本發(fā)明涉及非飽和土邊坡模擬試驗(yàn)裝置的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種降雨入滲和地下水位可調(diào)的非飽和土邊坡模擬試驗(yàn)裝置，可以模擬不同降雨強(qiáng)度下非飽和土邊坡雨水入滲規(guī)律和破壞特性。

背景技術(shù)：

持續(xù)降雨是導(dǎo)致滑坡地質(zhì)災(zāi)害的重要誘因之一，經(jīng)常造成重大的人員傷亡、財(cái)物損失以及交通中斷，其形成機(jī)理和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)仍然是一大難題。一般條件下，邊坡表層土處于非飽和狀態(tài)，持續(xù)降雨發(fā)生后，雨水長(zhǎng)時(shí)間入滲導(dǎo)致濕潤(rùn)鋒不斷下移，邊坡含水量增加、基質(zhì)吸力減小，而且易導(dǎo)致雨水在邊坡內(nèi)呈流動(dòng)狀態(tài)，削弱了土的抗剪強(qiáng)度，因此，降雨導(dǎo)致的非飽和土邊坡失穩(wěn)問題亟待解決。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)降雨誘發(fā)的非飽和土邊坡失穩(wěn)機(jī)理進(jìn)行了深入研究，但仍需要大量的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，通過模型試驗(yàn)研究持續(xù)降雨入滲非飽和土邊坡的雨水入滲規(guī)律、邊坡破壞過程內(nèi)部力學(xué)變化、觸發(fā)機(jī)理和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)等，用來指導(dǎo)工程實(shí)踐和災(zāi)害防治。因此，降雨入滲非飽和土邊坡模型試驗(yàn)越來越受到重視。

目前，室內(nèi)模擬降雨入滲土邊坡試驗(yàn)主要存在兩大問題：一是降雨高度固定，模型裝置基本上是固定在某個(gè)位置，沒有設(shè)置地下水位；二是雨水生成的真實(shí)性模擬，目前采用的單排孔管網(wǎng)式與噴射式降雨模擬裝置，對(duì)雨強(qiáng)和雨水分布密度等有一定影響，對(duì)不同降雨強(qiáng)度下的結(jié)果偏差較大，高強(qiáng)度的降雨工況容易導(dǎo)致坡面沖刷，極低降雨強(qiáng)度易形成水滴，不精確；三是模型系統(tǒng)裝置與土邊坡邊界的真實(shí)性模擬，目前采用的模型邊界有木板模、鋼板模、塑料板模，對(duì)土壓力形成的兩側(cè)模板移位控制不嚴(yán)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種可以模擬降雨強(qiáng)度時(shí)大時(shí)小條件下非飽和土邊坡雨水入滲規(guī)律和破壞特性，解決了降雨生成時(shí)不同降雨強(qiáng)度下的結(jié)果偏差、高強(qiáng)度降雨導(dǎo)致坡面沖刷、極低降雨強(qiáng)度易形成水滴、土邊界模擬和地下水位設(shè)置等技術(shù)問題的降雨入滲和地下水位可調(diào)的非飽和土邊坡模擬試驗(yàn)裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種降雨入滲和地下水位可調(diào)的非飽和土邊坡模擬試驗(yàn)裝置，包括機(jī)箱，機(jī)箱的上頂面設(shè)有開口，開口上的右側(cè)設(shè)有左側(cè)和底部均設(shè)有開口的降雨箱，降雨箱的頂部設(shè)有至少兩根相互連通的與外置的水箱連接的降雨管，降雨管朝向機(jī)箱的一側(cè)設(shè)有若干個(gè)降雨孔，機(jī)箱和降雨箱的前或/和后側(cè)板上由上至下設(shè)置有若干個(gè)供檢測(cè)探頭插入的安裝孔，機(jī)箱下側(cè)靠近其箱底的前、后、左、右側(cè)板中的至少一個(gè)側(cè)板上設(shè)有若干個(gè)地下水位孔；水箱的底部設(shè)有與降雨管連接的由閥門控制的出水管路，水箱的側(cè)壁上側(cè)設(shè)有至少一個(gè)溢水孔。

本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述機(jī)箱包括箱底，箱底上與其四角相對(duì)應(yīng)的位置處分別固定設(shè)有第一支架，四根第一支架之間通過第一橫架固定，固定四根第一支架的第一橫架之間形成四邊形的框形結(jié)構(gòu)，相鄰的第一支架之間分別設(shè)有擋板，地下水位孔設(shè)于四個(gè)擋板中的至少一個(gè)擋板的下側(cè)。

本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述左側(cè)的兩根第一支架相對(duì)于箱底的高度小于右側(cè)的兩根第一支架相對(duì)于箱底的高度。

本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述箱底中部的前、后兩側(cè)相對(duì)應(yīng)的位置分別設(shè)有第二支架，第二支架的相對(duì)于箱底的高度與右側(cè)的兩根第一支架相對(duì)于箱底的高度相等，兩根第二支架和右側(cè)的兩根第一支架中相鄰的支架之間通過第二橫架固定連接，四根第二橫架之間形成四邊形的框形結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述兩根第二支架和右側(cè)的兩根第一支架之間的箱底的前、后兩側(cè)相對(duì)應(yīng)的位置分別設(shè)有第三支架，兩根第三支架的上端分別與相對(duì)應(yīng)的第二橫架固定連接。

本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述前側(cè)和后側(cè)的第二支架和右側(cè)的第一支架之間的擋板分別向上側(cè)延伸，右側(cè)的兩根第一支架之間擋板向上延伸，延伸后擋板形成降雨箱的前、后、右側(cè)板。

本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述延伸后的前、后側(cè)板之間通過若干個(gè)相互平行且間隔設(shè)置的拉桿貫穿，每根拉桿分別貫穿延伸后的前、后側(cè)板之后的兩端分別通過螺栓固定。

本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述每根降雨管上沿每根管的軸向設(shè)有若干組降雨孔，每組降雨孔中的所有降雨孔排布成梅花狀，每個(gè)降雨孔上均固定設(shè)有軸線與相對(duì)應(yīng)的降雨孔相重合的出水管道，出水管道的出水端縮頸形成縮頸部，縮頸部上設(shè)有出水端頭。

本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述每根降雨管上的中間一列降雨孔的軸線分別與兩側(cè)的降雨孔的軸線的夾角小于45度。

本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述降雨箱的頂部設(shè)有開口，降雨箱的頂部安裝有矩形框架，降雨管均安裝于矩形框架上，矩形框架的外圈上設(shè)有若干個(gè)定位螺栓孔，降雨箱上由上至下設(shè)有若干個(gè)分別與矩形框架上的每個(gè)螺栓孔位置相對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)螺孔。

通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明所達(dá)到的技術(shù)效果為：

1、模擬系統(tǒng)原料組成和制作簡(jiǎn)單、移位方便；

2、模擬系統(tǒng)降雨強(qiáng)度可變、生成方式和分布密度可控可靠，滿足降雨強(qiáng)度極大極小條件；

3、模擬系統(tǒng)模型邊界逼真，并可設(shè)地下水位，降雨高度可調(diào)控，為降雨入滲非飽和土邊坡模擬試驗(yàn)提供了一套好的實(shí)驗(yàn)裝置。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明的正視結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖3為本發(fā)明的降雨管的立體結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖4為本發(fā)明的降雨管的截面結(jié)構(gòu)原理示意圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1～4，為本發(fā)明公開的一種降雨入滲和地下水位可調(diào)的非飽和土邊坡模擬試驗(yàn)裝置，包括機(jī)箱10，機(jī)箱10的上頂面設(shè)有開口，開口上的右側(cè)設(shè)有左側(cè)和底部均設(shè)有開口的降雨箱11。其中，機(jī)箱10包括箱底12，箱底12上與其四角相對(duì)應(yīng)的位置處分別固定設(shè)有第一支架13，四根第一支架13之間通過第一橫架14固定，那么第一橫架14的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際的情況設(shè)定，如果機(jī)箱10整體的高度較高，那么可以在縱向的方向上設(shè)置至少兩根以上的第一橫架用于固定，固定四根第一支架13的第一橫架14之間形成四邊形的框形結(jié)構(gòu)，相鄰的第一支架13之間分別設(shè)有擋板15，地下水位孔16設(shè)于四個(gè)擋板15中的至少一個(gè)擋板15的下側(cè)。地下水位孔當(dāng)然可以設(shè)計(jì)成帶有堵頭的孔，這樣地下水位孔根據(jù)是否設(shè)定水位確定開啟與關(guān)閉。

為了能夠方便設(shè)置降雨箱11，左側(cè)的兩根第一支架13相對(duì)于箱底12的高度小于右側(cè)的兩根第一支架13相對(duì)于箱底12的高度。箱底12中部的前、后兩側(cè)相對(duì)應(yīng)的位置分別設(shè)有第二支架17，第二支架17的相對(duì)于箱底12的高度與右側(cè)的兩根第一支架13相對(duì)于箱底12的高度相等，兩根第二支架17和右側(cè)的兩根第一支架13中相鄰的支架之間通過第二橫架18固定連接，四根第二橫架18之間形成四邊形的框形結(jié)構(gòu)。那么第二支架也可以根據(jù)實(shí)際的需要可以多設(shè)置幾根，同樣第二橫架的數(shù)量也可以類似第一橫架一樣，多設(shè)置一些，這樣設(shè)計(jì)也主要是為了更好的增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。兩根第二支架17和右側(cè)的兩根第一支架13之間的箱底12的前、后兩側(cè)相對(duì)應(yīng)的位置分別設(shè)有第三支架19，兩根第三支架19的上端分別與相對(duì)應(yīng)的第二橫架18固定連接。然后將前側(cè)和后側(cè)的第二支架17和右側(cè)的第一支架13之間的擋板15分別向上側(cè)延伸，右側(cè)的兩根第一支架13之間擋板15向上延伸，延伸后擋板15形成降雨箱的前、后、右側(cè)板，延伸后的前、后側(cè)板之間通過若干個(gè)相互平行且間隔設(shè)置的拉桿貫20穿，每根拉桿20分別貫穿延伸后的前、后側(cè)板之后的兩端分別通過螺栓固定。拉桿的設(shè)計(jì)，也主要是為了能夠能好的控制機(jī)箱以及降雨箱的前、后側(cè)板之間的間距的精準(zhǔn)度和穩(wěn)固性。

本實(shí)施例中，降雨箱11的頂部設(shè)有至少兩根相互連通的與外置的水箱21連接的降雨管22，降雨管22朝向機(jī)箱10的一側(cè)設(shè)有若干個(gè)降雨孔23，每根降雨管22上沿每根管的軸向設(shè)有若干組降雨孔，每組降雨孔中的所有降雨孔23排布成梅花狀，每個(gè)降雨孔23上均固定設(shè)有軸線與相對(duì)應(yīng)的降雨孔23相重合的出水管道29，出水管道29的出水端縮頸形成縮頸部30，縮頸部30上設(shè)有出水端頭31(這部分結(jié)構(gòu)類似于打針用的針管出去推桿和活塞部分的管體)。將降雨孔口按間距以梅花狀布設(shè)在每根降雨管的下半弧面(即朝向機(jī)箱的一側(cè))，形成多排孔梅花型弧面狀的雨水生成系統(tǒng)，確保有不同方向的降雨。其中，水箱21的底部設(shè)有與降雨管22連接的由閥門24控制的出水管路25，水箱21的側(cè)壁上側(cè)設(shè)有至少一個(gè)溢水孔26。每根降雨管22上的中間一列降雨孔23的軸線分別與兩側(cè)的降雨孔23的軸線的夾角小于45度。

上述中，在機(jī)箱10和降雨箱11的前或/和后側(cè)板上由上至下設(shè)置有若干個(gè)供檢測(cè)探頭插入的安裝孔27，機(jī)箱10下側(cè)靠近其箱底的前、后、左、右側(cè)板中的至少一個(gè)側(cè)板上設(shè)有若干個(gè)地下水位孔16；降雨箱11的頂部設(shè)有開口，降雨箱11的頂部安裝有矩形框架，降雨管22均安裝于矩形框架28上，矩形框架28的外圈上設(shè)有若干個(gè)定位螺栓孔，降雨箱上由上至下設(shè)有若干個(gè)分別與矩形框架28上的每個(gè)螺栓孔位置相對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)螺孔。通過定位螺栓孔和調(diào)節(jié)螺孔的設(shè)置，并通過螺母來調(diào)節(jié)矩形框架的高度，這樣就可以方便調(diào)節(jié)降雨高度，保證雨滴與土坡面接觸和降雨分布密度更加精確。

上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非依此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，故：凡依本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、形狀、原理所做的等效變化，均應(yīng)涵蓋于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。