一种路堤模型多种地质灾害作用模拟装置

1.本技术涉及岩土工程的技术领域，尤其涉及一种路堤模型多种地质灾害作用模拟装置。


背景技术：

2.随着科技的不断发展，减缓地震、泥石流等地质灾害对人们生命安全、经济财产损失的理论研究及工程进展也越来越多。现有对路堤等防护结构受灾害影响的研究主要集中在单一灾害影响，例如地震、泥石流、山洪等独立灾害场景。基于现场调查结果可知，地震作用会影响原有地势结构，造成泥石流、山洪等二次灾害，对路堤等防护工程造成严重损伤。目前国内对作用于路堤结构的室内试验主要采用缩尺模型试验，对路堤模型受地震、泥石流、山洪和等单一地质灾害作用时的稳定性及破坏模式分析，但是由于地震作用和泥石流、山洪等灾害作用方式不同，所以需要考虑实际工程中路堤工程能否抵御地震与泥石流、山洪等共同作用。地震作用对路堤结构造成一定失稳破坏，随之而来的泥石流、山洪等对路堤基部侵蚀和冲刷使路堤完全不具有防护效果。本发明装置模拟路堤结构受到地震与泥石流、山洪等共同作用的影响，能够在模拟地震作用之后避免模型运移损失直接模拟后续泥石流、山洪等灾害作用。本装置可广泛用于交通和水利领域，可用于实际工程模型检验，为地震与泥石流、山洪等地质灾害共同作用研究试验不足提供了理论依据和试验方法依据。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术提供一种路堤模型多种地质灾害作用模拟装置，能够较为精准地模拟地震、泥石流山洪的多地质条件对路堤的影响。
4.本技术提供一种路堤模型多种地质灾害作用模拟装置，包括泥石流山洪模拟机构、地震模拟机构、试验测试机构和用以容纳路堤模型的试验箱；所述试验箱固定在振动台上；所述泥石流山洪模拟机构包括物料箱、进水水槽、出水水槽、水土收集箱和液压升降缸，所述物料箱与进水水槽相连，且物料箱与进水水槽底部安装有液压升降缸以调节进水水槽的倾角，所述试验箱的两端与进进水水槽、出水水槽连通，所述出水水槽连接水土收集箱，所述水土收集箱内用以放置过滤支架；所述地震模拟机构包括振动台、滑轨层和基础层，所述振动台用以在外界动力输入下沿平面滑动地设置在所述滑轨层，所述滑轨层与基础层通过油缸连接；所述试验测试机构包括加速度计、土压力盒、孔压计、水分传感器、流速仪、位移计和摄影设备，所述加速度计、土压力盒、孔压计、水分传感器埋置在模型内部，所述流速仪固定在进水水槽靠近出水处及试验箱的进水端、出水端，所述摄影设备用以采集试样箱内部的实况图像，所述位移计用以采集路堤模型的位移状况。
5.可选地，所述的试验箱一侧采用透明玻璃面板，玻璃面板绘制刻度线。
6.可选地，所述路堤模型包括分层布设的土工格栅和位于土工格栅上的加筋。
7.可选地，所述试验箱与进水水槽、出水水槽各通过由多个节杆拼接所成的拉伸架连接。
8.可选地，所述进水水槽、出水水槽内安置有u型滑槽，以将进水水槽、出水水槽与试验箱的密封连接。
9.可选地，所述进水水槽的进水处为可滑动面板，所述可滑动面板安装有水阀，水阀连接有压力表。
10.可选地，所述过滤支架包括过滤板和位于所述过滤板上的透水土工织物层。
11.可选地，用以为所述振动台提供动力的动力机构包括油箱、变压继电器、控制柜和控制电脑，所述变压继电器、控制柜和控制电脑依次电连接以控制油箱产生直线驱动力，所述油箱连接所述振动台。
12.可选地，所述流速仪有三个，分别固定在进水水槽靠近出水口处和验箱靠近路堤模型的两端处。
13.可选地，所述摄影设备固定在试验箱的尾端顶部，所述试验箱连接有可折叠杆件以调整摄影设备的拍摄位置。
14.本技术模拟装置的工作原理是：
15.本模拟装置通过泥石流山洪模拟机构的可升降调节倾角，模拟不同泥石流等冲击角度对路堤结构的影响；地震模拟机构模拟不同地震工况和地震类型对路堤结构的影响；试验测试机构在振动试验过程中可实时观测模型受损情况，可收集试验数据供后续模型稳定性分析。
16.本技术具有下列有益效果：
17.1、本技术可用于室内模拟试验，模拟地震和泥石流、山洪等共同作用，模拟真实地震作用，研究震后二次灾害对路堤结构的损伤影响，指导路堤防护工程建设。
18.2、本技术可在进行地震模拟试验后直接进行后续二次灾害模拟，减少运移过程对试验模型的损失，极大减少试验工程量。
19.3、本技术在试验过程中可直观通过摄像机和刻度线观察模型变形受冲击情况，实时观察到路堤模型位移、沉降、应力、孔压及水分含量数据，为后期对模型性能分析提供完整可靠的数据支持。
20.4、本技术试验过程可控，物料收集后可重复利用，试验现象利用摄像设备记录，方便观察，可进行多组试验对比，保证试验数据准确性。
附图说明
21.下面结合附图，通过对本技术的具体实施方式详细描述，将使本技术的技术方案及其它有益效果显而易见。
22.图1为本技术实施例提供的模拟装置的整体结构示意图；
23.图2为本技术实施例提供的模拟装置的一视图；
24.图3为本技术实施例提供的路堤模型的结构示意图；
25.图4为本技术实施例提供的可滑动面板的结构示意图；
26.图5为本技术实施例提供的u型滑槽的结构示意图；
27.图6为本技术实施例提供的伸缩架的结构示意图；
28.图7为本技术实施例提供的滑轨层、基础层装配的结构示意图；
29.图8为本技术实施例提供的过滤支架的结构示意图。
30.其中，图中元件标识如下：
31.1-试验箱，2-路堤模型，3-透明玻璃面板，4-刻度线，5-物料箱，6-进水水槽，7-可滑动面板，8-水阀，9-压力表，10-出水水槽，11-水土收集箱，12-液压升降缸，13-u型滑槽，14-过滤支架，15-透水织物，16-伸缩架，17-振动台台面，18-滑轨层，19-基础层，20-控制柜，21-控制电脑，22-变压继电器，23-油箱，24-加速度计，25-土压力盒，26-孔压计，27-水分传感器，28-流速仪，29-位移计，30-可折叠支架，31-摄影设备。
具体实施方式
32.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
33.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
35.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
36.请参考图1、图2，本技术提供一种路堤模型多种地质灾害作用模拟装置，包括泥石流山洪模拟机构、地震模拟机构2、试验测试机构和用以容纳路堤模型2的试验箱1。
37.上述试验箱1包括箱体、路堤模型2和透明玻璃面板3，所述透明玻璃面板3绘制有刻度线4，便于观察试验过程中路堤模型2的受损情况。
38.参考图3，路堤模型2包括分层布设的土工格栅和位于土工格栅上的加筋。可以可根据实际工程应用实例对路堤模型做加筋及其他防护处理。应当理解的是，试验测试机构位于路堤模型2内。
39.上述试验箱1固定在地震模拟机构上，所述试验箱1通过伸缩架16与进水水槽6和出水水槽10相连，可保证在地震试验模拟过程中不会受泥石流山洪模拟机构影响，而且对进水水槽6、出水水槽10同试验箱1的装配时提供定位作用。关于伸缩架16的实现结构，可参考图6所表示的形式，作为一种可示范地方式，其由多根节杆拼接而成，并且相连的节杆之间通过诸如销钉的转动件连接，以实现不同节杆之间的相互转动，从而使得形成伸缩功能。
40.参考图5，可用u型滑槽13将试验箱1与进水水槽6和出水水槽10紧密连接，保证模拟物料在试验过程不会外泄。u型滑槽13为附于进水水槽6和出水水槽10开口处的三面可滑动刚性槽板，进行地震试验过程中滑槽嵌固于进水水槽6、出水水槽10的内壁，地震模拟结束后将滑槽滑出嵌入模型箱1两端开口处，实现物料贯通。应该注意的是，在进行完地震模拟试验后，将置于进水水槽6和出水水槽10内部的u型滑槽13固结与连接处达到密封效果，之后进行二次灾害模拟试验。
41.参考图1、图2，泥石流山洪模拟机构包括物料箱5、进水水槽6、出水水槽10、水土收集箱11和液压升降缸12，所述物料箱5与进水水槽6相连，进水水槽6进水口设置上下可滑动面板7。
42.参考图4，可滑动面板7安装有水阀8，压力表9与水阀8相连且置于物料箱外便于观测，当试验模拟物料固相含量较高时可调节可滑动面板7释放模拟物料，当实验模拟物料固相含量较低，可直接调节水阀8控制模拟物料流量。
43.所述物料箱5和进水水槽6底部安装有液压升降缸12，可通过控制柜20调节进油量控制进水水槽6倾角角度模拟不同工况。
44.参考图8，所述水土收集箱11的内部放置过滤支架14，过滤支架14铺设透水织物15，用以分离泥沙和水。
45.地震模拟机构，所述地震模拟机构包括振动台17、滑轨层18和基础层19，台面有螺孔(图中未示出)，与试验箱1固接。参考图7，滑轨层18采用工字形的横向滑轨，通过横向滑轨来模拟地震横波作用。基础层19有油缸与滑轨层18连接，模拟地震纵波作用，所述振动台整体与油箱23、控制柜20、变压继电器22和控制电脑21连接，可设置不同强度的地震。
46.上述试验测试机构包括加速度计24、土压力盒25、孔压计26、水分传感器27、流速仪28、位移计29和摄影设备30，所述加速度计24、土压力盒25、孔压计26和水分传感器27埋置在路堤模型2的内部监测模型参数。所述流速仪28安置在进水水槽6的出口附近及试验箱1临近路堤模型2的两端处，所述位移计29固定在试验箱1且监测路堤模型2的顶部沉降情况，所述摄影设备31通过可折叠支架30调整摄影设备30的拍摄角度，更全面的观察试验过程。
47.再次参考图1-图8，采用上述模拟装置，具体试验包括以下步骤：
48.s1、试验箱1内铺一层砂基础，根据规范要求在带刻度线4的玻璃箱内分层填筑路堤模型2，填筑过程中每层铺设筋材；在预设位置埋置加速度计24、土压力盒25、孔压计26，位移计29固定在试验箱1的箱内以监测路堤模型2的顶部沉降，流速仪28安置在进水水槽6的出水口和试验箱内的路堤模型2两侧以监测流速、流量数据；
49.s2、调试检测机构，保证水分传感器27正常工作，将控制电脑21及数据采集仪数据清零，检查试验测试机构是否固定到位；
50.s3、根据试验方案调整液压升降缸12的高度，根据所需工况将不同试验模拟物料置于物料箱5内；
51.s4、开启振动台17，打开控制电脑21的预设所需地震类型，调整振动级数及频率，地震模拟试验过程中观察水分传感器27的数据；
52.s5、根据试验方案所需振动试验时间观察路堤模型2的变形情况，及时关闭控制电脑21，并记录保存传感器数据；
53.s6、将传感器数据再次清零，打开可滑动面板7或水阀8，释放试验模拟物料进行二次灾害模拟试验；
54.s7、根据模拟工况调整冲击时长及每分钟释放冲击流量，记录冲击过程传感器实时数据；
55.s8、二次灾害试验结束，通过高速摄像设备31拍摄画面及刻度线4观察路堤模型变形情况，记录模型破坏模式；
56.s9、清理试验现场，将进水水槽6、出水水槽10归位，根据总结结论分析路堤模型2破坏的主要原因，准备下一次试验，重复s1-s8。
57.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。