專利名稱：一種模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)裝置，主要用于人工降雨對(duì)巖土 體邊坡沖刷(或侵蝕)特性試驗(yàn)的研究，屬于巖土工程和環(huán)境工程領(lǐng)域。
技術(shù)背景裸露巖土坡體帶來(lái)的安全及生態(tài)環(huán)境問(wèn)題已成為當(dāng)今環(huán)境問(wèn)題中的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)問(wèn)題。據(jù) 統(tǒng)計(jì)，自1972年聯(lián)合國(guó)斯德哥爾摩環(huán)保會(huì)議以來(lái)，由于工程施工等人為因素導(dǎo)致水土流失和 耕地占用使全球失去了近5000億噸的表層土；與此同時(shí)，植被破壞導(dǎo)致溫室效應(yīng)的二氧化碳 產(chǎn)量增加了10%,其中，全世界每年向大氣排放的二氧化碳及硫化物超過(guò)80億噸，臭氧層已 遭到嚴(yán)重破壞。目前，我國(guó)水土流失面積占國(guó)土面積的51%,其中水利侵蝕面積約為180km2。 "十一五"期間，隨著我國(guó)公路、鐵路、水利、電力和礦山等基礎(chǔ)建設(shè)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嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象。植被遭受破壞的山體導(dǎo)致大量裸露 邊坡，隨之而來(lái)的一系列環(huán)境問(wèn)題，如水土流失、滑坡、泥石流、局部小氣候惡化以及生物 鏈的破壞等，都加劇了生態(tài)系統(tǒng)的惡化，這種現(xiàn)象在一些生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)尤為明顯。植被生態(tài)護(hù)坡是一種利用植被固土對(duì)坡體進(jìn)行防護(hù)和綠化有效途徑，可同時(shí)考慮生物、 環(huán)境和人體間相互影響和作用，它通過(guò)生態(tài)工程自支撐、自組織、與自我修復(fù)等功能來(lái)實(shí)現(xiàn) 邊坡的抗沖蝕、抗滑動(dòng)和生態(tài)恢復(fù)，以達(dá)到減少水土流失、維持生態(tài)多樣性和生態(tài)平衡及美 化環(huán)境等目的，可解決邊坡工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境破壞的矛盾，提高護(hù)坡效果、降低工程成本， 從而達(dá)到既能有效防護(hù)邊坡災(zāi)害，又能使生物、環(huán)境和及人三者相互受益，協(xié)調(diào)發(fā)展。植被 護(hù)坡技術(shù)除了具有經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)外，而且隨著植物的生長(zhǎng)和繁殖，還可以增強(qiáng)坡體的防侵蝕 能力；國(guó)務(wù)院2000(31)號(hào)文件《國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)全國(guó)綠色通道的建設(shè)》規(guī)定綠色通 道建設(shè)必須在保障無(wú)安全隱患的前提下進(jìn)行，要和公路、鐵路、水利等設(shè)施建設(shè)統(tǒng)籌規(guī)劃并 與工程建設(shè)周邊地區(qū)同步綠化。在評(píng)價(jià)植被護(hù)坡對(duì)巖土坡體穩(wěn)定性影響的過(guò)程中，必須通過(guò)室內(nèi)相似模擬試驗(yàn)來(lái)獲取相 關(guān)技術(shù)參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及監(jiān)測(cè)過(guò)程僅能反映出某一特定時(shí)間特定工況條件下坡體介質(zhì)水分場(chǎng)、 應(yīng)力場(chǎng)及位移場(chǎng)的變化過(guò)程，并不能系統(tǒng)反映巖土體介質(zhì)在整個(gè)植被施工及生長(zhǎng)過(guò)程中以及 不同工況下巖土體抗沖刷和侵蝕能力的動(dòng)態(tài)變化，因而無(wú)法滿足實(shí)際工程應(yīng)用的需要。目前模擬降雨條件下生態(tài)護(hù)坡設(shè)備在雨強(qiáng)的可調(diào)節(jié)性、降雨的均勻度和實(shí)驗(yàn)架的自動(dòng)變坡等方面 局限性，嚴(yán)重制約了描述坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型的發(fā)展及最小安全系數(shù)預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性?，F(xiàn) 有試驗(yàn)系統(tǒng)未能實(shí)現(xiàn)降雨強(qiáng)度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，不同邊坡坡度條件下的穩(wěn)定性分析以及有無(wú)植被 條件下坡體受降雨沖刷(或侵蝕)對(duì)比分析。 發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，適用于室內(nèi)生態(tài) 護(hù)坡模擬試驗(yàn)的一種模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)裝置。 其技術(shù)解決方案為模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)裝置，包括自動(dòng)變坡試驗(yàn)架、試驗(yàn)土槽和雨強(qiáng)可調(diào) 式降雨器，自動(dòng)變坡試驗(yàn)架由旋轉(zhuǎn)支架、固定承載支架和坡度控制裝置構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)支架由導(dǎo) 軌、曲柄、曲柄制動(dòng)、上轉(zhuǎn)軸、和防倒滑裝置組成，固定承載支架由下轉(zhuǎn)軸、軸承座、彎曲 導(dǎo)槽、鉸盤(pán)和下轉(zhuǎn)軸限位裝置組成，旋轉(zhuǎn)支架通過(guò)安裝在上轉(zhuǎn)軸上的軸承安裝在固定承載支 架的軸承座中，曲柄活動(dòng)的安裝在固定承載支架的彎曲導(dǎo)槽中，試驗(yàn)土槽通過(guò)滾輪置放在旋 轉(zhuǎn)支架的導(dǎo)軌中，下轉(zhuǎn)軸的兩端分別設(shè)置有鉸盤(pán)，鉸盤(pán)中的鉸索通過(guò)設(shè)置在彎曲導(dǎo)槽端部的 滑輪沿彎曲導(dǎo)槽固定連接在曲柄上。坡度控制裝置包含表盤(pán)和指針，表盤(pán)固定安裝在固定承 載支架上，表針固定安裝在上轉(zhuǎn)軸的端部，表盤(pán)的中心和上轉(zhuǎn)軸的軸心在同一軸線上。下轉(zhuǎn) 軸限位裝置分別固定安裝在下轉(zhuǎn)軸的兩端上。下轉(zhuǎn)軸通過(guò)齒輪與電機(jī)的轉(zhuǎn)軸咬合。雨強(qiáng)可調(diào)式降雨器由降雨器、壓力傳感器、振動(dòng)器、氣壓計(jì)、調(diào)壓閥、氣泵、流量計(jì)、 溢流閥、水泵、單向閥組成，降雨器上部是氣缸，下部是斗式噴頭，氣缸和斗式噴頭之間固 定連接，氣缸通過(guò)管道連接氣壓計(jì)、調(diào)壓閥、氣泵，斗式噴頭通過(guò)管道連接流量計(jì)、單向閥、 溢流閥、水泵，壓力傳感器設(shè)置在斗式噴頭內(nèi)，振動(dòng)器安裝在降雨器的外壁上，雨強(qiáng)可調(diào)式 降雨器通過(guò)支架置放在變坡試驗(yàn)架方。由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明的生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)裝置釆用的自動(dòng)變坡試驗(yàn)架 可以調(diào)節(jié)試驗(yàn)架的角度，使用的雨強(qiáng)可調(diào)式降雨器可以調(diào)節(jié)降雨強(qiáng)度，采集在一定雨強(qiáng)下的 氣壓，水壓、水流量數(shù)據(jù)，可以模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)。本發(fā)明的生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可調(diào)節(jié)降雨強(qiáng)度、降雨均勻，實(shí) 現(xiàn)了降雨器內(nèi)氣壓、水壓及降雨量的自動(dòng)在線采集，節(jié)約裝卸試驗(yàn)土槽的時(shí)間及勞動(dòng)量的特 點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是本發(fā)明的自動(dòng)變坡試驗(yàn)架示意圖 圖3是本發(fā)明的試驗(yàn)土槽結(jié)構(gòu)示意圖 圖4是本發(fā)明的固定承載支架結(jié)構(gòu)示意圖 圖5是本發(fā)明的可旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)架結(jié)構(gòu)示意圖 圖6是本發(fā)明的雨強(qiáng)可調(diào)式降雨器示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述見(jiàn)附圖模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)裝置，包括自動(dòng)變坡試驗(yàn)架、試驗(yàn)土槽A和雨強(qiáng)可調(diào)式降雨器B，雨強(qiáng)可調(diào)式降雨器A通過(guò)支架置放在變坡試驗(yàn)架B上方。試驗(yàn)土槽12為三 個(gè)，自動(dòng)變坡試驗(yàn)架由旋轉(zhuǎn)支架、固定承載支架和坡度控制裝置構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)支架由導(dǎo)軌11、 曲柄9、曲柄制動(dòng)8、上轉(zhuǎn)軸10、和防倒滑裝置組成，導(dǎo)軌11與試驗(yàn)土槽12對(duì)應(yīng)，曲柄制 動(dòng)8直接和曲柄9連接在一起，固定承載支架由下轉(zhuǎn)軸1、軸承座5、彎曲導(dǎo)槽7、鉸盤(pán)3和 下轉(zhuǎn)軸限位裝置2組成，下轉(zhuǎn)軸限位裝置2可采用齒輪和其它裝置控制，下轉(zhuǎn)軸限位裝置2 起限位作用，旋轉(zhuǎn)支架通過(guò)安裝在上轉(zhuǎn)軸10上的軸承16安裝在固定承載支架的軸承座5中， 曲柄9活動(dòng)的安裝在固定承載支架的彎曲導(dǎo)槽7中，試驗(yàn)土槽12通過(guò)滾輪15置放在旋轉(zhuǎn)支 架的導(dǎo)軌11中，下轉(zhuǎn)軸1的兩端分別設(shè)置有鉸盤(pán)3,鉸盤(pán)3中的鉸索4通過(guò)設(shè)置在彎曲導(dǎo)槽 7端部的滑輪6沿彎曲導(dǎo)槽7固定連接在曲柄9上。坡度控制裝置包含表盤(pán)14和指針13，表 盤(pán)14固定安裝在固定承載支架上，指13固定安裝在上轉(zhuǎn)軸10的端部，表盤(pán)14的中心和上 轉(zhuǎn)軸的軸心在同一軸線上。下轉(zhuǎn)軸限位裝置2分別固定安裝在下轉(zhuǎn)軸1的兩端上。對(duì)下轉(zhuǎn)軸 起限位作用。下轉(zhuǎn)軸1通過(guò)齒輪與電機(jī)的轉(zhuǎn)軸咬合。電機(jī)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)軸1，下轉(zhuǎn)軸1的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò) 設(shè)置在下轉(zhuǎn)軸1兩端的鉸盤(pán)3牽引鉸索4帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)支架的曲柄9沿彎曲導(dǎo)槽7移動(dòng)。雨強(qiáng)可調(diào)式降雨器A由降雨器、壓力傳感器20、振動(dòng)器21、氣壓計(jì)24、調(diào)壓閥25、氣 泵26、流量計(jì)27、溢流閥28 、水泵29、單向閥30組成，降雨器上部是氣缸22,下部是斗 式噴頭19。壓力傳感器20設(shè)置在斗式噴頭19內(nèi)，壓力傳感器20測(cè)定降雨水壓力。氣缸22 和斗式噴頭19之間固定連接，氣缸22通過(guò)管道連接氣壓計(jì)24、調(diào)壓閥25、氣泵26，調(diào)壓 閥25設(shè)置在氣壓計(jì)24和氣泵26之間，氣壓計(jì)24用于測(cè)量氣缸22內(nèi)的氣體壓力，氣泵26 向氣缸22內(nèi)鼓入氣體，調(diào)壓閥25調(diào)節(jié)氣體壓力，調(diào)壓閥25調(diào)節(jié)氣體壓力。斗式噴頭19通 過(guò)管道連接流量計(jì)27、單向閥30、溢流閥28、水泵29，流量計(jì)27設(shè)置斗式噴頭19和單向閥30之間，溢流閥28設(shè)置在單向閥30和水泵29之間，活塞23在氣壓作用下向斗式噴頭 19內(nèi)施加壓力，壓力傳感器20測(cè)定斗式噴頭19內(nèi)的水壓力，斗式噴頭19均勻向試驗(yàn)土槽 12降雨，振動(dòng)21安裝在降雨器的外壁上，震動(dòng)氣缸22使雨滴均勻降灑試驗(yàn)土槽12，。壓力 傳感器20、流量計(jì)27、振動(dòng)器21、氣壓計(jì)24通過(guò)導(dǎo)線連接到電腦18，電腦采集壓力傳感 器20、流量計(jì)27、氣壓計(jì)24的信號(hào)和輸出信號(hào)控制振動(dòng)器21的振動(dòng)振幅和頻率。
權(quán)利要求
1一種模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)架、試驗(yàn)土槽、降雨器，其特征在于試驗(yàn)裝置由變坡試驗(yàn)架(B)、試驗(yàn)土槽和雨強(qiáng)可調(diào)式降雨器(A)構(gòu)成，變坡試驗(yàn)架(B)由旋轉(zhuǎn)支架、固定承載支架和坡度控制裝置構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)支架由導(dǎo)軌(11)、曲柄(9)、曲柄制動(dòng)(8)、上轉(zhuǎn)軸(10)、和防倒滑裝置組成，固定承載支架由下轉(zhuǎn)軸(1)、軸承座(5)、彎曲導(dǎo)槽(7)、鉸盤(pán)(3)和下轉(zhuǎn)軸限位裝置(2)組成，旋轉(zhuǎn)支架通過(guò)安裝在上轉(zhuǎn)軸(10)上的軸承(16)安裝在固定承載支架的軸承座(5)中，曲柄(9)活動(dòng)的安裝在固定承載支架的彎曲導(dǎo)槽(7)中，試驗(yàn)土槽(12)通過(guò)滾輪(15)置放在旋轉(zhuǎn)支架的導(dǎo)軌(11)中，下轉(zhuǎn)軸(1)的兩端分別設(shè)置有鉸盤(pán)(3)，鉸盤(pán)(3)中的鉸索(4)通過(guò)設(shè)置在彎曲導(dǎo)槽(7)端部的滑輪(6)沿彎曲導(dǎo)槽(7)固定連接在曲柄(9)上，雨強(qiáng)可調(diào)式降雨器(A)由降雨器、壓力傳感器(20)、振動(dòng)器(21)、氣壓計(jì)(24)、調(diào)壓閥(25)、氣泵(26)、流量計(jì)(27)、溢流閥(28)、水泵(29)、單向閥(30)組成，降雨器上部是氣缸(22)，下部是斗式噴頭(19)，氣缸(22)和斗式噴頭(19)之間固定連接，氣缸(22)通過(guò)管道連接氣壓計(jì)(24)、調(diào)壓閥(25)、氣泵(26)，斗式噴頭(19)通過(guò)管道連接流量計(jì)(27)、單向閥(30)、溢流閥(28)、水泵(29)，振動(dòng)器(21)安裝在降雨器的外壁上，雨強(qiáng)可調(diào)式降雨器(A)通過(guò)支架置放在變坡試驗(yàn)架(B)上方。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)裝置，其特征在于所 述的坡度控制裝置包含表盤(pán)(14)和指針(13),表盤(pán)(14)固定安裝在固定承載支架上，指 針(13)固定安裝在上轉(zhuǎn)軸(10)的端部，表盤(pán)(14)的中心和上轉(zhuǎn)軸的軸心在同一軸線上。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)裝置，其特征在于下 轉(zhuǎn)軸限位裝置(2)分別固定安裝在下轉(zhuǎn)軸(1)的兩端上。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)裝置，其特征在于下 轉(zhuǎn)軸(1)通過(guò)齒輪與電機(jī)的轉(zhuǎn)軸咬合。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)裝置，其特征在于壓力傳感器(20)設(shè)置在斗式噴頭(19)內(nèi)。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)裝置，其特征在于調(diào)壓閥(25)設(shè)置在氣壓計(jì)(24)和氣泵(26)之間。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)裝置，其特征在于流量計(jì)(27)設(shè)置在斗式噴頭(19)和單向閥(30)之間，溢流閥(28)設(shè)置在單向閥(30)禾口 水泵(29)之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模擬降雨條件下生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)裝置，主要用于人工降雨對(duì)巖土體邊坡沖刷(或侵蝕)特性試驗(yàn)的研究，屬于巖土工程和環(huán)境工程領(lǐng)域。試驗(yàn)裝置包括自動(dòng)變坡試驗(yàn)架、試驗(yàn)土槽和雨強(qiáng)可調(diào)式降雨器，旋轉(zhuǎn)支架由導(dǎo)軌、曲柄、曲柄制動(dòng)、上轉(zhuǎn)軸、和防倒滑裝置組成，固定承載支架由下轉(zhuǎn)軸、軸承座、彎曲導(dǎo)槽、鉸盤(pán)和下轉(zhuǎn)軸限位裝置組成，雨強(qiáng)可調(diào)式降雨器由降雨器、壓力傳感器、振動(dòng)器、氣壓計(jì)、調(diào)壓閥等組成，雨強(qiáng)可調(diào)式降雨器通過(guò)支架置放在變坡試驗(yàn)架上方。本發(fā)明的生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡試驗(yàn)裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可調(diào)節(jié)降雨強(qiáng)度、降雨均勻，實(shí)現(xiàn)了降雨器內(nèi)氣壓、水壓及降雨量的自動(dòng)在線采集，節(jié)約裝卸試驗(yàn)土槽的時(shí)間及勞動(dòng)量的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N33/24GK101216479SQ20071016911
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月29日
發(fā)明者磊 劉, 劉曉麗, 強(qiáng) 崔, 席本強(qiáng), 王惠蕓, 謙 盛, 胡竹云, 強(qiáng) 薛, 穎 趙, 陳億軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所