一種水庫滑坡物理模型試驗系統的製作方法

2023-05-14 04:28:01

本實用新型涉及地質災害模型試驗技術領域，特別涉及一種水庫滑坡物理模型試驗系統。

背景技術：

滑坡作為一種破壞性極大的地質災害，一旦發生，將會給人民生命財產與國家基礎設施，如鐵路、公路、航道等帶來巨大損害。滑坡是一種擁有發展演變過程的地質災害，是指斜坡上的土體或者巖體，受河流衝刷、地下水活動、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影響，在重力作用下，沿著一定的軟弱面或者軟弱帶，整體地或者分散地順坡向下滑動的自然現象。移動的土體或巖體稱為滑坡體，滑坡體下方未移動的土體或巖體稱為滑床。

隨著社會經濟的迅速發展，我國西南地區建成了一大批大型水利水電樞紐工程，由於其地質條件複雜，導致滑坡災害頻發，如在三峽工程庫區，存在眾多較大規模的滑坡，至今對該區域的地質災害治理已投入大量資金。

庫水位周期性變動將引發滑坡體周期性的動態滲透壓變化，地下水位變動帶及其以下的巖土體也會受到反覆浸泡。在周期性的動態滲透壓反覆作用和水的長期浸泡作用下，導致滑坡的抗滑能力大幅度降低，使得滑坡下滑剩餘推力增大，從而十分容易導致滑坡災害的發生。因此研究庫水位周期性波動條件下水庫滑坡的演化過程、啟動機制、變形破壞模式將具有重要意義，同時也能為此類滑坡的防治提供堅實的基礎。

目前室內物理模型試驗已成為研究滑坡演化過程與變形破壞模式的重要手段，國內外學者通過室內物理模型試驗對滑坡進行了各方面的研究，也取得了一定進展，但目前的滑坡物理模型試驗裝置或方法仍存在一定局限性：

(1)現有的滑坡物理模型試驗裝置或方法很少涉及庫水位周期性波動下滑坡的演化過程與變形破壞模式，而庫水位周期性波動對滑坡具有重要影響，研究此類條件下滑坡的演化過程與變形破壞模式十分必要。

(2)現有的滑坡物理模型試驗裝置或方法操作起來十分複雜或造價較高，不能在達到試驗目的、獲得有效試驗成果的前提下，簡化試驗裝置或降低經濟成本，使得試驗裝置或方法能夠簡單易行且經濟實用。

技術實現要素：

本實用新型目的是提供一種水庫滑坡物理模型試驗系統，解決現有技術中存在的上述問題。

本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下：

一種水庫滑坡物理模型試驗系統，包括U型槽，所述U型槽的一側密封設置有擋板，所述U型槽內設置有模擬滑床，所述模擬滑床上設置有模擬滑坡體，且所述模擬滑坡體的坡表朝向所述擋板，所述U型槽、擋板、模擬滑床和模擬滑坡體圍成蓄水區，所述蓄水區連接有進水裝置和出水裝置。

本實用新型的有益效果是：提供一種可進行庫水位周期性波動的滑坡物理模型試驗系統，通過進水裝置與出水裝置控制蓄水區的水位的升降，以模擬實際滑坡的庫水位周期性波動，進而實現庫水位周期性波動下滑坡演化過程與變形破壞模式的研究，且此試驗系統結構簡單、操作簡便、經濟實用，便於推廣。

在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進。

進一步，所述進水裝置包括與所述蓄水區連接的進水管，以及沿逐漸遠離蓄水區方向依次設置在所述進水管上的第一流量計、第一調節閥和第一控制閥。

採用上述進一步方案的有益效果是：第一控制閥用於控制外部水源的流入以及調節進水管中水的流量，第一調節閥用於進一步調節進水管中水的流量，第一流量計用於監測進水管中水的流量，第一控制閥、第一調節閥和第一流量計相互配合，可精確控制蓄水區水位的上升，以模擬實際滑坡的庫水位的上升，且使用方便，成本低廉。

進一步，所述出水裝置包括與所述蓄水區連接的出水管，以及沿逐漸遠離蓄水區方向依次設置在所述出水管上的第二流量計、第二調節閥和第二控制閥。

採用上述進一步方案的有益效果是：第二控制閥用於控制蓄水區水源的流出以及調節出水管中水的流量，第二調節閥用於進一步調節出水管中水的流量，第二流量計用於監測出水管中水的流量，第二控制閥、第二調節閥和第二流量計相互配合，可精確控制蓄水區水位的下降，以模擬實際滑坡的庫水位的下降，且使用方便，成本低廉。

進一步，所述擋板的材質為透明鋼化玻璃，所述U型槽為三面一體的鋼板。

採用上述進一步方案的有益效果是：擋板的材質採用透明鋼化玻璃，便於從擋板外側觀測模擬滑坡體的坡表的位移情況和蓄水區水位變化情況；U型槽為三面一體的鋼板，便於生產加工，且結構牢固穩定。

進一步，所述進水裝置和出水裝置通過焊接方式連接在所述U型槽的側壁上。

採用上述進一步方案的有益效果是：焊接方式操作方便，且連接密封性好，不易漏水。

附圖說明

圖1為本實用新型一種水庫滑坡物理模型試驗系統的結構示意圖；

圖2為本實用新型一種水庫滑坡物理模型試驗系統圖1的正視圖；

圖3為本實用新型一種水庫滑坡物理模型試驗系統圖1的側視圖；

圖4為本實用新型一種水庫滑坡物理模型試驗系統的具體實施例馬家溝滑坡的庫水位周期性波動曲線圖；

圖5為本實用新型一種水庫滑坡物理模型試驗系統的具體實施例馬家溝滑坡的實際單周期庫水位波動曲線圖；

圖6為本實用新型一種水庫滑坡物理模型試驗系統的具體實施例馬家溝滑坡的試驗單周期庫水位波動曲線圖；

圖7為本實用新型一種水庫推移式滑坡物理模型試驗系統的具體實施例馬家溝滑坡的試驗多周期庫水位波動曲線圖。

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1、U型槽，2、擋板，3、模擬滑床，4、模擬滑坡體，41、坡表，42、後緣，5、蓄水區，6、進水裝置，61、進水管，62、第一流量計，63、第一調節閥，64、第一控制閥，7、出水裝置，71、出水管，72、第二流量計，73、第二調節閥，74、第二控制閥。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本實用新型，並非用於限定本實用新型的範圍。

如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型實施例1一種水庫滑坡物理模型試驗系統，包括U型槽1，所述U型槽1的一側密封設置有擋板2，所述U型槽1內設置有模擬滑床3，所述模擬滑床3上設置有模擬滑坡體4，且所述模擬滑坡體4的坡表41朝向所述擋板2，所述U型槽1、擋板2、模擬滑床3和模擬滑坡體4圍成蓄水區5，所述蓄水區5連接有進水裝置6和出水裝置7。

本實用新型實施例2所述一種水庫滑坡物理模型試驗系統，在實施例1的基礎上，所述進水裝置6包括與所述蓄水區5連接的進水管61，以及沿逐漸遠離蓄水區5方向依次設置在所述進水管61上的第一流量計62、第一調節閥63和第一控制閥64。

本實用新型實施例3所述一種水庫滑坡物理模型試驗系統，在實施例1或2的基礎上，所述出水裝置7包括與所述蓄水區5連接的出水管71，以及沿逐漸遠離蓄水區5方向依次設置在所述出水管71上的第二流量計72、第二調節閥73和第二控制閥74。

本實用新型實施例4所述一種水庫滑坡物理模型試驗系統，在實施例1至3任一實施例的基礎上，所述擋板2的材質為透明鋼化玻璃，所述U型槽1為三面一體的鋼板。

本實用新型實施例5所述一種水庫滑坡物理模型試驗系統，在實施例4的基礎上，所述進水裝置6和出水裝置7通過焊接方式連接在所述U型槽1的側壁上。

本實用新型實施例6所述一種水庫滑坡物理模型試驗方法，採用實施例1至5任一所述一種水庫滑坡物理模型試驗系統，所述方法包括如下步驟：

步驟1，根據實際滑坡的庫水位周期性波動曲線，概化出實際單周期庫水位波動曲線，並將所述實際單周期庫水位波動曲線的時間軸按預設比例進行等比例壓縮，生成試驗單周期庫水位波動曲線；根據所述試驗單周期庫水位波動曲線，生成試驗多周期庫水位波動曲線；

步驟2，利用所述進水裝置6和出水裝置7控制所述蓄水區5的水位的升降，並使所述蓄水區5的水位符合所述試驗多周期庫水位波動曲線，以實現利用所述試驗系統模擬所述實際滑坡的滑坡演變。

依據實際滑坡的庫水位周期性波動，生成試驗多周期庫水位波動曲線；基於庫水位實際條件，實現真實模擬滑坡外部條件的目的，進一步實現庫水位周期性波動下滑坡演化過程與變形破壞模式的有效研究。

具體實施例，採用上述試驗系統及方法對三峽庫區宜昌市秭歸縣馬家溝滑坡進行室內物理模型試驗。試驗中首先根據馬家溝滑坡的滑床和滑坡體的巖土成分，分別對上述試驗系統中模擬滑床3和模擬滑坡體4的巖土成分進行相似材料配比，製作上述試驗系統的模擬滑床3和模擬滑坡體4。

根據2010年1月1日至2016年1月1日，馬家溝滑坡的庫水位採集數據，繪製生成馬家溝滑坡的庫水位周期性波動曲線，如圖4所示，從圖4可以看出，由於三峽水庫的運行，使庫水位的波動以年為單周期保持周期性變化，變化趨勢為：12月初庫水位開始勻速下降，至次年6月初結束下降；接著低水位保持2個月；8月初庫水位開始勻速上升，11月初結束上升；接著高水位保持1個月至12月初；根據此變化趨勢可概化出馬家溝滑坡的實際單周期庫水位波動曲線，如圖5所示；將此馬家溝滑坡的實際單周期庫水位波動曲線的時間軸進行等比例壓縮，生成以60分鐘為單周期的馬家溝滑坡的試驗單周期庫水位波動曲線，如圖6所示；再根據此馬家溝滑坡的試驗單周期庫水位波動曲線生成馬家溝滑坡的試驗多周期庫水位波動曲線，如圖7所示。

利用上述試驗系統的進水裝置6和出水裝置7控制蓄水區5的水位的升降，並使蓄水區5的水位符合馬家溝滑坡的試驗多周期庫水位波動曲線，從而實現利用上述試驗系統模擬馬家溝滑坡的滑坡演變。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。