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專利名稱：一種路基邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種路基邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著我國(guó)公路大規(guī)模的發(fā)展并向山區(qū)延伸，山區(qū)公路路基邊坡在降雨沖刷作用下失穩(wěn)破壞的問(wèn)題越發(fā)突出。路基邊坡不同于一般的自然邊坡，其經(jīng)過(guò)多層壓實(shí)，差異性大，并且路基邊坡常年暴露于自然環(huán)境之中，承受各種自然因素的影響；其中，降雨的沖刷和滲透破壞作用尤為明顯。沖刷對(duì)路基邊坡的破壞，輕者堵塞排水溝，重者導(dǎo)致路基毀壞，掩埋道路；降雨沖刷給道路交通運(yùn)輸帶來(lái)了嚴(yán)重的安全隱患，給公路的正常運(yùn)營(yíng)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成了巨大影響，因此對(duì)路基邊坡進(jìn)行沖刷試驗(yàn)研究非常必要。影響路基邊坡沖刷的主要因素包括邊坡土質(zhì)填料的種類及壓實(shí)度，邊坡的坡長(zhǎng)、坡度及生態(tài)防護(hù)狀況，降雨強(qiáng)度及降雨歷時(shí)等；分析不同因素對(duì)邊坡沖刷的影響，找出不同因素對(duì)邊坡沖刷的關(guān)系，是路基邊坡沖刷研究的關(guān)鍵所在。目前，路基邊坡沖刷試驗(yàn)常用的是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及室內(nèi)模擬試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)由于自然降雨季節(jié)性分布強(qiáng)，年度分布極不均勻等特點(diǎn)導(dǎo)致其周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，而且還受自然環(huán)境中風(fēng)荷載、凍融等外營(yíng)力的影響，難以取得有效資料；而室內(nèi)模擬試驗(yàn)具有不受自然因素的影響，在短期內(nèi)可獲得大量有效試驗(yàn)資料的優(yōu)點(diǎn)，但由于缺少相應(yīng)的整體試驗(yàn)裝置，限制了該方法的廣泛應(yīng)用。因此，市場(chǎng)上急需要一種方便高效并能全面模擬不同工況、不同降雨條件下的路基邊坡室內(nèi)沖刷試驗(yàn)裝置，通過(guò)利用該裝置開(kāi)展不同工況、不同降雨條件下的路基邊坡室內(nèi)沖刷試驗(yàn)研究，尋求各因素對(duì)邊坡沖刷穩(wěn)定性的影響，弄清不同類型路基邊坡在降雨條件下的沖刷失穩(wěn)破壞機(jī)制，為路基邊坡防沖刷設(shè)計(jì)提出合理化的建議與措施，對(duì)指導(dǎo)工程實(shí)踐，保障邊坡穩(wěn)定，加快工程進(jìn)度，降低工程造價(jià)具有重要的理論意義和工程實(shí)際意義?！?br>
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有邊坡沖刷試驗(yàn)?zāi)M裝置的不能全面模擬不同工況、不同降雨條件下進(jìn)行路基邊坡的室內(nèi)沖刷試驗(yàn)等不足，而提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，安全可靠，造價(jià)低，可在短期內(nèi)在不同工況、不同降雨條件下獲得大量路基邊坡沖刷資料的一種路基邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:—種路基邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置，包括移動(dòng)式可升降邊坡模擬裝置和人工降雨模擬裝置，所述移動(dòng)式可升降邊坡模擬裝置包括底座裝置、面板槽裝置、坡度調(diào)節(jié)裝置，所述底座裝置與面板槽裝置通過(guò)活動(dòng)鉸鏈連接在一起，面板槽裝置可繞鉸鏈自由轉(zhuǎn)動(dòng)；所述人工降雨模擬裝置包括供水裝置、支撐裝置和噴灑裝置。所述底座裝置包括底板、V型雨水收集槽和活動(dòng)腳輪，V型雨水收集槽焊接在底板的一側(cè)，V型雨水收集槽兩側(cè)設(shè)排水口，活動(dòng)腳輪位于底板的下部，活動(dòng)腳輪可以在水平范圍內(nèi)360°旋轉(zhuǎn)，所述活動(dòng)腳輪設(shè)置有固定按鈕，可鎖定輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，所述底板和V型雨水收集槽的材料均采用鋼材。所述面板槽裝置包括槽面板、端板、護(hù)欄、側(cè)板，端板及護(hù)欄焊接在槽面板上，側(cè)板通過(guò)螺栓與護(hù)欄連接。所述側(cè)板的材料采用無(wú)色透明的有機(jī)玻璃板，端板及護(hù)欄的材料均采用鋼板。所述坡度調(diào)節(jié)裝置包括角度指示器和液壓千斤頂，角度指示器固定于槽面板上，液壓千斤頂設(shè)置于槽面板與底板之間。所述供水裝置包括供水池、輸水管、水泵、調(diào)節(jié)閥門(mén)、分支閥門(mén)和流速儀，輸水管一端伸入供水池中，另一端連接導(dǎo)水管，水泵、分支閥門(mén)和流速儀安裝在輸水管上，水泵輸出一側(cè)的輸水管上設(shè)置有倒流水管，倒流水管上安裝有調(diào)節(jié)閥門(mén)，倒流水管的出水端伸入供水池中。所述支撐裝置包括活動(dòng)輪、伸縮架、橫向支撐桿和縱向支撐桿，活動(dòng)輪位于伸縮架的底部，橫向支撐桿和縱向支撐桿相互垂直并位于伸縮架頂部，所述伸縮架由四根伸縮桿組成，伸縮桿由不同直徑段的中空鋁合金直桿疊合而成，每節(jié)桿段均帶有一個(gè)可調(diào)伸縮長(zhǎng)度的螺栓，所述橫向支撐桿和縱向支撐桿均為鋁合金材料制成的中空直桿。所述噴灑裝置包括導(dǎo)水管和噴頭，導(dǎo)水管均勻設(shè)置于支撐裝置的縱向支撐桿上，噴頭均勻設(shè)置于導(dǎo)水管上，所述導(dǎo)水管采用UPVC管，所述噴頭采用X型噴灑式降雨噴頭。所述底座裝置與面板槽裝置坡角變化范圍為20° 70°。所述噴頭至面板槽中填料的高度差為2m 3m。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案具有以下有益效果:1、利用本發(fā)明可以開(kāi)展不同土質(zhì)填料、不同壓實(shí)度、不同坡長(zhǎng)、不同坡度及不同生態(tài)防護(hù)狀況下路基邊坡的室內(nèi)沖刷試驗(yàn)，同時(shí)還可以對(duì)不同降雨強(qiáng)度及不同降雨歷時(shí)下邊坡沖刷性能進(jìn)行研究，從而可為路基邊坡結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工提供充分試驗(yàn)依據(jù)。2、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、安全可靠、造價(jià)低、效率高、便于推廣應(yīng)用；3、邊坡模擬裝置中面板槽的側(cè)板選用無(wú)色透明的有機(jī)玻璃板，可以直接觀察降雨作用下邊坡填料實(shí)時(shí)變化情況；4、人工降雨模擬裝置中支撐裝置的高度可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)邊坡坡度改變時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)支撐的高度來(lái)確保降雨噴頭與坡面之間的落差；5、人工降雨模擬裝置以終端水流流速來(lái)調(diào)節(jié)控制降雨量，可有效克服從水源到噴頭各個(gè)環(huán)節(jié)的阻力和損耗造成的誤差。


圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的移動(dòng)式可升降邊坡模擬裝置示意
圖3為本發(fā)明的人工降雨模擬裝置示意圖；圖4為本發(fā)明的支撐裝置示意圖；圖中:1、底板；2、V型雨水收集槽；3、排水口 ；4、活動(dòng)腳輪；5、槽面板；6、端板；7、護(hù)欄；8、側(cè)板；9、活動(dòng)鉸鏈；10、角度指示儀；11、液壓千斤頂；12、供水池；13、輸水管；14、倒流水管；15、水泵；16、調(diào)節(jié)閥門(mén)；17、分支閥門(mén)；18、流速儀；19、噴頭；20、導(dǎo)水管；21、螺栓；22、伸縮桿；23、橫向支撐桿；24、縱向支撐桿；25、活動(dòng)輪。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施方式
來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖1所示為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中一種路基邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置，包括移動(dòng)式可升降邊坡模擬裝置和人工降雨模擬裝置，所述移動(dòng)式可升降邊坡模擬裝置包括底座裝置、面板槽裝置、坡度調(diào)節(jié)裝置，所述底座裝置與面板槽裝置通過(guò)活動(dòng)鉸鏈9連接在一起，面板槽裝置可繞鉸鏈自由轉(zhuǎn)動(dòng)，面板槽裝置的長(zhǎng)寬尺寸可以根據(jù)模擬試驗(yàn)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)置，所述人工降雨模擬裝置包括供水裝置、支撐裝置和噴灑裝置。所述底座裝置包括底板1、V型雨水收集槽2和活動(dòng)腳輪4，V型雨水收集槽2焊接在底板I的一側(cè)，V型雨水收集槽2兩側(cè)設(shè)排水口 3，活動(dòng)腳輪位于底板I的下部，活動(dòng)腳輪4可以在水平范圍內(nèi)360°旋轉(zhuǎn)，所述活動(dòng)腳輪4設(shè)置有固定按鈕，可鎖定輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，所述底板I和V型雨水收集槽2的材料均采用鋼材。所述面板槽裝置包括槽面板5、端板6、護(hù)欄7、側(cè)板8，端板6及護(hù)欄7焊接在槽面板5上，側(cè)板8通過(guò)螺栓21與護(hù)欄7連接。所述側(cè)板8的材料采用無(wú)色透明的有機(jī)玻璃板，端板6及護(hù)欄7的材料均采用鋼板。所述坡度調(diào)節(jié)裝置包括角度指示器10和液壓千斤頂11，角度指示器10固定于槽面板5上，液壓千斤頂11設(shè)置于槽面板5與底板I之間。所述供水裝置 包括供水池12、輸水管13、水泵15、調(diào)節(jié)閥門(mén)16、分支閥門(mén)17和流速儀18，輸水管13 —端伸入供水池12中，另一端連接導(dǎo)水管20，水泵15、分支閥門(mén)17和流速儀18安裝在輸水管13上，水泵15輸出一側(cè)的輸水管13上設(shè)置有倒流水管14，倒流水管14上安裝有調(diào)節(jié)閥門(mén)16，倒流水管14的出水端伸入供水池12中。所述支撐裝置包括活動(dòng)輪25、伸縮架、橫向支撐桿23和縱向支撐桿24，活動(dòng)輪25位于伸縮架的底部，橫向支撐桿23和縱向支撐桿24相互垂直并位于伸縮架頂部，所述伸縮架由四根伸縮桿22組成，伸縮桿22由不同直徑段的中空鋁合金直桿疊合而成，每節(jié)桿段長(zhǎng)約IOOcm 150cm,均帶有一個(gè)可調(diào)伸縮長(zhǎng)度的螺栓21,所述橫向支撐桿23和縱向支撐桿24均為鋁合金材料制成的中空直桿。所述噴灑裝置包括導(dǎo)水管20和噴頭19，為保證噴頭19噴灑的水能均勻的降落在邊坡模型上，導(dǎo)水管20均勻設(shè)置于支撐裝置的縱向支撐桿24上，噴頭19均勻設(shè)置于導(dǎo)水管20上，所述導(dǎo)水管20采用UPVC管，所述噴頭19采用X型噴灑式降雨噴頭19，根據(jù)模擬試驗(yàn)槽的尺寸，本發(fā)明設(shè)置了 6根導(dǎo)水管20，每根導(dǎo)水管20上設(shè)置5 6個(gè)噴頭19，噴頭19間的間距為80cm 100cm。所述底座裝置與面板槽裝置坡角變化范圍為20° 70°。所述噴頭19至面板槽中填料的高度差為2m 3m。利用該套模擬裝置可以開(kāi)展不同土質(zhì)填料、不同壓實(shí)度、不同坡長(zhǎng)、不同坡度及不同生態(tài)防護(hù)狀況下路基邊坡的室內(nèi)沖刷試驗(yàn)，同時(shí)還可以對(duì)不同降雨強(qiáng)度及不同降雨歷時(shí)下邊坡沖刷性能進(jìn)行研究，從而可為路基邊坡結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工提供充分試驗(yàn)依據(jù)。所述不同填料是指由于不同地域土質(zhì)性質(zhì)的差異，如粘性土、粉砂質(zhì)粘土、粉土等，根據(jù)工程實(shí)際狀況選取路基土質(zhì)填入面板槽中壓實(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。所述不同壓實(shí)度是根據(jù)實(shí)際工程需要，選取路基邊坡在不同壓實(shí)度下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)中壓實(shí)度分別取87%、90%、93%、95%。所述不同坡長(zhǎng)，在試驗(yàn)中是通過(guò)控制調(diào)節(jié)閥門(mén)16來(lái)調(diào)整降雨范圍的長(zhǎng)度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)沖刷試驗(yàn)坡長(zhǎng)的目的，每一個(gè)分支閥門(mén)17控制1/3個(gè)區(qū)域的面板槽，試驗(yàn)中坡長(zhǎng)分別取面板槽長(zhǎng)度的1/3倍、2/3倍、I倍。所述不同坡度，通過(guò)液壓千斤頂11來(lái)控制面板槽裝置的角度實(shí)現(xiàn)，試驗(yàn)中坡角分別取 30。、40。、45。、50。、60。。所述不同生態(tài)防護(hù)狀況，指考慮邊坡在裸露和不同植被物種防護(hù)下的情況，其中植被物種可選擇:黑賣(mài)草、狗牙根、早熟禾、高羊茅等物種中的一種或多種組合。所述不同降雨強(qiáng)度，通過(guò)調(diào)控流速儀18來(lái)控制導(dǎo)水管20中水流流速?gòu)亩_(dá)到控制降強(qiáng)度的目的，降雨量分別取為10mm/h, 20mm/h, 40mm/h, 80mm/h, 160mm/h。所述不同降雨歷時(shí)，通過(guò)控制人工降雨的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，降雨時(shí)間分別取0.5小時(shí)，I小時(shí)，2小時(shí)，4小時(shí)，8小時(shí)，16小時(shí)。具體試驗(yàn)步驟如下:1、將填料填入面板槽裝置中，利用打夯機(jī)壓實(shí)至所需壓實(shí)度；2、舉升液壓千斤頂11，并觀察角度指示儀10，將面板槽坡度增加至設(shè)定坡度；3、根據(jù)模擬邊坡長(zhǎng)度通過(guò)分支閥門(mén)17調(diào)節(jié)開(kāi)啟噴頭19的排數(shù)；4、開(kāi)啟水泵15，通過(guò)控制調(diào)節(jié)閥門(mén)16和分支閥門(mén)17并通過(guò)觀察流速儀18來(lái)調(diào)節(jié)降雨強(qiáng)度，通過(guò)時(shí)鐘控制降雨歷時(shí)；5、定性觀測(cè)坡面沖刷溝開(kāi)展的數(shù)量、寬度、深度，通過(guò)無(wú)色透明的有機(jī)玻璃板觀察雨水滲透情況，并進(jìn)行詳細(xì)描述與記錄，定量量測(cè)坡面土體含水量變化情況、坡面土體高程變化值，并從面板槽裝置中取樣測(cè)試不同階段邊坡土體力學(xué)參數(shù)的變化情況；6、整理 數(shù)據(jù)，試驗(yàn)完畢。
權(quán)利要求
1.一種路基邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置，包括移動(dòng)式可升降邊坡模擬裝置和人工降雨模擬裝置，其特征在于:所述移動(dòng)式可升降邊坡模擬裝置包括底座裝置、面板槽裝置、坡度調(diào)節(jié)裝置，所述底座裝置與面板槽裝置通過(guò)活動(dòng)鉸鏈連接在一起，面板槽裝置可繞鉸鏈自由轉(zhuǎn)動(dòng)；所述人工降雨模擬裝置包括供水裝置、支撐裝置和噴灑裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種路基邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:底座裝置包括底板、V型雨水收集槽和活動(dòng)腳輪，V型雨水收集槽焊接在底板的一側(cè)，V型雨水收集槽兩側(cè)設(shè)排水口，活動(dòng)腳輪位于底板的下部，活動(dòng)腳輪可以在水平范圍內(nèi)360°旋轉(zhuǎn)，所述活動(dòng)腳輪設(shè)置有固定按鈕，可鎖定輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，所述底板和V型雨水收集槽的材料均采用鋼材。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種路基邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述面板槽裝置包括槽面板、端板、護(hù)欄、側(cè)板，端板及護(hù)欄焊接在槽面板上，側(cè)板通過(guò)螺栓與護(hù)欄連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種路基邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述側(cè)板的材料采用無(wú)色透明的有機(jī)玻璃板，端板及護(hù)欄的材料均采用鋼板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種路基邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述坡度調(diào)節(jié)裝置包括角度指示器和液壓千斤頂，角度指示器固定于槽面板上，液壓千斤頂設(shè)置于槽面板與底板之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種路基邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述供水裝置包括供水池、輸水管、水泵、調(diào)節(jié)閥門(mén)、分支閥門(mén)和流速儀，輸水管一端伸入供水池中，另一端連接導(dǎo)水管 ，水泵、分支閥門(mén)和流速儀安裝在輸水管上，水泵輸出一側(cè)的輸水管上設(shè)置有倒流水管，倒流水管上安裝有調(diào)節(jié)閥門(mén)，倒流水管的出水端伸入供水池中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種路基邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述支撐裝置包括活動(dòng)輪、伸縮架、橫向支撐桿和縱向支撐桿，活動(dòng)輪位于伸縮架的底部，橫向支撐桿和縱向支撐桿相互垂直并位于伸縮架頂部，所述伸縮架由四根伸縮桿組成，伸縮桿由不同直徑段的中空鋁合金直桿疊合而成，每節(jié)桿段均帶有一個(gè)可調(diào)伸縮長(zhǎng)度的螺栓，所述橫向支撐桿和縱向支撐桿均為招合金材料制成的中空直桿。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種路基邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述噴灑裝置包括導(dǎo)水管和噴頭，導(dǎo)水管均勻設(shè)置于支撐裝置的縱向支撐桿上，噴頭均勻設(shè)置于導(dǎo)水管上，所述導(dǎo)水管采用UPVC管，所述噴頭采用X型噴灑式降雨噴頭。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種路基邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述底座裝置與面板槽裝置坡角變化范圍為20° 70°。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種路基邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述噴頭至面板槽中填料的高度差為2m 3m。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種路基邊坡沖刷室內(nèi)模擬試驗(yàn)裝置，包括移動(dòng)式可升降邊坡模擬裝置和人工降雨模擬裝置，所述移動(dòng)式可升降邊坡模擬裝置包括底座裝置、面板槽裝置、坡度調(diào)節(jié)裝置，所述底座裝置與面板槽裝置通過(guò)活動(dòng)鉸鏈連接在一起，面板槽裝置可繞鉸鏈自由轉(zhuǎn)動(dòng)，所述人工降雨模擬裝置包括供水裝置、支撐裝置和噴灑裝置，所述供水裝置包括供水池、輸水管、水泵、調(diào)節(jié)閥門(mén)、分支閥門(mén)和流速儀，所述支撐裝置包括活動(dòng)輪、伸縮架、橫向支撐桿和縱向支撐桿，所述噴灑裝置包括導(dǎo)水管和噴頭。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在短期內(nèi)在不同工況、不同降雨條件下獲得大量路基邊坡沖刷資料，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，安全可靠，造價(jià)低，效率高，便于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01N33/24GK103245772SQ201310175388
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月13日
發(fā)明者蘇永華, 羅正東, 付雄, 楊紅波, 王凱旋, 張盼鳳, 孫輝, 毛克明 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)