專利名稱：降雨模擬系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及降雨模擬系統，特別是涉及一種離心場降雨模擬系統。
背景技術：
滑坡災害具有發生頻率高、分布范圍廣、損失嚴重等特點，在世界上的許多地方都 對生命和財產造成嚴重威脅。邊坡失穩有可能是由于人為因素所誘發，如斜坡負荷太重或 由于建筑活動對趾部進行切割，但是有很多邊坡失穩的根本原因是由于降雨，在降雨過程 中，地表水進入巖土體增加了坡體的自重，增大了孔隙水壓力，使處于極限平衡狀態的坡體 產生滑動；降雨由地表進入地下，轉變成為地下水，浸泡軟化滑動面，降低了坡體的抗剪強 度；坡體多次的干濕交替變化導致巖土體開裂，產生大量的節理裂隙。國內外許多學者對降雨與滑坡的關系進行了很多有效的探索，他們采用不同的方 法或模型來研究某個區域滑坡產生時雨強或降雨持續時間的臨界值，在一定程度上說明了 降雨與滑坡之間的關系，從不同的角度探討了降雨對滑坡的作用，為深入開展降雨型滑坡 的研究奠定了良好的基礎。離心模型試驗因為能夠實現模型與原型應力應變相同，變形相似，在邊坡穩定性 問題中得到了較為廣泛的應用。目前，有不少學者利用離心模型試驗進行探索，開發了相應 的降雨模擬系統。傳統的離心場降雨模擬系統主要采用噴頭供水對降雨進行模擬，但是噴 頭模擬很難實現整個坡面降雨的均勻性，同時離心模型實驗過程中，降雨受到離心機高速 旋轉導致的科氏力、高風速等多種因素的干擾，使得降雨很難覆蓋整個坡體。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種降雨模擬系統，能夠實現使降雨覆蓋整個 坡體并保證坡面降雨的均勻性。一種降雨模擬系統，包括供水系統、加壓系統、降雨器及模型箱，供水系統為降雨 器進行補水，加壓系統控制降雨器內的壓力，所述降雨器的寬度大于模型箱的寬度，該模型 箱具有切成邊坡形狀的邊壁。進一步地，所述供水系統包括水箱、連接水箱與降雨器的輸水管及安裝于輸水管 上的電磁閥及流量計。進一步地，所述加壓系統包括空壓機、連接空壓機與降雨器的加壓管及安裝于加 壓管上的調節閥及壓力表。進一步地，所述降雨器具有底部、邊框及頂蓋，該底部包括底梁、鋼絲網及半透性 布，鋼絲網位于半透性布與底梁之間。進一步地，所述半透性布與降雨器的邊框通過玻璃膠密封。進一步地，所述降雨器還包括安裝于降雨器中部的拉桿。進一步地，所述降雨器的頂蓋上開設有與加壓系統連通的進氣口及與供水系統連 通的進水口。
進一步地，所述模型箱的邊壁上開設有U型槽。進一步地，所述降雨模擬系統還包括設置于降雨器與模型箱邊壁之間的防風結 構。進一步地，所述防風結構由塑料制成。與現有技術相比，本發明具有以下優點降雨器的寬度遠大于模型箱的寬度，即使在降雨器降雨的偏斜量較大的時候也可 以保證模型箱的邊坡表面完全受雨。模型箱的有機玻璃邊壁切成邊坡的形狀，可以避免雨 水在降落過程中發生傾斜而被兩側邊壁擋住，使得邊坡表面能夠均勻的受雨。此外，在模型 箱兩側的有機玻璃邊壁頂部內側切割的U型槽可以使降落的雨水沿著槽流至模型箱外側， 而不會流到邊坡上。
圖1是本發明實施例的降雨模擬系統的主視圖。圖2是本發明實施例的降雨模擬系統的部分結構的側視圖。圖3是本發明實施例的降雨模擬系統的降雨器的側視圖。圖4是本發明實施例的降雨器中底梁的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實 施方式對本發明作進一步詳細的說明。請參照圖1，示出了本發明一種降雨模擬系統100，包括供水系統10、加壓系統30、 降雨器50、模型箱70及防風結構90。請同時參閱圖2，供水系統10包括水箱11、輸水管13、電磁閥15及流量計17。水 箱11通過輸水管13與降雨器50連接。電磁閥15及流量計17安裝于輸水管13上。電磁 閥15用于控制水箱11對降雨器50的補水，流量計17用于測量注水流量和總量。在離心 機運轉的過程中，根據需要打開電磁閥15，在離心力作用下水通過輸水管13進入降雨器50 中。流量計17裝在離心機主軸附近，減小離心力對流量計的影響。加壓系統30包括空壓機31、加壓管33、調節閥35及壓力表37。空壓機31通過加 壓管33與降雨器50連接。調節閥35及壓力表37安裝于加壓管33上。調節閥35用于調 節降雨器50內所需壓力的大小，壓力表37用于測量降雨器50內的壓力大小。當試驗過程 中達到所需的離心加速度時，首先通過供水系統10供給降雨器50 —定水量，然后通過加壓 系統30向降雨器50中加壓，產生降雨，壓力的大小可以控制雨滴的大小及降雨的強度。請同時參閱圖3和圖4，降雨器50的主體為半封閉的鋁盒，其尺寸為 48cmX 40cmX IOcm(長X寬X高)。降雨器50包括底部51、邊框53、頂蓋55及拉桿57。 底部51由內到外分別包括半透性布511、鋼絲網513及底梁515。半透性布511與邊框53 通過玻璃膠密封，以防止水從側面滲漏。頂蓋55上開設有進氣口 551與進水口 553。進氣 口 551與加壓系統30的加壓管33連通，進水口 553與供水系統10的輸水管13連通。半 透性布511可以保證在一定離心加速度情況下，水位在6cm以內時，水在其自重作用下不會 滲出來。而當在降雨器50內加氣壓至0. 03MPa 0. 04MPa時，水會在壓力作用下從半透性布511滲出來，形成雨滴降落下來。由于離心機臂長遠大于降雨器50的尺寸，由離心場造 成的液面彎曲可以忽略，降雨器底部各點的水所受的壓力基本相等，從而保證了降雨器50 降雨在其整個底面基本均勻。同時，水透過半透性布511形成的雨滴尺寸較小，符合試驗要 求。由于降雨器50的底面積很大，降雨器50中的水在降雨時所受壓力很大。因此，本文采 用底梁515對半透性布提供合理的支撐，以保證其底部51基本為平面。底梁515的形狀如 圖3所示，其對降雨的影響較小。在底梁515與半透性布511之間鋪設有鋼絲網513，其作 用是限制底梁515空格間的變形。拉桿57安裝在降雨器50的中部，可以進一步減小試驗 中底梁515的變形，從而保證底部51的平整。模型箱70具有切成邊坡形狀的有機玻璃邊壁71，可以避免雨水在降落過程中發 生傾斜被兩側邊壁擋住，使得邊坡表面能夠受雨均勻。本實施例中，降雨器的寬度為40cm， 模型箱70的寬度為20cm，可以保證即使降雨器50降雨的偏斜量較大的時候模型箱70的邊 坡表面也能完全受雨。在模型箱70兩側的邊壁71頂部內側還切割有U型槽，使得降落到 邊壁71頂部的雨水沿著該U型槽流至模型箱70外側的盒中，而不會流到邊坡上。防風結構90采用塑料制成，設置于降雨器50與模型箱70的邊壁71之間，通過邊 壁71頂部的螺孔(圖未標)與邊壁71連接。防風結構90能在不影響觀測的前提下對模 型箱70側壁進行密封，避免降雨被離心場中的風影響。以上對本發明所提供的一種降雨模擬系統，進行了詳細介紹，本文中應用了具體 個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明 的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施 方式及應用范圍上均會有改變之處，+綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限 制。
權利要求
一種降雨模擬系統，其特征在于，包括供水系統、加壓系統、降雨器及模型箱，供水系統為降雨器進行補水，加壓系統控制降雨器內的壓力，所述降雨器的寬度大于模型箱的寬度，該模型箱具有切成邊坡形狀的邊壁。
2.如權利要求1所述的降雨模擬系統，其特征在于，所述供水系統包括水箱、連接水箱 與降雨器的輸水管及安裝于輸水管上的電磁閥及流量計。
3.如權利要求1所述的降雨模擬系統，其特征在于，所述加壓系統包括空壓機、連接空 壓機與降雨器的加壓管及安裝于加壓管上的調節閥及壓力表。
4.如權利要求1所述的降雨模擬系統，其特征在于，所述降雨器具有底部、邊框及頂 蓋，該底部包括底梁、鋼絲網及半透性布，鋼絲網位于半透性布與底梁之間。
5.如權利要求4所述的降雨模擬系統，其特征在于，所述半透性布與降雨器的邊框通 過玻璃膠密封。
6.如權利要求4所述的降雨模擬系統，其特征在于，所述降雨器還包括安裝于降雨器 中部的拉桿。
7.如權利要求4所述的降雨模擬系統，其特征在于，所述降雨器的頂蓋上開設有與加 壓系統連通的進氣口及與供水系統連通的進水口。
8.如權利要求1所述的降雨模擬系統，其特征在于，所述模型箱的邊壁上開設有U型槽。
9.如權利要求1所述的降雨模擬系統，其特征在于，所述降雨模擬系統還包括設置于 降雨器與模型箱邊壁之間的防風結構。
10.如權利要求9所述的降雨模擬系統，其特征在于，所述防風結構由塑料制成。
全文摘要
本發明提供了一種降雨模擬系統，包括供水系統、加壓系統、降雨器及模型箱，供水系統為降雨器進行補水，加壓系統控制降雨器內的壓力，所述降雨器的寬度大于模型箱的寬度，該模型箱具有切成邊坡形狀的邊壁。降雨器的寬度遠大于模型箱的寬度，即使在降雨器降雨的偏斜量較大的時候也可以保證模型箱的邊坡表面完全受雨。模型箱的有機玻璃邊壁切成邊坡的形狀，可以避免雨水在降落過程中發生傾斜而被兩側邊壁擋住，使得邊坡表面能夠均勻的受雨。此外，在模型箱兩側的有機玻璃邊壁頂部內側切割的U型槽可以使降落的雨水沿著槽流至模型箱外側，而不會流到邊坡上。
文檔編號B05B9/04GK101927221SQ201010263610
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月25日 優先權日2010年8月25日
發明者張嘎, 張建民, 王睿, 錢紀蕓 申請人:清華大學