模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置及方法
专利汇可以提供模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种模拟降雨 地震 作用下隧道‑边坡体系的试验装置及方法，其特征是，包括人工降雨试验系统、地下 水 系统、均匀气囊加载系统、模型试验箱、地震作用台和试验监测系统；所述均匀气囊加载系统的底部放置试验对象，通过均匀气囊加载系统给试验对象施加荷载；所述试验对象位于模型试验箱内；所述人工降雨试验系统用于模拟降雨，出水端位于均匀气囊加载系统上；所述地震作用台位于模拟试验箱的底部。本发明所达到的有益效果：通过该装置的模型试验，可以揭示隧道‑边坡体系在降雨、 地下水 渗流、地震等作用下及其耦合作用下的失稳机理，为隧道的建设、边坡的防灾减灾、监理、预测提供有效的依据。，下面是模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置及方法专利的具体信息内容。
1.一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，包括人工降雨试验系统（1）、地下水系统、均匀气囊加载系统（3）、模型试验箱（5）、地震作用台（6）和试验监测系统（45）；
所述均匀气囊加载系统（3）的底部放置试验对象（31）；所述均匀气囊加载系统（3）用于给试验对象（31）施加荷载；所述试验对象（31）位于模型试验箱内；所述人工降雨试验系统（1）用于模拟降雨，出水端位于均匀气囊加载系统（3）上；所述地震作用台（6）位于模拟试验箱（5）的底部，用于模拟地震；所述试验监测系统（45）用于控制模拟装置的运行并检测数据；
所述地下水系统包括位于模型箱一侧的地下水供给系统（4）、位于模型箱底部的地下水排出系统（3）和位于模型箱里的地下水渗流系统（23）。
2.根据权利要求1所述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述人工降雨试验系统（1）包括电子控制总阀（13）、储水箱（14）、进水管（15）、总水管（16）、压力泵送器（17）、流量总表（18）、分流装置（19）、电子控制分阀（20）、分流水表（21）、分流水管（22）和旋转降雨喷头（48）；
所述储水箱（14）通过进水管（15）与压力泵送器（17）相连；所述总水管(16)与压力泵送器（17）连接，流量总表（18）连接在总水管（16）上；所述分流装置（19）与总水管（16）相连，且通过分流装置（19）将水路分为多路，每条水路均设置有一个分流水管（22）；所述分流水管（22）上设置有分流水表（21）和电子控制分阀（20）；所述分流水管（22）的出水端设置有降雨管（24）；所述降雨管（24）与旋转降雨喷头（48）相连，形成降雨系统；所述电子控制总阀（13）设置在储水箱（14）上，用于控制每个降雨喷头（48）的开闭，实时控制降雨的强度和时长。
3.根据权利要求1所述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述均匀气囊加载系统（2）包括反力桁架（25）、支撑板（26）、气囊（27）、气压显示器（28）和进气阀（30）；
所述反力桁架（25）位于支撑板（26）的顶部；所述气囊（27）安置在试验对象的顶面和反力支撑板（26）之间；所述进气阀（30）将压缩空气通入压缩进口（32）进入气囊（27）；所述气囊（27）通过充气膨胀对试验对象施加荷载，荷载大小通过连接于气囊（27）的管道上的气压显示器（28）进行测量；所述气囊（27）的管道上还设置有排气阀（29）。
4.根据权利要求3所述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述均匀气囊加载系统（2）中的气囊（27）设置有多个，每个分块气囊（33）独立均匀加载。
5.根据权利要求1所述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述试验监测系统包括高速数字照相非接触量测系统（7）、智能手机APP（10）、智能传感器件（12）和中央处理器（11）构成；
所述高速数字照相非接触量测系统（7）用于捕捉模拟材料所构成的边坡体蠕动的过程以及在边坡体滑动中引起隧道的开裂、变形的过程，通过对比两张不同时刻的照片来分析和比较照片中的同一个物体在不同时刻的位置，找出滑坡体的运动轨迹，并在中央处理器上形成动态的变化曲线；
所述智能传感器件（12）通过无线网（46）将隧道-边坡体系中每一个时刻的边坡体的应力场、位移场变化、隧道监测部位的应力场、位移场变化传送到中央处理器（11），形成动态的变化曲线。
6.根据权利要求5所述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，还包括远程无线遥控系统（8）、视频监控系统（45）和语音遥控系统（9）；所述远程无线遥控系统（8）在视频监控系统（45）作用下将采集到的视频通过无线网（46）发送到服务器后通过中央处理器（11）和终端获取监测信息，通过手机APP（10）实现时时监控、查看，并通过所述语音遥控系统（9）调节控制。
7.根据权利要求5所述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述模型箱（5）位于均匀气囊加载系统（2）的下部，模型箱（5）的下部连接有转拓装置（34）；所述转拓装置（34）由若干个支杆（35）构成，每个支杆（35）均单独伸长缩短，并带有独立锁死装置；所有所述支杆（35）背离模型箱的一端均相连接，形成中心轴（36），支杆（35）由中心轴（36）带动旋转；
所述模型箱的四面均采用超级玻璃（37）；
四面所述超级玻璃（37）通过固定螺栓和固定框架（41）中的卷帘中心轴（40）连接；每个所述固定框架（41）由两个小框架连接，两个小框架之间设置有可伸缩装置（42）；每个所述固定框架（41）里均设置有卷帘中心轴（40）；所述超级玻璃（37）沿着任意方向发生升降或收缩；当信号收集器（38）接收到中央处理器的命令后，超级玻璃在电动机（39）的带动下，沿着卷帘中心轴（40）发生升降、收缩行为；
所述模型箱（5）的底部设置有能自动调节的滑槽，用于超级玻璃（37）构成的模型试验箱（5）根据边坡体的形状大小来调整箱体大小，然后利用滑槽锁（43）来固定模型箱（5）的位置；
根据隧道设计的进出口方向，在相应的超级玻璃（37）的前方处设置有隧道开挖装置（44）；所述隧道开挖装置（44）的下部设置有升降装置，用于根据隧道所处边坡体的位置进行高度调整，模拟隧道的开挖位置对边坡稳定性的影响。
8.根据权利要求7所述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述模型试验箱（5）的内部分为多层，每层可由地下水供水系统（4）独立供水；所述模型试验箱（5）里间隔设有多路用于模拟不同地下水渗流路径的渗流水管（49），每一层的渗流水管（49）都设置有电子控制分阀（50），每一层的供水量可以独立控制，每一层的供水量独立监测；所述模型试验箱的底部有排水装置（51），模拟地下水的自由流动行为。
9.根据权利要求7所述的一种模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置，其特征是，所述地震作用台（6）位于拓转装置（34）的下部，振幅可调，用于模拟不同震级、不同的震源深度的地震作用。
10.一种基于权利要求1-9任意一项所述的模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置的试验方法，其特征是，包括如下步骤：
1）确定模型箱的尺寸：根据要模拟的隧道-边坡体系，基于相似理论，计算出相似比，得出模型方案中隧道、边坡的几何尺寸，并调整模型试验箱的尺寸大小；
2）确定模拟对象位置：根据自己的试验要求制定相关的试验方案，试验方案中要确定滑坡的尺寸、滑坡的倾角、预留隧道孔的尺寸、预留隧道孔的位置、开挖隧道与滑坡的位置关系以及试验中模拟滑坡所用的材料；
3）分层填筑：将边坡模型在竖直方向上按照一定的高度划分若干层，然后分层填筑；若模拟在降雨、地下水渗流、地震作用下，隧道-边坡体系的失稳破坏过程，需要在填筑的过程中，预埋预制的隧道结构模型，并在预制的隧道结构模型的相关位置上布置若干智能传感器件；
4）铺设监测点标记：在隧道-边坡体系重点检测的部位，将模拟材料用油性红墨水染成红色；
5）修正边坡：根据试验要求调整边坡的倾角、形状以及尺寸；
6）调整试验监测装置：将高速数字照相非接触量测系统对准试验对象，并调整到最清晰的状态，对隧道-边坡体系发生异常的部位进行捕捉拍照，然后运用图像处理软件进行图片分析；
7）根据试验要求选择要求模拟的工况：
模拟隧道开挖过程中，滑坡体的位移场、应力场的变化；
根据设计的地震工况，在中央处理器中选择不同的地震强度、震源深度，以此来模拟地震作用下，隧道-边坡体系在地震作用下失稳破坏机理和力学行为；
按照试验要求的在不同的降雨工况、不同地下水渗流路径作用下，模拟在降雨作用下隧道-边坡体系渐进性破坏的过程；
根据试验设计的在不同的降雨、地震、地下水渗流工况作用下，模拟在降雨、地下水渗流、地震的耦合作用下隧道-边坡体系失稳破坏的过程；
8）整理分析采集的数据，包括：
在边坡体不同的位置开挖隧道，边坡体的位移场、应力场的变化以及边坡体移动对隧道结构造成的应力场、位移场变化的影响；
在不同的降雨强度、不同的降雨持时以及不同地下水渗流作用等相互作用下对边坡中隧道的应力场、位移场以及边坡体的位移场、应力场进行分析，得到隧道-边坡体系的灾变机理；
通过模型试验得到隧道-边坡体系在不同地震的作用下的动力响应规律，得到在不同地震作用下的失稳、破坏的机理。
模拟降雨地震作用下隧道-边坡体系的试验装置及方法
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