[发明专利]一种模拟地震波和降雨耦合作用诱发滑坡的实验装置及方法

权利要求书

1.一种模拟地震波和降雨耦合作用诱发滑坡的实验装置，该装置包括试验系统、振动模拟系统、降雨模拟系统；所述试验系统用于堆置边坡体并形成力学环境，所述振动模拟系统用于模拟地震波作用，所述降雨模拟系统用于提供水源并形成降雨作用环境。

2.根据权利要求1所述的模拟地震波和降雨耦合作用诱发滑坡的实验装置，其特征是，所述试验系统包括试验箱、电信号采集装置、控制器和高速摄像机；其中，所述试验箱的形状为长方形，试验箱顶部开放，其余侧面均封闭，试验箱沿长边的方向两相对侧面为观察侧面，试验箱垂直长边的一个侧面为排水面，所述排水面上开有排水口。

3.根据权利要求2所述的模拟地震波和降雨耦合作用诱发滑坡的实验装置，其特征是，所述试验箱包括透明面板、集水箱、导管以及滤网；其中，试验箱沿长边的方向的两相对侧面为观察侧面，试验箱观察侧面设有所述透明面板，透明面板上刻有坐标网格并间隔均布有用于安装测量用传感器的安装孔；所述集水箱安装在排水面上，用于收集试验箱中排出的积水，并由所述导管将集水箱中的积水排到外部容器中；所述滤网布置在试验箱的排水面上，用于防止土体从排水面进入集水箱并堵塞导管。

4.根据权利要求2所述的模拟地震波和降雨耦合作用诱发滑坡的实验装置，其特征是，所述电信号采集装置用导线与试验系统内的传感器相连，用于收集传感器发出的电信号；所述控制器与电信号采集装置、所述高速摄像机、振动模拟系统和降雨模拟系统电连接，用于处理电信号采集装置所采集的数据以及控制高速摄像机、振动模拟系统和降雨模拟系统；所述高速摄像机位于试验箱的观察侧面，用于记录试验箱内边坡体发生破坏的过程。

5.根据权利要求1所述的模拟地震波和降雨耦合作用诱发滑坡的实验装置，其特征是，所述振动模拟系统包括底板、轨道、基座、滑轮、液压缸；其中，所述底板为长方形，底板位于试验箱下方；所述轨道共有三对，其中两对竖向的轨道垂直安装在底板的四个角上，余下一对水平的轨道放置在底板下方；所述基座安装在水平轨道的一端；所述滑轮共有六对，其中四对滑轮安装在试验箱沿着短边方向的两个侧面上，余下的两对滑轮安装在底板下方；所述液压缸共有四个，其中两个安装在底板上，液压缸的推杆与试验箱底部连接，可以推动试验箱沿垂直方向运动，其余两个液压缸安装在基座上，液压杆与底板的短边相连接，可以推动底板沿水平方向运动。

6.根据权利要求1所述的模拟地震波和降雨耦合作用诱发滑坡的实验装置，其特征是，所述振动模拟系统与控制器电连接，控制器既可以按照一定的时间间隔依次启动底板上的液压缸和基座上的液压缸，并在达到控制器内设定的振动时间后依次关闭底板上的液压缸和基座上的液压缸，以模拟真实地震波对边坡体的影响；也可以单独启动和关闭底板上的液压缸或基座上的液压缸，以单独研究纵波或横波对边坡体的影响。

7.根据权利要求1所述的模拟地震波和降雨耦合作用诱发滑坡的实验装置，其特征是，所述降雨模拟系统包括水箱、水泵、进水管路、加压装置、控制阀门、喷淋管路、喷头、加固支架和排水管；其中，所述水箱位于水平轨道的一侧，水箱上方有开口，可用于放入所述水泵与注水；所述水泵布置在水箱水面以下并与所述进水管路末端相连；所述进水管路用于连接水泵和所述喷淋管路，并安装有所述加压装置与所述控制阀门；所述加压装置与所述控制阀门用于控制水压与流量大小；所述喷淋管路架设在试验箱上方，喷淋管路共有多条，每条管路相互平行；所述喷头按照一定的间隔安装在喷淋管路上；所述加固支架用于支撑加固喷淋管路；所述排水管用于将水箱中的水排空。

8.一种模拟地震波和降雨耦合作用诱发滑坡的实验装置对应的试验方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤一、根据试验目的准备用于构筑坡体的土样，接着在试验箱内分层铺设土样，在铺设土样的同时在土样中埋设土压力传感器、孔隙水压力传感器和含水率传感器，最后对土样进行压实；

步骤二、将传感器的导线接到外部的电信号采集处理装置上，启动电信号采集处理装置和高速摄像机，记录各土层初始的土压力、孔隙水压力与含水率；

步骤三、通过控制器按照一定的时间间隔依次启动底板上的液压缸和基座上的液压缸，由底板上的液压缸带动试验箱沿着垂直方向的轨道上下运动，以模拟地震纵波对边坡的影响，由基座上的液压缸推动试验箱与底板沿着水平轨道来回运动，以模拟地震横波对边坡的影响；在达到控制器内设定的振动时间后依次关闭底板上的液压缸和基座上的液压缸，在结束振动后让试验箱回到初始位置，通过试验箱两侧的透明面板观察坡体是否出现明显裂缝或滑移；

步骤四、向水箱中进行注水，水箱注满水后，通过控制器启动降雨模拟装置，由控制阀门与加压装置来控制降雨强度，按照一定的时间收集土压力、孔隙水压力与含水率的变化，借助试验箱两侧的透明面板，按照一定的时间记录雨水入渗坡体的深度，路径，并观察坡体在降雨时的破坏状况，在坡体出现滑坡现象时记录滑坡发生的时间与滑移面的位置，随后关闭降雨模拟装置；

步骤五、在地震波作用与降雨作用模拟完成后，记录各土层破坏后的土压力、孔隙水压力与含水率；

步骤六、对比分析不同的振动与不同的降雨作用条件对边坡土体的土压力、孔隙水压力以及含水率的影响，分析单纯地震波作用、单纯降雨作用以及地震波-降雨耦合作用对边坡体稳定性的影响。