所述深层滑带由两段组成，上段占滑带总长度的1/4填充卵石，下段占滑带总长度的3/4填充粘土和玻璃珠混合物；所述中层滑带由两段组成，上段占滑带总长度的1/4填充卵石，下段占滑带总长度的3/4填充粘土和玻璃珠混合物；所述浅层滑带采用粉质粘土和碎石混合制成；所述浅层滑带上方滑体采用采用泥岩碎块和粉质粘土堆填；所述中层滑带上方滑体采用粘土堆填而成；所述深层滑带上方滑体由粘土堆填而成。
2.根据权利要求1所述的一种降雨及坡
3.根据权利要求1所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：所述汇流组件包括两块底部平板、挡水板、中轴、折叠囊、支架；两块底部平板对称连接于中轴上，可绕中轴转动，挡水板固定于底部平板远离中轴的一侧，支架用于支撑两块底部平板，通过调节高度模拟不同坡度的坡面；折叠囊固定于两块底部平板底端，用于截挡倒流的汇流水。
4.根据权利要求1所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：公路组件包括透水板、两个不透水板、伸缩杆、底座、边沟、卡槽；所述透水板通过卡槽连接于两个不透水板中间；两个不透水板连接伸缩杆，所述伸缩杆连接底座，底座铺设在边坡模型上；边沟底面采用可渗水材料，边沟设置于公路组件靠近汇流组件的一侧且与深层滑带相接。
5.根据权利要求1所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：降雨组件包括喷淋架、回收管、第一注水管、第二注水管、喷淋管道、喷头、第一阀门、第二阀门、变频器、第一流量计、第二流量计、回收槽、水槽、第一泵、第二泵和第三泵；所述喷淋架安装于模型箱体顶部，喷淋架上铺设喷淋管道，喷淋管道下方安装喷头；所述注水管a连接喷淋管道，注水管a上连接有第一阀门、第一流量计和第一泵，第一泵与变频器电性相连；所述注水管b连接喷淋管道，第二注水管上连接有第二阀门、第二流量计和第二泵，第二泵与变频器电性相连；第一注水管、第二注水管远离喷淋管道的一侧连接水槽，水槽还连接回收管，回收管上安装有第三泵，回收管远离水槽的一侧连接回收槽；回收槽固定于边坡模型坡脚处用于回收试验用水。
6.根据权利要求1所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：监测系统包括连接于数据采集器的高速摄像机、三维激光扫描仪、孔隙水压力传感器和土壤水分传感器；孔隙水压力传感器置于边坡模型的滑带内部，用于测量边坡模型滑带的孔隙水压力，孔隙水压力传感器与数据采集器相连；土壤水分传感器置于边坡模型的滑带内部，用于测量边坡模型滑带的含水率，所述土壤水分传感器与数据采集器相连；数据采集器用于接收孔隙水压力传感器和土壤水分传感器监测到的数据信息并记录；所述高速摄像机固定于边坡模型前侧的模型箱体上，用于监测滑坡变形，高速摄像机与计算机相连。
7.根据权利要求1所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：深层滑带的厚度为3cm；中层滑带的厚度为3cm；浅层滑带的厚度为2cm。
8.根据权利要求1所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：中层滑带上方滑体和深层滑带上方滑体粘土颗粒之间具有高度的吸附力和聚结力且颗粒直径小于0.002毫米。
9.根据权利要求5所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：降雨组件设置可独立控制的a组、b组，a组用于控制模拟坡面汇流，b组用于控制模拟滑坡区域降雨过程；a组喷淋后水降落至汇流组件上形成坡面汇流，b组喷淋后水降落至公路组件由透水板入渗到中层滑带。
10.根据权利要求1所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：试验时，通过以下步骤进行：
...【技术特征摘要】
1.一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，包括模型箱体、边坡模型、汇流组件、公路组件、降雨组件以及监测系统，汇流组件设置于公路组件上，公路组件设置于所述边坡模型上方，边坡模型、汇流组件、公路组件安装于模型箱体内部，降雨组件与模型箱体相连；其特征在于：边坡模型包括滑床、多层滑带和多个滑体，所述多层滑带由上至下依次包括浅层滑带、中层滑带和深层滑带，所述多个滑体由上至下依次包括浅层滑带上方滑体、中层滑带上方滑体和深层滑带上方滑体；浅层滑带上方滑体安装在浅层滑带上，中层滑带上方滑体安装在浅层滑带与中层滑带之间，深层滑带上方滑体安装在中层滑带与深层滑带；所述深层滑带由两段组成，上段占滑带总长度的1/4填充卵石，下段占滑带总长度的3/4填充粘土和玻璃珠混合物；所述中层滑带由两段组成，上段占滑带总长度的1/4填充卵石，下段占滑带总长度的3/4填充粘土和玻璃珠混合物；所述浅层滑带采用粉质粘土和碎石混合制成；所述浅层滑带上方滑体采用采用泥岩碎块和粉质粘土堆填；所述中层滑带上方滑体采用粘土堆填而成；所述深层滑带上方滑体由粘土堆填而成。
2.根据权利要求1所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：模型箱体采用透明有机玻璃材料，滑床采用混凝土浇筑而成。
3.根据权利要求1所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：所述汇流组件包括两块底部平板、挡水板、中轴、折叠囊、支架；两块底部平板对称连接于中轴上，可绕中轴转动，挡水板固定于底部平板远离中轴的一侧，支架用于支撑两块底部平板，通过调节高度模拟不同坡度的坡面；折叠囊固定于两块底部平板底端，用于截挡倒流的汇流水。
4.根据权利要求1所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：公路组件包括透水板、两个不透水板、伸缩杆、底座、边沟、卡槽；所述透水板通过卡槽连接于两个不透水板中间；两个不透水板连接伸缩杆，所述伸缩杆连接底座，底座铺设在边坡模型上；边沟底面采用可渗水材料，边沟设置于公路组件靠近汇流组件的一侧且与深层滑带相接。
5.根据权利要求1所述的一种降雨及坡面汇流诱发公路多层滑带滑坡的模型试验装置，其特征在于：降雨组件包括喷淋架、回收管、第...
【专利技术属性】
技术研发人员：温韬，孙新爽，陈宁生，贾文君，王艳昆，
申请(专利权)人：长江大学，
类型：发明
国别省市：
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