阅读说明：本技术 一种降雨诱发土质滑坡的野外模拟试验系统 (Rainfall-induced soil landslide field simulation test system ) 是由 张明 张晨阳 陈钱 李成文 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种降雨诱发土质滑坡的野外模拟试验系统,包括试验斜坡体、加载装置、人工降雨模拟系统、数据采集系统和集水系统,坡顶段上设有集水区流量模拟装置,加载装置位于集水区流量模拟装置前方,人工降雨装置均匀地分布在坡面段上,数据采集系统位于坡面段内部,集水沟渠均位于坡面段上,蓄水池位于坡底段内,集水沟渠分别连接蓄水池。本发明的有益效果：本发明通过在试验斜坡体上分别设置集水区流量模拟装置、加载装置、人工降雨装置、集水系统和人工开挖裂缝等,以模拟土质滑坡的多种致灾因素,并通过数据采集系统实时获取试验过程中多种参数的变化数据,从而为土质滑坡失稳机制的研究,提供全面、有效和可靠的原位模拟系统。(The invention provides a rainfall induced soil landslide field simulation test system which comprises a test slope body, a loading device, an artificial rainfall simulation system, a data acquisition system and a water collection system, wherein a water collection area flow simulation device is arranged on a slope top section, the loading device is positioned in front of the water collection area flow simulation device, the artificial rainfall devices are uniformly distributed on the slope surface section, the data acquisition system is positioned inside the slope surface section, water collection channels are all positioned on the slope surface section, a reservoir is positioned in a slope bottom section, and the water collection channels are respectively connected with the reservoir. The invention has the beneficial effects that: the invention respectively arranges the water collecting area flow simulation device, the loading device, the artificial rainfall device, the water collecting system, the artificial crack excavation and the like on the test slope body to simulate various disaster-causing factors of the soil landslide, and obtains the change data of various parameters in the test process in real time through the data acquisition system, thereby providing a comprehensive, effective and reliable in-situ simulation system for the research of the soil landslide instability mechanism.)

一种降雨诱发土质滑坡的野外模拟试验系统

技术领域

本发明涉及地质灾害技术领域，尤其涉及一种降雨诱发土质滑坡的野外模拟试验系统。

背景技术

滑坡灾害对人类社会生活的影响已经成为了一个不容忽视的难题，已经成为了仅次于地震灾害的第二大自然灾害。在我国，由于特殊的气象条件和地质条件，滑坡地质灾害分布广泛，活动强烈，危害严重。调查资料显示我国东南沿海地区90％的滑坡由降雨诱发，认识降雨诱发滑坡机理一直是滑坡灾害研究领域中的难点问题，同时是制约灾害有效防治和预测警报的瓶颈。多年来，国内外对滑坡灾害的失稳机理做了大量的研究工作，其中获取滑坡失稳过程及失稳机制的主要手段为数值模拟、室内模型试验和原位试验。其中，数值模拟和室内模型试验的试验条件与真实情况有所区别，具有较强的假设性，因此获取的试验结果与真实情况存在一定的差异。采用原位试验的手段，可以真实而有效的获取滑坡失稳过程中各参数的变化特征，可深入且有效地揭示滑坡失稳机制。

目前，传统的降雨诱发滑坡原位模拟系统，一般包括边坡、供水系统、供电系统、降雨模拟装置、数据监测系统、控制系统等几个模块。这类降雨诱发滑坡原位模拟试验系统存在以下两个方面的不足：

土质滑坡的失稳致灾因素主要包括且不限于降雨强度、雨型、降雨历时、后缘拉裂隙、滑坡所处集水区的面积、后缘加载等，但一般的滑坡原位模拟系统仅能模拟降雨强度、降雨历时、降雨类型等几种致灾因素。

土质滑坡的失稳过程中，获取颗粒级配、入渗率、体积含水率、基质吸力、孔隙水压力和位移等参数是研究其失稳机制的重要前提，而传统的滑坡原位模拟系统一般仅能获取体积含水率、孔隙水压力和位移等参数，在分析滑坡的失稳机制的过程中，具有较强的局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种降雨诱发土质滑坡的野外模拟试验系统。

本发明的实施例提供一种降雨诱发土质滑坡的野外模拟试验系统，包括试验斜坡体，及设置在所述试验斜坡体上的加载装置、人工降雨模拟系统、数据采集系统和集水系统，所述试验斜坡体包括依次连接的坡顶段、坡面段和坡底段，所述坡顶段上设有集水区流量模拟装置，所述加载装置位于所述集水区流量模拟装置前方，所述加载装置包括沙石袋、承压板和测力计，所述沙石袋放置在所述承压板上方，所述承压板压在所述坡顶段上，且所述测力计位于所述承压板与所述坡顶段的接触处，所述人工降雨模拟系统包括水箱、水泵和若干个人工降雨装置，所述水箱连接所述水泵，所述水泵通过管道分别连接各所述人工降雨装置，且各所述人工降雨装置均匀地分布在所述坡面段上，所述数据采集系统位于所述坡面段内部，所述集水系统包括若干集水沟渠和蓄水池，各所述集水沟渠均位于所述坡面段上，所述蓄水池位于所述坡底段内，各所述集水沟渠分别连接所述蓄水池，所述蓄水池内设有水位计，所述集水区流量模拟装置用于控制所述试验斜坡体上方的集水区汇入所述坡面段的水流量，所述加载装置用于模拟加载对滑坡的作用，所述人工降雨模拟系统用于在所述试验斜坡体上进行人工降雨以模拟实际的降雨，所述数据采集系统用于采集试验过程中所述坡面段内的参数变化数据，所述集水系统用于收集流出所述试验斜坡体的地表径流量，并测量流入所述集水系统的地表径流量。

进一步地，所述试验斜坡体的两侧均设有防渗漏挡板，所述防渗漏挡板用于防止入渗至所述试验斜坡体内的雨水不发生侧向流失。

进一步地，所述数据采集系统包括多个孔隙水压力传感器、多个体积含水率传感器、多个基质吸力传感器和多个测斜仪，各所述孔隙水压力传感器、各所述体积含水率传感器、各所述基质吸力传感器和各所述测斜仪分别位于所述坡面段内部的不同深度处，且各所述孔隙水压力传感器、各所述体积含水率传感器、各所述基质吸力传感器和各所述测斜仪均连接数据采集中心。

进一步地，每一所述人工降雨装置均包括分水器和若干降雨喷头，所述分水器通过管道分别连接各所述降雨喷头，且每一所述降雨喷头的所述管道内均设有一电动球阀，所述电动球阀用于控制所述降雨喷头的出水量。

进一步地，还包括监测摄像装置，所述监测摄像装置位于所述坡顶段或所述坡面段或坡底段上，所述监测摄像装置用于实时获取试验过程中的影像并记录试验全程影像。

进一步地，所述坡顶段与所述坡面段连接处设有人工开挖裂缝，所述人工开挖裂缝横向贯通试验斜坡体，所述人工开挖裂缝用于模拟实际滑坡后方的张拉裂缝。

进一步地，所述坡面段上设有若干雨量计，各所述雨量计分别位于所述降雨喷头的下方，所述雨量计用于监测所述人工降雨装置的实时降雨量。

进一步地，每一所述人工降雨装置还包括快速立杆，所述快速立杆用于支撑所述降雨喷头。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种降雨诱发土质滑坡的野外模拟试验系统通过在所述试验斜坡体上设置所述集水区流量模拟装置，可模拟滑坡所处集水区的面积对其失稳的影响；通过设置所述加载装置，可模拟后缘加载对滑坡失稳的影响；通过设置所述人工降雨装置和所述集水系统，可模拟降雨强度、雨型和降雨时间对滑坡失稳的影响；通过设置所述人工开挖裂缝，可模拟降雨条件下，裂隙对滑坡失稳的影响；并通过所述数据采集系统实时获取试验过程中多种参数的变化数据，包括颗粒级配、入渗率、体积含水率、基质吸力、孔隙水压力和位移。从而能够为土质滑坡失稳机制的研究，提供全面、有效和可靠的原位模拟系统。

附图说明

图1是本发明一种降雨诱发土质滑坡的野外模拟试验系统的结构示意图。

图2是图1中人工降雨模拟系统41的结构示意图。

图中：1-试验斜坡体，11-坡顶段，12-坡面段，13-坡底段，2-集水区流量模拟装置，21-支管，3-加载装置，31-沙石袋，32-承压板，33-测力计，4-人工降雨模拟系统，41-水箱，42-水泵，43-人工降雨装置，43a-分水器，43b-降雨喷头，43c-电动球阀，43d-快速立杆，5-数据采集系统，51-孔隙水压力传感器，52-体积含水率传感器，53-基质吸力传感器，54-测斜仪，6-集水系统，61-集水沟渠，62-蓄水池，63-水位计，7-监测摄像装置，8-人工开挖裂缝，9-雨量计。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种降雨诱发土质滑坡的野外模拟试验系统，包括试验斜坡体1，及设置在所述试验斜坡体1上的加载装置3、人工降雨模拟系统4、数据采集系统5和集水系统6。

所述试验斜坡体1包括依次连接的坡顶段11、坡面段12和坡底段13，本实施例中所述试验斜坡体1的纵向宽度不小于4.5m，且所述坡面段12的横向长度不小于4m，所述试验斜坡体1的两侧均设有防渗漏挡板(附图中为示出)，所述防渗漏挡板用于防止入渗至所述试验斜坡体1内的雨水不发生侧向流失，以确保所述试验斜坡体1内岩土体的水文地质条件相对独立，本实施例中所述防渗漏挡板为薄铁皮，其预埋深度不小于1m。

为了避免所述试验斜坡体1与实际滑坡原型在相似比选取上造成的误差，试验选点直接在研究区典型土质斜坡体上开展，且所述试验斜坡体1的选取应该考虑到地形地貌及滑坡岩土体性质，以便于开展试验场地布置工作，确保试验成功开展，选取所述试验斜坡体1的应具有以下特点：

a、试验对象为土质滑坡，坡面倾角在10°-15°之间，滑体的厚度为2m-4m，滑动面为残积土与基岩交界面；

b、地下水不丰富，在强降雨条件下，滑坡地下水的变化较大；

c、周围水源丰富，便于试验用水的及时供给；

d、周围没有潜在危害对象，试验场地后方需要有平缓的空地，便于试验开展。

所述坡顶段11上设有集水区流量模拟装置2，所述集水区流量模拟装置2用于控制所述试验斜坡体1上方的集水区汇入所述坡面段12的水流量，本实施例中所述集水区流量模拟装置2包括支管21，所述支管21上设有多处出水口，各所述出水口均对着所述坡面段12，且各所述出水口的出水量可根据降雨强度、降雨时间及所述试验斜坡体1所处汇水区面积等进行调节和控制。

所述加载装置3位于所述集水区流量模拟装置2前方，所述加载装置3包括沙石袋31、承压板32和测力计33，所述沙石袋31放置在所述承压板32上方，所述承压板32压在所述坡顶段11上，且所述测力计33位于所述承压板32与所述坡顶段11的接触处，所述加载装置3用于模拟加载对滑坡的作用，以研究后缘堆载对斜坡失稳机制的影响，本实施例中所述加载装置3对所述试验斜坡体1的压力可通过所述沙石袋31进行调整，且所述压力可通过所述测力计33读出，从而可方便分析出后缘堆载对斜坡失稳机制的影响规律。

请参考图1和图2，所述人工降雨模拟系统4包括水箱41、水泵42和若干个人工降雨装置43，所述水箱41连接所述水泵42，所述水泵42通过管道分别连接各所述人工降雨装置43，且各所述人工降雨装置43均匀地分布在所述坡面段12上，所述人工降雨模拟系统4用于在所述试验斜坡体1上进行人工降雨以模拟实际的降雨，本实施例中各所述人工降雨装置43组成的降雨范围与所述坡面段12的范围相同，同时为保证实验过程中水量充足，所述人工降雨模拟系统4至少包括四个所述水箱41，每一所述水箱41一次至少可蓄水2吨。

每一所述人工降雨装置43均包括分水器43a、若干降雨喷头43b和快速立杆43d，所述分水器43a通过管道分别连接各所述降雨喷头43b，各所述降雨喷头43b分别通过所述快速立杆43d固定在所述坡面段12，且每一所述降雨喷头43b的所述管道内均设有一电动球阀43c，所述电动球阀43c用于控制所述降雨喷头43b的出水量，本实施例中所述坡面段12上设有若干雨量计9，各所述雨量计9分别位于所述降雨喷头43b的下方，所述雨量计9用于监测所述人工降雨装置43的实时降雨量，以监测降雨量的大小。

所述数据采集系统5位于所述坡面段12内部，所述数据采集系统5包括多个孔隙水压力传感器51、多个体积含水率传感器52、多个基质吸力传感器53和多个测斜仪54，各所述孔隙水压力传感器51、各所述体积含水率传感器52、各所述基质吸力传感器53和各所述测斜仪54分别位于所述坡面段12内部的不同深度处，且各所述孔隙水压力传感器51、各所述体积含水率传感器52、各所述基质吸力传感器53和各所述测斜仪54均连接数据采集中心，所述数据采集系统5用于采集试验过程中所述坡面段12内的参数变化数据，具体的，所述孔隙水压力传感器51用于获取试验过程中所述坡面段12内部不同深度的孔隙水压力数据，所述体积含水率传感器52用于获取试验过程中所述坡面段12内部不同深度的体积含水率数据，所述基质吸力传感器53用于获取试验过程中所述坡面段12内部不同深度的基质吸力数据，所述测斜仪54用于获取试验过程中所述坡面段12内部不同深度的位移数据，本实施例中可用洛阳铲在所述坡面段12上打出四处5米深的钻孔，然后分别在每一所述钻孔内的不同深度处设置所述孔隙水压力传感器51或所述体积含水率传感器52或所述基质吸力传感器53或所述测斜仪54，如可分别在每一钻孔内的0.3m、1m、2m、3m、4m、5m处分别设置所述孔隙水压力传感器51或所述体积含水率传感器52或所述基质吸力传感器53或所述测斜仪54，同样也可根据实际需要在同一所述钻孔内的不同深度处设置所述孔隙水压力传感器51或所述体积含水率传感器52或所述基质吸力传感器53或所述测斜仪54，且本实施例中的所述数据采集中心可对各所述孔隙水压力传感器51、各所述体积含水率传感器52、各所述基质吸力传感器53和各所述测斜仪54的采集频率和时间进行设定，并对体积含水率、深部位移、基质吸力以及孔隙水压力的数据进行储存和简单处理。

所述集水系统6包括若干集水沟渠61和蓄水池62，各所述集水沟渠61均位于所述坡面段12上，所述蓄水池62位于所述坡底段13内，各所述集水沟渠61分别连接所述蓄水池62，所述蓄水池62内设有水位计63，所述集水系统6用于收集流出所述试验斜坡体1的地表径流量，并测量流入所述集水系统6的地表径流量，本实施例中可通过对所述集水区流量模拟装置2的出水量、所述人工降雨模拟系统4的降雨量和所述集水系统6的集水量的复合运算，来获取试验过程中所述坡面段12的降雨的实时入渗率，同时可通过取样器采集试验过程中所述坡面段12不同位置的表层土样及所述蓄水池62内的冲刷土样，并进行室内颗分试验，从而获取所述坡面段12表层土体的颗粒级配变化特征。

所述野外模拟试验系统还包括监测摄像装置7，所述监测摄像装置7位于所述坡顶段11或所述坡面段12或所述坡底段13上，所述监测摄像装置7用于实时获取试验过程中的影像并记录试验全程影像。

所述坡顶段11与所述坡面段12连接处设有人工开挖裂缝8，所述人工开挖裂缝8横向贯通试验斜坡体1，所述人工开挖裂缝8用于模拟实际滑坡后方的张拉裂缝，以模拟后缘拉张裂缝对滑坡失稳的影响，本实施例中所述人工开挖裂缝8的宽度约为10cm，深度约为200cm，当模拟不考虑后缘拉张裂缝状态下的滑坡失稳机制时，可使用藻酸盐防渗填充料对所述人工开挖裂缝8进行填充。

本发明的一种降雨诱发土质滑坡的野外模拟试验系统通过在所述试验斜坡体1上分别设置所述集水区流量模拟装置2、所述加载装置3、所述人工降雨装置43、所述集水系统6和所述人工开挖裂缝8等,以模拟土质滑坡过程中的多种致灾因素，包括降雨强度、雨型、降雨历时、后缘拉裂隙、滑坡所处集水区的面积、后缘加载等；并通过所述数据采集系统5实时获取试验过程中多种参数的变化数据，包括颗粒级配、入渗率、体积含水率、基质吸力、孔隙水压力和位移，从而能够为土质滑坡失稳机制的研究，提供全面、有效和可靠的原位模拟系统，且所述模拟试验系统还具有结构简单、灵活性强、施工方便等优点。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。