一种可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置及方法

1.本发明涉及岩土工程试验技术领域，特别是涉及一种可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置及方法。


背景技术：

2.滑坡是一种极为频发的地质灾害，具有突发性、群发性、周期性和危害性大等特点，常给人民生产、生活造成巨大损失，严重威胁人民生命财产安全。滑坡的发生与诸多因素密切相关，其中，降雨是诱发滑坡的主要因素之一，尤其是在降雨频发的山区及蓄水库区，极易诱发大规模山体滑坡。特别的，当河流、湖泊和海岸等水域附近因降雨而诱发山体滑坡时，大量滑坡体冲入水中所诱发的一系列水域次生灾害，其破坏力有时甚至不亚于地震引发的海啸。
3.目前，降雨滑坡灾害研究方法主要包括理论分析、数值模拟、现场试验和模型试验。其中，模型试验因具有良好的可操作性和可重复性，能够模拟复杂多变的边界条件，且能真实再现降雨入渗过程中土水相互作用对滑坡发育过程的影响，已成为降雨诱发滑坡失稳机理研究的重要手段。
4.如申请公布号为cn112782387a的中国专利公开了一种多工况耦合滑坡模型试验装置，包括模型框架组件、降雨模拟组件、水流冲刷组件和升降组件；模型框架组件用于堆砌试样土坡，同时可模拟库水位升降状况，降雨模拟组件设置在模型框架组件的上方，用于模拟不同的降雨强度，水流冲刷组件向模型框架组件内的试样土坡提供冲刷水流和蓄水水位，升降组件驱动模型框架组件的一端升降而调整倾斜角度。本发明通过调整夹板的搭配以及各组件的使用，模拟降雨、库水位升降以及水流冲刷等工况对边坡稳定性的影响。
5.上述的滑坡模型试验装置利用模型框架组件堆砌试样土坡，通过升降组件驱动模型框架组件的一端升降来调整倾斜角度，从而模拟不同角度下土坡受到的降雨的影响。但是上述的模型试验装置功能较为单一，较少考虑坡底滑面形态对滑坡过程的影响，只采用有限长度的直线型平板作为滑坡沿程滑道平台，难以真实模拟因实际山体表面起伏所产生的不同滑面形态。


技术实现要素：

6.本发明的目的是：提供一种可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置，以解决现有技术中的模拟试验装置难以模拟因实际山体表面起伏所产生的不同滑面形态的问题；本发明还提供了一种使用该可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置的降雨滑坡模拟试验方法。
7.为了实现上述目的，本发明提供了一种可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置，包括水槽、滑坡模拟机构、降雨模拟机构和循环供水机构；所述滑坡模拟机构布置在所述水槽内，所述滑坡模拟机构包括用于布置人工边坡的若干个并排布置的平板和布置在所述平板的底部的伸缩支撑机构，相邻的两个平板之间
均通过铰接件铰接，所述伸缩支撑机构包括固定底座和沿所述平板的并排方向滑动装配在所述固定底座上的伸缩杆，所述伸缩杆沿平板的并排方向间隔布置有若干个，各所述伸缩杆的顶端均与所述铰接件连接以驱动所述铰接件竖向升降并改变相邻两个平板之间的角度；所述降雨模拟机构布置在所述水槽的顶部，所述水槽与所述降雨模拟机构之间连接有所述循环供水机构。
8.优选地，所述平板为沿垂直于其并排方向可伸缩的回形空心板，所述平板的各伸缩部分下侧至少各布置一组所述伸缩支撑机构，各组所述伸缩支撑机构均沿所述平板的伸缩方向滑动装配在所述水槽内。
9.优选地，所述伸缩支撑机构还包括支撑底座和滑动杆，所述滑动杆沿所述平板的并排方向延伸布置在所述固定底座上，所述伸缩杆的底部与所述支撑底座固定装配，各所述支撑底座滑动套装在所述滑动杆上，所述固定底座沿所述平板的伸缩方向滑动装配在所述水槽内。
10.优选地，所述水槽内布置有沿所述平板的伸缩方向延伸的滑轨，所述滑轨的外侧还设置有刻度尺，所述固定底座的底部设置有与所述滑轨导向装配的滑轮。
11.优选地，还包括推板机构，所述推板机构包括与所述滑轨导向装配的滑动推板和驱动所述滑动推板沿所述平板的伸缩方向移动的驱动机构，所述滑动推板用于与所述平板的伸缩部分连接以带动所述平板伸缩。
12.优选地，所述滑动推板为可沿竖向伸缩的回形空心板，所述滑动推板的各伸缩部分上均连接有所述驱动机构，所述水槽内布置有沿竖向延伸的导向杆，各组所述驱动机构沿竖向滑动装配在所述导向杆上。
13.优选地，所述降雨模拟机构包括降雨支架和可升降降雨模拟装置，所述可升降降雨模拟装置固定布置在所述降雨支架的顶部，所述可升降降雨模拟装置包括升降控制平台、与所述升降控制平台电连接的升降剪刀架、固定在所述升降剪刀架上的若干个降水管，各所述降水管上均布置有多个降雨喷头，各所述降水管与所述循环供水机构连通。
14.优选地，所述循环供水机构包括供水箱和水位模拟机构，所述供水箱与所述降雨模拟机构连通，所述水位模拟机构包括水位控制盒、蓄水管、连通管和回水管，所述水位控制盒可升降地布置在所述水槽的一侧，所述水位控制盒内通过竖向的分隔板分成第一腔体和第二腔体，所述分隔板的顶端与所述水位控制盒之间具有间隙以连通所述第一腔体与所述第二腔体，所述蓄水管连接在所述供水箱与所述第一腔体之间，所述连通管连接在所述第一腔体与所述水槽之间，所述回水管连接在所述第二腔体与所述供水箱之间。
15.优选地，还包括布置在所述滑坡模拟机构一侧的径流模拟机构，所述径流模拟机构包括与所述循环供水机构连通的径流主管、与所述径流主管连通的若干个分隔布置的径流分散管和布置在所述径流分散管的底部的汇流斜板，所述径流主管高度可调，相邻的两个所述径流分散管之间的所述径流主管上均布置有径流控制阀。
16.本发明还提供了一种降雨滑坡模拟试验方法，采用上述任一技术方案所述的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置，其特征在于，包括以下步骤：s1，根据试验需求调整降雨滑坡模拟试验装置的各个部件所处的状态，包括根据需要模拟的人工边坡的尺寸，调整降雨模拟机构的高度和降雨范围、调整径流模拟机构的
高度和径流截面宽度、调整滑动推板的高度和水位模拟机构的高度；s2，根据人工边坡的尺寸，推动滑动推板以及各组固定底座沿滑轨滑动至人工边坡的宽度相应位置，使平板随之伸缩改变宽度，伸缩杆竖向伸展并通过铰接件带动各个平板转动，调整各个平板的角度至设定值，堆砌人工边坡；s3，向循环供水机构的供水箱内供水，直至供水箱内的储水量达到设定高度后停止供水；s4，根据试验的需求，在不含水位下降雨诱发滑坡失稳过程模拟时，开启降雨模拟机构以及径流模拟机构，通过循环供水机构向降雨模拟机构以及径流模拟机构供水；在恒定库水位下降雨诱发滑坡失稳过程模拟时，调整水位模拟机构的水位控制盒的高度，水槽内的多余水流通过水位模拟机构的回水管回流至供水箱内，维持水槽内的水位恒定；s5，开启拍摄机构，拍摄记录降雨和径流共同作用下斜坡坡面及侧面失稳全过程，并得到拍摄数据。
17.本发明实施例一种可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置及方法与现有技术相比，其有益效果在于：滑坡模拟机构的多个平板并排布置且相邻的两个平板之间通过铰接件铰接，因此相邻的两个平板可以绕铰接件转动以改变两者之间的夹角，伸缩支撑机构的伸缩杆与铰接件连接，伸缩杆做伸缩运动时可以带动铰接件做竖向升降，进而带动平板绕铰接件转动，从而改变各个平板之间的夹角，调整人工边坡的在平板的排布方向的角度，切实模拟实际山体表面起伏形成的不同滑面形态；循环供水机构向降雨模拟机构供水，实现人工降雨，从而进行不同坡体滑面形态下的降雨滑坡模拟试验。
附图说明
18.图1是本发明的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置的结构示意图；图2是本发明的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置的正视图；图3是本发明的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置的侧视图；图4是本发明的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置的可升降降雨模拟装置的结构示意图；图5是本发明的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置的径流模拟机构的结构示意图；图6是本发明的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置的水位模拟机构在试验前蓄水的水流向示意图；图7是本发明的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置的水位模拟机构在试验中维持水位时的水流向示意图；图8是本发明的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置的推板机构的立体结构示意图；图9是本发明的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置的滑坡模拟机构的立体结构示意图；图10是图9的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置的滑坡模拟机构的在铰接件处的正视图；图11是本发明的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置的供水箱的立体结
构示意图。
19.图中，1、水槽，2、降雨支架，3、可升降降雨模拟装置，301、升降控制平台，302、升降剪刀架，303、固定平板，304、降水管，305、降雨喷头，306、降雨控制阀，4、径流模拟机构，401、径流主管，402、径流分散管，403、径流控制阀，404、汇流斜板，5、水位模拟机构，501、升降丝杆，502、水位控制盒，5021、第一腔体，5022、第二腔体，503、分隔板，504、连通管，505、蓄水管，506、回水管，6、降雨供水管，7、降雨流量计，8、径流供水管，9、径流流量计，10、径流管卡槽，11、水泵，12、推板机构，121、侧向底座，122、推杆底座，123、导向杆，124、电动伸缩杆，125、真空吸盘，13、滑动推板，14、支撑平台，15、滑轨，16、人工边坡，17、滑坡模拟机构，171、平板，172、伸缩支撑机构，1721、固定底座，1722、滑动杆，1723、支撑底座，1724、伸缩杆，173、橡胶过桥板，18、可拆卸玻璃盖板，19、可开合玻璃门，20、门把手，21、供水箱，211、过滤池，212、砂土分样筛板，213、筛板承托活页，214、隔板，215、高密度过滤网，216、沉砂池，217、出水口，218、蓄水池，22、进水管，23、排水管，24、截止阀，25、土水混合物料，261、第一拍摄组件，262、第二拍摄组件。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
21.本发明的一种可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置的优选实施例，如图1至图11所示，该可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置包括水槽1、滑坡模拟机构17、降雨模拟机构和循环供水机构。水槽1用于存蓄试验过程用水，滑坡模拟机构17用于建立人工边坡16，降雨模拟机构用于进行人工降雨。循环供水机构连接在水槽1与降雨模拟机构之间，循环供水机构用于为试验设备提供试验用水，并且可以实现循环用水。
22.水槽1为矩形结构，水槽1包括主体框架、可开合玻璃门19和可拆卸玻璃盖板18，其中主体框架由角钢与钢化玻璃制成，钢化玻璃既保证了主体框架的强度，也使得水槽1整体为透明结构，便于观察滑坡现象。主体框架一端侧面设有带门把手20的可开合玻璃门19，水槽1的底板采用钢板与主体框架焊接为一体，底板上设置有开口，可拆卸玻璃盖板18布置在底板的开口处。
23.可开合玻璃门19为试验人员的进出通道，试验前开启可开合玻璃门19，供试验人员为水槽1内的人工边坡16堆砌运送土料，试验过程中关闭可开合玻璃门19，水槽1可形成四周封闭环境，以满足降水及库水位等试验条件的需求。水槽1与降雨模拟机构之间连接有循环供水机构，以实现循环用水。
24.滑坡模拟机构17布置在水槽1内，用于生成可灵活改变坡底滑面形态、倾角、宽度和高度的滑坡平台。滑坡模拟机构17包括平板171和伸缩支撑机构172，平板171有若干个且并排布置，若干个平板171用于布置人工边坡16。相邻的两个平板171之间均通过铰接件铰接，在本实施例中，铰接件为销轴，平板171的两端设置穿孔供销轴穿过并形成铰接。
25.每个平板171均可以绕铰接件在0-90
°
范围内独立旋转，每个平板171转动时，相邻的两个平板171之间的角度发生改变，可以调整平板171的形态、倾角和高度，进而实现坡底滑面的形态、倾角、高度的灵活改变。在本实施例中，相邻两个平板171之间的交接处缝隙由橡胶过桥板173填塞，橡胶过桥板173为t型结构，以增加平板171连接处的密封性。
26.伸缩支撑机构172包括固定底座1721和伸缩杆1724，固定底座1721布置在水槽1的底板上，伸缩杆1724沿平板171的并排方向滑动装配在固定底座1721上。伸缩杆1724沿平板171的并排方向间隔布置有若干个，每个铰接件的底部均布置有一个伸缩杆1724，伸缩杆1724的顶端与其上方的铰接件铰接。伸缩杆1724在伸缩时可以驱动铰接件竖向升降，从而带动平板171转动以改变相邻两个平板171之间的角度，当平板171转动时，伸缩杆1724在固定底座1721上沿平板171的并排方向滑动，以补偿平板171转动时铰接件在平板171的并排方向上的移动位移。
27.该可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置还包括拍摄机构，用于从不同观测角度对水槽1内试验过程进行拍摄。具体地，拍摄机构包括第一拍摄组件261和第二拍摄组件262，其中第一拍摄组件261位于水槽1的侧视前方，拍摄记录斜坡坡面失稳全过程，第二拍摄组件262位于水槽1的正视前方，拍摄记录斜坡侧面变化过程，并得到拍摄数据。
28.在本实施例中，第一拍摄组件261和第二拍摄组件262包括但不限于有高清摄像机、高速相机、三维激光扫描仪等，拍摄数据包含但不限于有高清图像数据、坡体破坏形态特征点云数据。
29.滑坡模拟机构17的多个平板171并排布置且相邻的两个平板171之间通过铰接件铰接，因此相邻的两个平板171可以绕铰接件转动以改变两者之间的夹角，伸缩支撑机构172的伸缩杆1724与铰接件连接，伸缩杆1724做伸缩运动时可以带动铰接件做竖向升降，进而带动平板171绕铰接件转动，从而改变各个平板171之间的夹角，调整人工边坡16的在平板171的排布方向的角度，切实模拟实际山体表面起伏形成的不同滑面形态；循环供水机构向降雨模拟机构供水，实现人工降雨，从而进行不同坡体滑面形态下的降雨滑坡模拟试验。
30.优选地，平板171为沿垂直于其并排方向可伸缩的回形空心板，平板171的各伸缩部分下侧至少各布置一组伸缩支撑机构172，各组伸缩支撑机构172均沿平板171的伸缩方向滑动装配在水槽1内。
31.回形空心板由两个板材相互嵌套形成，两个板材之间可以相对伸缩，平板171采用回形空心板，可以在垂直于并排方向上做伸缩运动，从而调整整个平板171的宽度，形成宽度可伸缩的滑坡平台，根据试验需求可以改变滑坡平台的宽度。
32.回形空心板的相互嵌套的两个板材形成平板171的两个伸缩部分，每个伸缩部分的下侧均布置伸缩支撑机构172，平板171在伸缩时伸缩部分底部的伸缩支撑结构可以在水槽1内沿平板171的伸缩方向同步滑动，平板171在伸缩调整人工边坡16的宽度时，可以利用各个伸缩支撑机构172驱动平板171的伸缩部分转动，在调整平板171的宽度的同时调整平板171的角度，即同时调整人工边坡16的宽度、高度、倾角以及坡底的滑面状态。
33.在本实施例中，伸缩支撑机构172共有三组，三组伸缩支撑机构172均匀间隔布置在平板171的伸缩方向上，每组伸缩支撑机构172的结构相同。
34.优选地，伸缩支撑机构172还包括支撑底座1723和滑动杆1722，滑动杆1722沿平板171的并排方向延伸布置在固定底座1721上，伸缩杆1724的底部与支撑底座1723固定装配，各支撑底座1723滑动套装在滑动杆1722上，固定底座1721沿平板171的伸缩方向滑动装配在水槽1内。
35.每组伸缩支撑机构172的支撑底座1723用于固定伸缩杆1724，支撑底座1723在滑杆上滑动移动，带动伸缩杆1724沿平板171的并排方向移动，以补偿平板171转动时铰接件
的位移。支撑底座1723为伸缩杆1724提供装配基础，滑动杆1722对支撑底座1723进行导向，使伸缩杆1724移动平稳。
36.固定底座1721滑动装配在水槽1内，固定底座1721移动时可以带动滑动杆1722、支撑底座1723、伸缩杆1724同步移动，并通过铰接件带动平板171的伸缩部分移动，调整平板171的宽度。
37.优选地，水槽1内布置有沿平板171的伸缩方向延伸的滑轨15，滑轨15的外侧还设置有刻度尺，固定底座1721的底部设置有与滑轨15导向装配的滑轮。
38.固定底座1721的滑轮与水槽1内的滑轨15导向装配，可以保证固定底座1721的移动方向以及移动时的平稳性，便于调整平板171的宽度。刻度尺可以精准定位固定底座1721的位置，实现在不改动试验装置的情况下满足不同宽度与高度人工边坡16的堆砌与试验需求。
39.在本实施例中，滑轨15安装在水槽1的底板下方，滑轨15的凹槽口与水槽1的底板上表面平齐，滑轮可带动固定底座1721沿滑轨15滑动。
40.优选地，还包括推板机构12，推板机构12包括与滑轨15导向装配的滑动推板13和驱动滑动推板13沿平板171的伸缩方向移动的驱动机构，滑动推板13用于与平板171的伸缩部分连接以带动平板171伸缩。
41.驱动机构带动滑动推板13在滑轨15内移动时，可以带动平板171的伸缩部分伸缩，调节平板171的宽度。滑动推板13与平板171的伸缩部分之间可以通过粘接胶连接，以带动推板的伸缩部分同步移动。
42.在本实施例中，水槽1后部的主体框架上焊接固定支撑平台14，支撑平台14与水槽1的主体框架焊接为一体结构，增加强度。支撑平台14上固定布置侧向底座121，驱动机构装配在侧向底座121上，驱动机构为电动伸缩杆124，电动伸缩杆124单根的最大推力为100kg，伸缩范围为0~2.5m，电动伸缩杆124远离侧向底座121的一端通过螺纹连接件与真空吸盘125相连，真空吸盘125吸附滑动推板13，电动伸缩杆124伸缩时通过真空吸盘125带动滑动推板13同步移动。
43.优选地，滑动推板13为可沿竖向伸缩的回形空心板，滑动推板13的各伸缩部分上均连接有驱动机构，水槽1内布置有沿竖向延伸的导向杆123，各组驱动机构沿竖向滑动装配在导向杆123上。
44.滑动推板13可沿竖向伸缩，其既可以在电动伸缩杆124推动下沿水平方向滑动，又可以通过驱动机构在导向杆123上的移动以伸缩方式来实现滑动推板13高度的调节。在本实施例中，导向杆123布置在侧向底座121上，电动伸缩杆124的底部通过螺栓固定连接有推杆底座122，推杆底座122可滑动地嵌套在导向杆123上，推杆底座122在导向杆123上竖向滑动时可带动电动伸缩杆124做竖向移动，进而带动滑动推板13竖向伸缩。
45.此外，在本实施例中，滑动推板13的底部设有滑轮，滑轮与水槽1底部的滑轨15导向装配。试验时通过开启电动伸缩杆124，推动滑动推板13沿滑轨15滑动至预设坡体宽度位置，通过滑轨15外侧的刻度尺可以精准定位滑动推板13的位置，实现不同宽度与高度人工边坡16的堆砌与试验需求。
46.当需要改变人工边坡16的坡底滑面形态、宽度、高度和倾角时，将平板171的一侧端部与水槽1的钢化玻璃表面通过玻璃胶粘接固定、另一侧端部则与滑动推板13通过玻璃
胶粘接固定，接着开启推板机构12，电动伸缩杆124推动滑动推板13以及各组伸缩支撑机构172沿滑轨15滑动至预设坡体宽度位置，同时各组平板171的宽度随之改变，最后配合多根伸缩杆1724的滑动以及升降，可以实现在不改动试验装置的情况下各种边坡底滑面形态、倾角、高度和宽度滑坡平台的平滑搭接，人工边坡16可堆砌于搭接好的滑坡模拟机构17上。
47.优选地，降雨模拟机构包括降雨支架2和可升降降雨模拟装置3，可升降降雨模拟装置3固定布置在降雨支架2的顶部，可升降降雨模拟装置3包括升降控制平台301、与升降控制平台301电连接的升降剪刀架302、固定在升降剪刀架302上的若干个降水管304，各降水管304上均布置有多个降雨喷头305，各降水管304与循环供水机构连通。
48.降雨支架2安装在水槽1顶部，用于吊接可升降降雨模拟装置3，降雨支架2采用铝型材搭接于水槽1的顶部，降雨支架2的连接拐角处采用三角形斜撑进行加固，降雨支架2的顶部中央设置两根支撑杆，两根支撑杆通过螺栓吊装固定降雨模拟机构，使得降雨模拟机构位于水槽1的顶部，便于在试验时过降雨模拟机构向水槽1内生成人工降雨。
49.可升降降雨模拟装置3用于试验时生成人工降雨，升降剪刀架302共有四部，四部升降剪刀架302位于升降控制平台301的底部并成矩形分布，控制升降平台内置电机，在电动遥控器的控制下，四部升降剪刀架302可以实现同步竖向升降，以此来自由调节降雨高度。
50.升降剪刀架302的下方连接固定平板303，固定平板303上开设有孔洞，若干个降水管304通过螺栓紧固在固定平板303上，且各个降水管304沿水槽1的长度方向并列分布，其两端各通过一根横向管道将多根并列的降水管304连接。多个降雨喷头305间隔布置在每根降水管304上，降雨喷头305正对下方堆砌的人工边坡16。
51.降雨喷头305之间设置有降雨控制阀306，以便试验中可通过开关某些降雨喷头305与降雨控制阀306来满足不同降雨范围的需求。其中，多根降水管304的远离可开合玻璃门19一端的横向管道中部通过降雨供水管6与供水箱21相连接，降雨供水管6上安装有降雨流量计7与水泵11，通过控制流量计阀门与水泵11开关可实现降雨强度大小的调节。
52.优选地，循环供水机构包括供水箱21和水位模拟机构5，供水箱21与降雨模拟机构连通，水位模拟机构5包括水位控制盒502、蓄水管505、连通管504和回水管506，水位控制盒502可升降地布置在水槽1的一侧，水位控制盒502内通过竖向的分隔板503分成第一腔体5021和第二腔体5022，分隔板503的顶端与水位控制盒502之间具有间隙以连通第一腔体5021与第二腔体5022，蓄水管505连接在供水箱21与第一腔体5021之间，连通管504连接在第一腔体5021与水槽1之间，回水管506连接在第二腔体5022与供水箱21之间。
53.供水箱21用于存储试验用水，为降雨模拟机构、径流模拟机构4以及水位模拟机构5提供水源。供水箱21位于水槽1的底部，水槽1的底板上设置有矩形开口，矩形开口处带有可拆卸玻璃盖板18，供水箱21位于矩形开口的正下方，试验产生的土水混合物料25经过矩形开口流入供水箱21，经过过滤、沉淀后可以实现水的回流，以达到循环用水的目的。
54.供水箱21也用于过滤、回收试验过程中冲出的土水混合物料25，以达到物料重复利用和循环用水的目的。供水箱21内设置有多个隔板214，隔板214竖向间隔布置，隔板214将供水箱21划分为过滤池211、沉砂池216和蓄水池218三个腔体，其中，过滤池211顶部正对装配有可拆卸玻璃盖板18的矩形开口，沉砂池216顶部密封但是其与蓄水池218之间的隔板214在上部设置有出水口217。
55.过滤池211整个腔体从上至下间隔设置有不同孔径的砂土分样筛板212，从上至下砂土分样筛板212的孔径依次为10mm，5mm，2mm，0.5mm，通过转动筛板承托活页213可依次取出筛板。过滤池211与沉砂池216在隔板214的底部相连通，连通处设置高密度过滤网215。
56.试验时，降雨诱发滑坡失稳后冲出的水土混合物料由水槽1底部的矩形开口进入过滤池211，砂土分样筛板212将不同粒径的土颗粒初步筛分为五层，过滤池211底部的水流继续经高密度过滤网215过滤后流入沉砂池216，此时水中仅含有少量悬浮状细土颗粒，水流在沉砂池216中进一步沉淀，最后经沉砂池216顶部同样装有高密度过滤网215的出水口217流回蓄水池218，实现水与物料的分离与循环利用。
57.水位模拟机构5用于试验前蓄水位及试验时维持水位，保持水槽1内的水位恒定，模拟恒水位下的降雨滑坡模拟试验。水槽1内的水位高度与水位控制盒502内的分隔板503顶端的高度一致，水位控制盒502可升降，通过调整水位控制盒502的高度可以调整水槽1内的水位高度。在本实施例中，水位控制盒502装配在升降丝杆501上，可以沿升降丝杆501滑动。
58.当试验前需要向水槽1中蓄水时，首先将水位控制盒502高度调节至所需蓄水高度，接着开启蓄水管505上安装的水泵11，通过蓄水流量计可控制蓄水快慢，水流经蓄水管505进入第一腔体5021后，由于此时第一腔体5021中水位低于分隔板503的高度，水流紧接着经由连通管504流入水槽1中，开始向水槽1内蓄水。
59.当水槽1中的水位高度达到水位控制盒502的预设高度时，水槽1内多余水流经连通管504反向回流进入第一腔体5021，第一腔体5021中的水流开始上升并且超过分隔板503进入第二腔体5022，此时关闭蓄水管505上的水泵11，停止输水，水槽1内的水位计维持在恒定高度。
60.当开展库水位下降雨诱发滑坡模拟试验时，经过人工边坡16进入水槽1内的多余水流可通过水位模拟机构5中的回水管506流回到供水箱21中，以此维持整个试验过程中水位的恒定。此外，也可通过在试验过程中调节水位控制盒502的高度，来模拟库水位升降状况下边坡失稳过程。
61.优选地，还包括布置在滑坡模拟机构17一侧的径流模拟机构4，径流模拟机构4包括与循环供水机构连通的径流主管401、与径流主管401连通的若干个分隔布置的径流分散管402和布置在径流分散管402的底部的汇流斜板404，径流主管401高度可调，相邻的两个径流分散管402之间的径流主管401上均布置有径流控制阀403。
62.径流模拟机构4用于试验时生成边坡坡顶径流，径流主管401与径流分散管402垂直向连接，径流主管401用于与供水箱21连接进行供水，多根径流分散管402用于在坡顶产生分散的径流。多根径流分散管402之间径流主管401上布置的径流控制阀403，通过控制开启的径流控制阀403的数量可以调节流出的径流的宽度。
63.在本实施例中，汇流斜板404通过其两侧的翼板端部开设的圆孔与径流主管401穿插连接，径流分散管402底部与汇流斜板404之间通过胶粘合固定连接，径流主管401中部通过径流供水管8与供水箱21相连接，径流供水管8上安装有径流流量计9与水泵11，通过控制径流流量计9的阀门与水泵11开关可以实现径流流量大小的调节。
64.此外，水槽1的远离可开合玻璃门19一端的两侧主体框架上沿竖直方向间隔设置多对径流管卡槽10，径流管卡槽10用于悬挂径流主管401，通过选择不同的径流管卡槽10与
径流主管401装配，可以调节生成的径流高度。试验时，多根径流分散管402喷出水流并在汇流斜板404上汇集成径流，可根据人工边坡16实际坡高与坡体宽度来决定某些径流控制阀403的开合与径流主管401的安放高度，以此灵活调节所生成径流的截面宽度与高度。
65.本发明还提供了一种降雨滑坡模拟试验方法的优选实施例，采用上述任一实施例的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置，包括以下步骤：s1，根据试验需求调整降雨滑坡模拟试验装置的各个部件所处的状态，包括根据需要模拟的人工边坡16的尺寸，调整降雨模拟机构的高度和降雨范围、调整径流模拟机构4的高度和径流截面宽度、调整滑动推板13的高度和水位模拟机构5的高度。
66.s2，根据人工边坡16的尺寸，推动滑动推板13以及各组固定底座1721沿滑轨15滑动至人工边坡16的宽度相应位置，使平板171随之伸缩改变宽度，伸缩杆1724竖向伸展并通过铰接件带动各个平板171转动，调整各个平板171的角度至设定值，堆砌人工边坡16。
67.s3，向循环供水机构的供水箱21内供水，直至供水箱21内的储水量达到设定高度后停止供水。
68.s4，根据试验的需求，在不含水位下降雨诱发滑坡失稳过程模拟时，开启降雨模拟机构以及径流模拟机构4，通过循环供水机构向降雨模拟机构以及径流模拟机构4供水；在恒定库水位下降雨诱发滑坡失稳过程模拟时，调整水位模拟机构5的水位控制盒502的高度，水槽1内的多余水流通过水位模拟机构5的回水管506回流至供水箱21内，维持水槽1内的水位恒定。
69.s5，开启拍摄机构，拍摄记录降雨和径流共同作用下斜坡坡面及侧面失稳全过程，并得到拍摄数据。
70.其中步骤s1中，调整的各个部件所处的状态是根据试验的类型进行调整，当进行不含库水位下降雨诱发滑坡失稳过程模拟时，不需要调整水位模拟机构5的高度；当进行恒定库水位下降雨诱发滑坡失稳过程模拟时，调整水位模拟机构5的高度。
71.步骤s2用于堆砌满足试验需求的人工边坡16。
72.在进行不含库水位下降雨诱发滑坡失稳过程模拟时，拆除可拆卸玻璃盖板18，调整平板171的宽度、角度和高度至设定之后，拉动门把手20，打开可开合玻璃门19，向水槽1内运送所需的土料并完成堆坡，同时在坡体内不同位置埋设多组第一数据采集设备，记录试验过程中坡体内第一数据变化。第一数据采集设备包括但不限于有含水率传感器、孔隙水压力传感器和基质吸力传感器等，第一数据包含但不限于有各传感器采集数据等。
73.在进行恒定库水位下降雨诱发滑坡失稳过程模拟时，盖上可拆卸玻璃盖板18，调整平板171的宽度、角度和高度至设定之后，拉动门把手20，打开可开合玻璃门19，向水槽1内运送所需的土料并完成堆坡，同时在坡体内不同位置埋设多组第一数据采集设备，记录试验过程中坡体内第一数据变化。
74.步骤s3用于向供水箱21的蓄水池218内供水，满足试验需求。具体地，关闭水槽1上的可开合玻璃门19，水槽1四周封闭，开启供水箱21底部设置的进水管22上的截止阀24，通过外部水源向供水箱21中输水，当供水箱21中蓄水池218水量达到适当高度时，关闭截止阀24，停止供水。
75.步骤s4用于进行降雨滑坡模拟试验，根据试验需求的不同开展不同工况的模拟试验。具体地，在不含水位下降雨诱发滑坡失稳过程模拟时，开启降雨供水管6上安装的水泵
11，按照试验设定的降雨强度调节降雨流量计7，通过供水箱21向可升降降雨模拟装置3供水，同时，开启径流供水管8上安装的水泵11，并按照试验设定的径流流量调节径流流量计9，通过供水箱21向径流模拟机构4供水。
76.在恒定库水位下降雨诱发滑坡失稳过程模拟时，根据预设库水位高度向已封闭的水槽1中蓄水，蓄水完成后，水槽1中水位即维持在某一恒定高度。试验开始时，开启降雨供水管6上安装的水泵11，按照试验设定的降雨强度调节降雨流量计7，通过供水箱21向可升降降雨模拟装置3供水，同时，开启径流供水管8上安装的水泵11，并按照试验设定的径流流量调节径流流量计9，通过供水箱21向径流模拟机构4供水；通过可升降降雨模拟装置3和径流模拟机构4进入水槽1内的多余水流可通过水位模拟机构5中的回水管506流回供水箱21中，以维持整个降雨试验过程中水位的恒定。
77.步骤s5中，具体地，开启第一拍摄组件261和第二拍摄组件262，拍摄记录降雨和径流共同作用下斜坡坡面及侧面失稳全过程，并得到拍摄数据。
78.试验过程中，保持可升降降雨模拟装置3与径流模拟机构4始终处于开启状态，人工边坡16在降雨和径流共同作用下发生滑坡失稳冲入水中，通过第一数据采集设备记录坡体内的第一数据，通过第二数据采集设备记录失稳坡体入水所激起涌浪的第二数据变化。第二数据采集设备包括但不限于有波高仪、粒子图像测速仪等，第二数据包含但不限于有涌浪形态、波高特征数据，坡体滑动位移场、流体速度场特征数据等。第二数据采集设备可以但不限于设置在水槽1的任意位置，以便采集到较为全面的第二数据；各个拍摄组件和数据采集设备等均为现有设备，pc机用于接收各拍摄组件与数据采集设备所获取的数据。
79.优选地，本可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验方法还包括步骤s6，试验结束后，对试验过程中的滑坡失稳的水土进行清理。其中在进行不含库水位下降雨诱发滑坡失稳过程模拟时，试验过程中，冲出的土水混合物料25向坡脚前方流动并由水槽1底部开口进入供水箱21，供水箱21中的过滤池211与沉砂池216进一步将物料与水流分离，水流最终由沉砂池216出水口217流回蓄水池218，以此实现循环供水，直至试验结束；试验结束后，取出各层砂土分样筛板212，回收物料，供水箱21中的水可用于下一组试验，也可通过箱体底部排水管23排走。
80.在进行恒定库水位下降雨诱发滑坡失稳过程模拟时，水土保留在水槽1内，试验结束时，缓慢打开玻璃盖板，冲出的土水混合物料25向坡脚前方流动并由水槽1底部开口进入供水箱21，供水箱21中的过滤池211与沉砂池216进一步将物料与水流分离，水流最终由沉砂池216出水口217流回蓄水池218；取出各层砂土分样筛板212，回收物料，供水箱21中的水可用于下一组试验，也可通过箱体底部排水管23排走。
81.综上，本发明实施例提供一种可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置及方法，其滑坡模拟机构的多个平板并排布置且相邻的两个平板之间通过铰接件铰接，因此相邻的两个平板可以绕铰接件转动以改变两者之间的夹角，伸缩支撑机构的伸缩杆与铰接件连接，伸缩杆做伸缩运动时可以带动铰接件做竖向升降，进而带动平板绕铰接件转动，从而改变各个平板之间的夹角，调整人工边坡的在平板的排布方向的角度，切实模拟实际山体表面起伏形成的不同滑面形态；循环供水机构向降雨模拟机构供水，实现人工降雨，从而进行不同坡体滑面形态下的降雨滑坡模拟试验。
82.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置，其特征在于，包括水槽、滑坡模拟机构、降雨模拟机构和循环供水机构；所述滑坡模拟机构布置在所述水槽内，所述滑坡模拟机构包括用于布置人工边坡的若干个并排布置的平板和布置在所述平板的底部的伸缩支撑机构，相邻的两个平板之间均通过铰接件铰接，所述伸缩支撑机构包括固定底座和沿所述平板的并排方向滑动装配在所述固定底座上的伸缩杆，所述伸缩杆沿平板的并排方向间隔布置有若干个，各所述伸缩杆的顶端均与所述铰接件连接以驱动所述铰接件竖向升降并改变相邻两个平板之间的角度；所述降雨模拟机构布置在所述水槽的顶部，所述水槽与所述降雨模拟机构之间连接有所述循环供水机构。2.根据权利要求1所述的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置，其特征在于，所述平板为沿垂直于其并排方向可伸缩的回形空心板，所述平板的各伸缩部分下侧至少各布置一组所述伸缩支撑机构，各组所述伸缩支撑机构均沿所述平板的伸缩方向滑动装配在所述水槽内。3.根据权利要求2所述的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置，其特征在于，所述伸缩支撑机构还包括支撑底座和滑动杆，所述滑动杆沿所述平板的并排方向延伸布置在所述固定底座上，所述伸缩杆的底部与所述支撑底座固定装配，各所述支撑底座滑动套装在所述滑动杆上，所述固定底座沿所述平板的伸缩方向滑动装配在所述水槽内。4.根据权利要求3所述的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置，其特征在于，所述水槽内布置有沿所述平板的伸缩方向延伸的滑轨，所述滑轨的外侧还设置有刻度尺，所述固定底座的底部设置有与所述滑轨导向装配的滑轮。5.根据权利要求4所述的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置，其特征在于，还包括推板机构，所述推板机构包括与所述滑轨导向装配的滑动推板和驱动所述滑动推板沿所述平板的伸缩方向移动的驱动机构，所述滑动推板用于与所述平板的伸缩部分连接以带动所述平板伸缩。6.根据权利要求5所述的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置，其特征在于，所述滑动推板为可沿竖向伸缩的回形空心板，所述滑动推板的各伸缩部分上均连接有所述驱动机构，所述水槽内布置有沿竖向延伸的导向杆，各组所述驱动机构沿竖向滑动装配在所述导向杆上。7.根据权利要求1-6任一项所述的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置，其特征在于，所述降雨模拟机构包括降雨支架和可升降降雨模拟装置，所述可升降降雨模拟装置固定布置在所述降雨支架的顶部，所述可升降降雨模拟装置包括升降控制平台、与所述升降控制平台电连接的升降剪刀架、固定在所述升降剪刀架上的若干个降水管，各所述降水管上均布置有多个降雨喷头，各所述降水管与所述循环供水机构连通。8.根据权利要求1-6任一项所述的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置，其特征在于，所述循环供水机构包括供水箱和水位模拟机构，所述供水箱与所述降雨模拟机构连通，所述水位模拟机构包括水位控制盒、蓄水管、连通管和回水管，所述水位控制盒可升降地布置在所述水槽的一侧，所述水位控制盒内通过竖向的分隔板分成第一腔体和第二腔体，所述分隔板的顶端与所述水位控制盒之间具有间隙以连通所述第一腔体与所述第二腔体，所述蓄水管连接在所述供水箱与所述第一腔体之间，所述连通管连接在所述第一腔体
与所述水槽之间，所述回水管连接在所述第二腔体与所述供水箱之间。9.根据权利要求1-6任一项所述的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置，其特征在于，还包括布置在所述滑坡模拟机构一侧的径流模拟机构，所述径流模拟机构包括与所述循环供水机构连通的径流主管、与所述径流主管连通的若干个分隔布置的径流分散管和布置在所述径流分散管的底部的汇流斜板，所述径流主管高度可调，相邻的两个所述径流分散管之间的所述径流主管上均布置有径流控制阀。10.一种降雨滑坡模拟试验方法，采用权利要求1-8任一项所述的可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置，其特征在于，包括以下步骤：s1，根据试验需求调整降雨滑坡模拟试验装置的各个部件所处的状态，包括根据需要模拟的人工边坡的尺寸，调整降雨模拟机构的高度和降雨范围、调整径流模拟机构的高度和径流截面宽度、调整滑动推板的高度和水位模拟机构的高度；s2，根据人工边坡的尺寸，推动滑动推板以及各组固定底座沿滑轨滑动至人工边坡的宽度相应位置，使平板随之伸缩改变宽度，伸缩杆竖向伸展并通过铰接件带动各个平板转动，调整各个平板的角度至设定值，堆砌人工边坡；s3，向循环供水机构的供水箱内供水，直至供水箱内的储水量达到设定高度后停止供水；s4，根据试验的需求，在不含水位下降雨诱发滑坡失稳过程模拟时，开启降雨模拟机构以及径流模拟机构，通过循环供水机构向降雨模拟机构以及径流模拟机构供水；在恒定库水位下降雨诱发滑坡失稳过程模拟时，调整水位模拟机构的水位控制盒的高度，水槽内的多余水流通过水位模拟机构的回水管回流至供水箱内，维持水槽内的水位恒定；s5，开启拍摄机构，拍摄记录降雨和径流共同作用下斜坡坡面及侧面失稳全过程，并得到拍摄数据。

技术总结
本发明涉及岩土工程试验技术领域，公开了一种可变坡体滑面形态的降雨滑坡模拟试验装置及方法，包括水槽、滑坡模拟机构、降雨模拟机构和循环供水机构；滑坡模拟机构布置在水槽内，滑坡模拟机构包括若干个平板和伸缩支撑机构，相邻的两个平板之间均通过铰接件铰接，伸缩支撑机构包括固定底座和若干个伸缩杆，各伸缩杆的顶端均与铰接件连接；降雨模拟机构布置在水槽的顶部，水槽与降雨模拟机构之间连接有循环供水机构。伸缩杆做伸缩运动时带动铰接件做竖向升降，改变各个平板之间的夹角，调整人工边坡在平板的排布方向的角度，切实模拟实际山体表面起伏形成的不同滑面形态；循环供水机构向降雨模拟机构供水，进行不同坡体滑面形态下的模拟试验。下的模拟试验。下的模拟试验。


技术研发人员：蒋卓言 黎学优 张明明 王健
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：2023.09.13
技术公布日：2023/10/20