一种模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验装置.pdf

本发明涉及一种模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验装置，主要用于人工降雨对岩土体边坡冲刷(或侵蚀)特性试验的研究，属于岩土工程和环境工程领域。试验装置包括自动变坡试验架、试验土槽和雨强可调式降雨器，旋转支架由导轨、曲柄、曲柄制动、上转轴、和防倒滑装置组成，固定承载支架由下转轴、轴承座、弯曲导槽、铰盘和下转轴限位装置组成，雨强可调式降雨器由降雨器、压力传感器、振动器、气压计、调压阀等组成，雨强可调式降雨器通过支架置放在变坡试验架上方。本发明的生态岩土力学护坡试验装置，具有结构简单、可调节降雨强度、降雨均匀，实现了降雨器内气压、水压及降雨量的自动在线采集，节约装卸试验土槽的时间及劳动量的特点。

1.  一种模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验装置，包括试验架、试验土槽、降雨器，其特征在于：试验装置由变坡试验架(B)、试验土槽和雨强可调式降雨器(A)构成，变坡试验架(B)由旋转支架、固定承载支架和坡度控制装置构成，旋转支架由导轨(11)、曲柄(9)、曲柄制动(8)、上转轴(10)、和防倒滑装置组成，固定承载支架由下转轴(1)、轴承座(5)、弯曲导槽(7)、铰盘(3)和下转轴限位装置(2)组成，旋转支架通过安装在上转轴(10)上的轴承(16)安装在固定承载支架的轴承座(5)中，曲柄(9)活动的安装在固定承载支架的弯曲导槽(7)中，试验土槽(12)通过滚轮(15)置放在旋转支架的导轨(11)中，下转轴(1)的两端分别设置有铰盘(3)，铰盘(3)中的铰索(4)通过设置在弯曲导槽(7)端部的滑轮(6)沿弯曲导槽(7)固定连接在曲柄(9)上，雨强可调式降雨器(A)由降雨器、压力传感器(20)、振动器(21)、气压计(24)、调压阀(25)、气泵(26)、流量计(27)、溢流阀(28)、水泵(29)、单向阀(30)组成，降雨器上部是气缸(22)，下部是斗式喷头(19)，气缸(22)和斗式喷头(19)之间固定连接，气缸(22)通过管道连接气压计(24)、调压阀(25)、气泵(26)，斗式喷头(19)通过管道连接流量计(27)、单向阀(30)、溢流阀(28)、水泵(29)，振动器(21)安装在降雨器的外壁上，雨强可调式降雨器(A)通过支架置放在变坡试验架(B)上方。

2.  根据权利要求1所述的模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验装置，其特征在于：所述的坡度控制装置包含表盘(14)和指针(13)，表盘(14)固定安装在固定承载支架上，指针(13)固定安装在上转轴(10)的端部，表盘(14)的中心和上转轴的轴心在同一轴线上。

3.  根据权利要求1所述的模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验装置，其特征在于：下转轴限位装置(2)分别固定安装在下转轴(1)的两端上。

4.  根据权利要求1所述的模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验装置，其特征在于：下转轴(1)通过齿轮与电机的转轴咬合。

5.  根据权利要求1所述的模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验装置，其特征在于：压力传感器(20)设置在斗式喷头(19)内。

6.  根据权利要求1所述的模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验装置，其特征在于：调压阀(25)设置在气压计(24)和气泵(26)之间。

7.  根据权利要求1所述的模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验装置，其特征在于：流量计(27)设置在斗式喷头(19)和单向阀(30)之间，溢流阀(28)设置在单向阀(30)和水泵(29)之间。

一种模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验装置
技术领域
本发明涉及一种模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验装置，主要用于人工降雨对岩土体边坡冲刷(或侵蚀)特性试验的研究，属于岩土工程和环境工程领域。
背景技术
裸露岩土坡体带来的安全及生态环境问题已成为当今环境问题中的热点和焦点问题。据统计，自1972年联合国斯德哥尔摩环保会议以来，由于工程施工等人为因素导致水土流失和耕地占用使全球失去了近5000亿吨的表层土；与此同时，植被破坏导致温室效应的二氧化碳产量增加了10％，其中，全世界每年向大气排放的二氧化碳及硫化物超过80亿吨，臭氧层已遭到严重破坏。目前，我国水土流失面积占国土面积的51％，其中水利侵蚀面积约为180km2。“十一五”期间，随着我国公路、铁路、水利、电力和矿山等基础建设以及工程挖方和填方工程的增加，形成了大量次生裸地以及严重的水土流失现象。植被遭受破坏的山体导致大量裸露边坡，随之而来的一系列环境问题，如水土流失、滑坡、泥石流、局部小气候恶化以及生物链的破坏等，都加剧了生态系统的恶化，这种现象在一些生态环境脆弱区尤为明显。
植被生态护坡是一种利用植被固土对坡体进行防护和绿化有效途径，可同时考虑生物、环境和人体间相互影响和作用，它通过生态工程自支撑、自组织、与自我修复等功能来实现边坡的抗冲蚀、抗滑动和生态恢复，以达到减少水土流失、维持生态多样性和生态平衡及美化环境等目的，可解决边坡工程建设与生态环境破坏的矛盾，提高护坡效果、降低工程成本，从而达到既能有效防护边坡灾害，又能使生物、环境和及人三者相互受益，协调发展。植被护坡技术除了具有经济性的特点外，而且随着植物的生长和繁殖，还可以增强坡体的防侵蚀能力；国务院2000(31)号文件《国务院关于进一步推进全国绿色通道的建设》规定：绿色通道建设必须在保障无安全隐患的前提下进行，要和公路、铁路、水利等设施建设统筹规划并与工程建设周边地区同步绿化。
在评价植被护坡对岩土坡体稳定性影响的过程中，必须通过室内相似模拟试验来获取相关技术参数。现场试验及监测过程仅能反映出某一特定时间特定工况条件下坡体介质水分场、应力场及位移场的变化过程，并不能系统反映岩土体介质在整个植被施工及生长过程中以及不同工况下岩土体抗冲刷和侵蚀能力的动态变化，因而无法满足实际工程应用的需要。目前模拟降雨条件下生态护坡设备在雨强的可调节性、降雨的均匀度和实验架的自动变坡等方面局限性，严重制约了描述坡体稳定性评价模型的发展及最小安全系数预测结果的准确性。现有试验系统未能实现降雨强度的自动调节，不同边坡坡度条件下的稳定性分析以及有无植被条件下坡体受降雨冲刷(或侵蚀)对比分析。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明目的在于提供一种结构简单、操作方便，适用于室内生态护坡模拟试验的一种模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验装置。
其技术解决方案为：
模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验装置，包括自动变坡试验架、试验土槽和雨强可调式降雨器，自动变坡试验架由旋转支架、固定承载支架和坡度控制装置构成，旋转支架由导轨、曲柄、曲柄制动、上转轴、和防倒滑装置组成，固定承载支架由下转轴、轴承座、弯曲导槽、铰盘和下转轴限位装置组成，旋转支架通过安装在上转轴上的轴承安装在固定承载支架的轴承座中，曲柄活动的安装在固定承载支架的弯曲导槽中，试验土槽通过滚轮置放在旋转支架的导轨中，下转轴的两端分别设置有铰盘，铰盘中的铰索通过设置在弯曲导槽端部的滑轮沿弯曲导槽固定连接在曲柄上。坡度控制装置包含表盘和指针，表盘固定安装在固定承载支架上，表针固定安装在上转轴的端部，表盘的中心和上转轴的轴心在同一轴线上。下转轴限位装置分别固定安装在下转轴的两端上。下转轴通过齿轮与电机的转轴咬合。
雨强可调式降雨器由降雨器、压力传感器、振动器、气压计、调压阀、气泵、流量计、溢流阀、水泵、单向阀组成，降雨器上部是气缸，下部是斗式喷头，气缸和斗式喷头之间固定连接，气缸通过管道连接气压计、调压阀、气泵，斗式喷头通过管道连接流量计、单向阀、溢流阀、水泵，压力传感器设置在斗式喷头内，振动器安装在降雨器的外壁上，雨强可调式降雨器通过支架置放在变坡试验架方。
由于采用了以上技术方案，本发明的生态岩土力学护坡试验装置采用的自动变坡试验架可以调节试验架的角度，使用的雨强可调式降雨器可以调节降雨强度，采集在一定雨强下的气压，水压、水流量数据，可以模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验。
本发明的生态岩土力学护坡试验装置，具有结构简单、可调节降雨强度、降雨均匀，实现了降雨器内气压、水压及降雨量的自动在线采集，节约装卸试验土槽的时间及劳动量的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明的自动变坡试验架示意图
图3是本发明的试验土槽结构示意图
图4是本发明的固定承载支架结构示意图
图5是本发明的可旋转试验架结构示意图
图6是本发明的雨强可调式降雨器示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步详细描述：见附图
模拟降雨条件下生态岩土力学护坡试验装置，包括自动变坡试验架、试验土槽A和雨强可调式降雨器B，雨强可调式降雨器A通过支架置放在变坡试验架B上方。试验土槽12为三个，自动变坡试验架由旋转支架、固定承载支架和坡度控制装置构成，旋转支架由导轨11、曲柄9、曲柄制动8、上转轴10、和防倒滑装置组成，导轨11与试验土槽12对应，曲柄制动8直接和曲柄9连接在一起，固定承载支架由下转轴1、轴承座5、弯曲导槽7、铰盘3和下转轴限位装置2组成，下转轴限位装置2可采用齿轮和其它装置控制，下转轴限位装置2起限位作用，旋转支架通过安装在上转轴10上的轴承16安装在固定承载支架的轴承座5中，曲柄9活动的安装在固定承载支架的弯曲导槽7中，试验土槽12通过滚轮15置放在旋转支架的导轨11中，下转轴1的两端分别设置有铰盘3，铰盘3中的铰索4通过设置在弯曲导槽7端部的滑轮6沿弯曲导槽7固定连接在曲柄9上。坡度控制装置包含表盘14和指针13，表盘14固定安装在固定承载支架上，指13固定安装在上转轴10的端部，表盘14的中心和上转轴的轴心在同一轴线上。下转轴限位装置2分别固定安装在下转轴1的两端上。对下转轴起限位作用。下转轴1通过齿轮与电机的转轴咬合。电机带动下转轴1，下转轴1的转动通过设置在下转轴1两端的铰盘3牵引铰索4带动旋转支架的曲柄9沿弯曲导槽7移动。
雨强可调式降雨器A由降雨器、压力传感器20、振动器21、气压计24、调压阀25、气泵26、流量计27、溢流阀28、水泵29、单向阀30组成，降雨器上部是气缸22，下部是斗式喷头19。压力传感器20设置在斗式喷头19内，压力传感器20测定降雨水压力。气缸22和斗式喷头19之间固定连接，气缸22通过管道连接气压计24、调压阀25、气泵26，调压阀25设置在气压计24和气泵26之间，气压计24用于测量气缸22内的气体压力，气泵26向气缸22内鼓入气体，调压阀25调节气体压力，调压阀25调节气体压力。斗式喷头19通过管道连接流量计27、单向阀30、溢流阀28、水泵29，流量计27设置斗式喷头19和单向阀30之间，溢流阀28设置在单向阀30和水泵29之间，活塞23在气压作用下向斗式喷头19内施加压力，压力传感器20测定斗式喷头19内的水压力，斗式喷头19均匀向试验土槽12降雨，振动21安装在降雨器的外壁上，震动气缸22使雨滴均匀降洒试验土槽12，。压力传感器20、流量计27、振动器21、气压计24通过导线连接到电脑18，电脑采集压力传感器20、流量计27、气压计24的信号和输出信号控制振动器21的振动振幅和频率。