[发明专利]模拟泥石流起动的大变形十字板头剪切流变试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及泥石流起动试验系统，特别涉及一种模拟泥石流起动的大 变形十字板头剪切流变试验系统。

背景技术

滑坡和泥石流是我国近年频发的地质灾害，每年因滑坡泥石流导致的伤 亡人数以千计，使国家遭受上千万乃至数十亿的财产损失。起动形成泥石 流的物源往往是浅表层松散堆积的土体，其围压较低，通常围压不足 10KPa。降雨渗透作用使得浅表层物源的物理、力学性能产生变化，进而致 使物源持续变形，直至变形不收敛而起动形成泥石流。可见滑坡泥石流灾 害的产生是物源在含水量连续变化过程中，其强度演化，变形发展的过程， 且两个作用同时发生，相互影响。滑坡泥石流灾害(尤其是泥石流)的起 动过程，有以下三个特征：

1、泥石流起动是物源从非饱和—饱和—过饱和的连续演化过程。

2、泥石流起动物源的深度离散性较大，但通常是浅表层堆积物起动、 汇流形成具有破坏力规模的泥石流。

3、泥石流起动物源经历小变形—大变形—起动—运移的过程。

由于泥石流起动存在上述特征，因此为其起动模拟研究带来了一系列的 难题，其中模拟方法、参数采集、监测设备等都有许多问题亟待解决，例 如：

1、监测泥石流起动的非饱和—饱和—过饱和过程中的变形、抗起动力 极为困难。

2、低围压条件下测定土体的强度参数是泥石流起动研究的另一大难点。

3、通过监测数据确定泥石流的起动时点，从而给定严格意义上泥石流 起动的判定条件又是一大难题。

4、追踪大变形及其以后过程的物源阻力特征、运移速率也是泥石流起 动研究的一大难题。

目前，国内外针对滑坡泥石流的起动开展了大量的研究，已有学者从物 源特征等方面做了较为系统的研究。但多采用传统的实验方式：即室内试 验仍以土体强度试验为主，模型实验又不能准确的确定泥石流起动时点， 模型实验对泥石流起动的判定以感观描述和孔隙水压力的变化作为依据。 因此尚未能给出起动直接判定条件，即位移—速度这一过程的转化的变形、 力学条件。

在模型试验方面，国内外学者做了一系列探索性工作，崔鹏(1993)等 采用了小型槽实验研究泥石流起动，分析提出了泥石流起动的突变学特征。 Iverson(1998)等利用模型实验研究提出了滑坡转化为泥石流的三个过程： 即物源强度因不能满足库伦准则而大面积破坏，破坏后的物源部分或全部 液化，液化后物源的平动动能转化为震动内能。M.Papa等利用水槽实验研 究径流起动泥沙颗粒的作用，并建立起地表径流和泥石流起动的关系。陈 晓清(2004)等采用坡面松散土体开展降雨模拟实验，通过监测土体的水 势、孔隙水压力、含水量、地温等物理量据研究泥石流起动的机理，提出 泥石流起动时物源中孔隙水压力出现突变。IvanB.Gratchev(2006)、 YasuhikoOkada(2004)等采用环剪实验研究粘性土体的剪切液化作用， 并用于分析滑坡泥石流等灾害的研究。陈宁生(2007)利用小型槽实验模 拟了粘土颗粒对泥石流起动的作用。以上实验方法具有鲜明的优点和缺点， 小型槽实验可以很好的模拟泥石流起动的天然条件，但是不能准确的确定 泥石流的起动时点，因此不能监测起动时点的物理量。环剪实验的条件严 格，并能测定物源的力学参数，能够开展物源大位移实验研究，但是其条 件跟泥石流起动的天然条件差别很大，且对实验材料的粒径限制严格，因 而不能模拟真实的物源状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟泥石流起动的大变形十字板头剪切流变 试验系统，用于模拟泥石流灾害的起动—运移—停积等过程实验模拟。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种模拟泥石流起动的大变形十 字板头剪切流变试验系统，包括物源槽，设置在物源槽上方对物源槽内物 源喷水的降雨系统，设置在物源槽内用于测量物源内部含水量、土压力和 孔隙水压力的多物理量监测系统，伸入物源槽内对物源搅拌的十字板头剪 切流变仪，以及与所述多物理量监测系统和十字板头剪切流变仪连接的数 据采集与控制系统。

进一步地，所述物源槽的下部设置有多个可启闭的排水孔，所述物源 槽的周围设置有角柱，所述角柱上设置有用于支撑所述降雨系统的支撑梁。