庫水位變動帶岸坡變形破壞試驗裝置及其使用方法與流程

本發明涉及地質災害監測預警領域，尤其是涉及一種庫水位變動帶岸坡變形破壞試驗裝置及其使用方法。

背景技術：

近三十年來，為了大力開發水電資源，兼顧防洪需求與區域性水資源調配，興建了大量大型及特大型水庫。據不完全統計，80～90％的水庫滑坡與庫水活動有關，如1963年意大利北部vajont水庫從正常水位下降后，2.75×108m3的順層巖體沖入水庫，激起的涌浪翻越大壩，造成大壩下游2600余人遇難，是目前世界上最大的水庫失事事件；1959年湖南柘溪水庫蓄水初期在大壩上游右岸1.5km處發生大規模滑坡；廣西龜石水庫蓄水水位高出原河床水位20m時，在庫首6.5km長的峽谷地帶，庫岸發生60余處坍滑；湖南風灘水庫蓄水后，其上游8km處堆積體突然出現失穩破壞，體積130萬立方米。三峽水庫于2003年投入運行后，已經誘發了千將坪、涼水井、神女溪等特大型滑坡的復活，在水庫運行期間必然會造成沿江兩岸145～175m范圍大部分岸坡穩定性劣化甚至突發性破壞，如圖1所示。大型特大型水庫岸坡的變形與破壞一直是備受巖土工程、水利工程、地質工程等領域科學家高度關注的科學問題。

庫岸邊坡尤其是土質岸坡的穩定性對庫水位升降變化的響應過程十分敏感，這也是庫岸邊坡目前研究最活躍的領域之一，現有研究主要針對土質岸坡，強調土體的滲透性及庫水位變化造成的滲透作用對岸坡穩定性的不良作用，而對于類土質岸坡及土體物理力學參數在庫水位周期性浸泡條件下的劣化特性研究不多，未考慮庫水位多旋回變動對岸坡穩定性的影響，忽視了對庫水位上升過程中岸坡破壞過程的研究，其根本原因是缺乏庫水位升降變化條件下岸坡變形破壞專門試驗裝置。

綜上，庫水庫升降變動條件下岸坡的變形與破壞特征是庫岸邊坡穩定性分析的核心基礎科學問題，也是科學預測通航河段滑坡涌浪災害的關鍵環節。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種庫水位變動帶岸坡變形破壞試驗裝置，并給出其使用方法，對于科學探索庫水位升降對不同土質岸坡和類土質岸坡的變形與破壞特征起到重要實驗條件支撐作用。

本發明的目的是這樣實現的：

一種庫水位變動帶岸坡變形破壞試驗裝置，包括模型試驗槽，所述模型試驗槽內一側設置基巖岸坡，另一側設置庫水位標尺；所述庫水位標尺用于記錄庫水位的變化情況，所述基巖岸坡的表面修筑有試驗模型岸坡，所述試驗模型岸坡與基巖岸坡之間形成岸坡巖土界面，所述岸坡巖土界面設置有若干孔隙水壓力傳感器，用于測量庫水位升降過程中試驗模型岸坡土體內孔隙水壓力的變化數據；

所述模型試驗槽的槽底設置有閥門和水泵，所述水泵用于向模型試驗槽內注水，所述閥門關閉時模擬水庫蓄水，所述閥門打開時模擬水庫泄水。

進一步地，所述模型試驗槽的槽內空間呈長方體狀，其包括沿模型試驗槽橫向相向設置的第一壁、第二壁，所述基巖岸坡包括沿模型試驗槽橫向設置的立面、坡面，所述基巖岸坡的立面與模型試驗槽的第一壁貼合，所述庫水位標尺設置在模型試驗槽的第二壁上，使所述基巖岸坡的坡面、庫水位標尺呈相向分布。

進一步地，所述模型試驗槽沿橫向的長度為600cm，沿縱向的長度為400cm，高度為250cm。

進一步地，所述模型試驗槽由水泥砂漿砌筑而成，所述基巖岸坡由漿砌塊石砌筑而成，使基巖岸坡以及模型試驗槽側壁和池底不滲漏水。

進一步地，所述基巖岸坡的坡面傾角為40度。

進一步地，所述孔隙水壓力傳感器通過導線與模型試驗槽外部的測試儀連接。

進一步地，所述庫水位標尺上設有高水位線、低水位線，用于控制庫水位變動的極限位置。

進一步地，所述岸坡巖土界面上的各個孔隙水壓力傳感器沿模型試驗槽橫向均勻分布。

一種庫水位變動帶岸坡變形破壞試驗裝置的使用方法，包括以下步驟：

步驟1，根據試驗工況需求，在基巖岸坡表面填筑土體，形成試驗模型岸坡；

步驟2，開啟各孔隙水壓力傳感器；

步驟3，根據試驗工況需求的庫水位升降變化幅度及變化速率，讓模型試驗槽注水或泄水；

步驟4，通過孔隙水壓力傳感器連續測量試驗模型岸坡土體內孔隙水壓力變化數據，并觀察試驗模型岸坡表面拉張裂縫的形成演化及岸坡破壞現象；

步驟5，分析實驗數據，揭示試驗工況下水庫岸坡崩滑災害的形成及演化規律，用于在試驗工況下探索庫水位變動對不同土質岸坡和類土質岸坡的變形與破壞特征，提升對水庫岸坡地質災害的科學認知水平。

進一步地，所述試驗工況需求包括土質岸坡類型、土層厚度、土體密實度、初始含水量、試驗模型岸坡傾角。

由于采用了上述技術方案，利用本發明，每次試驗均能獲得該試驗工況利用該試驗裝置揭示的土質岸坡在庫水位變化時呈現的特征，例如：庫水位上升期間呈現拉剪破壞特征和在庫水位降落期間呈現壓剪破壞特征；反復試驗后，可在實驗條件下探索土體岸坡類型(如土質岸坡、類土質岸坡)、土層厚度、土體密實度、初始含水量、岸坡傾角、庫水位升降變化幅度及變化速率等參數進行組合條件下岸坡崩滑災害的形成過程及演化規律。

附圖說明

圖1為庫水位變動帶岸坡變形破壞試驗裝置的結構示意圖；

圖2為圖1中孔隙水壓力傳感器的分布示意圖；

圖3為水位上升岸坡內孔隙水壓力測試曲線示意圖；

圖4為水位降落岸坡內孔隙水壓力測試曲線示意圖；

圖5為三峽水庫岸坡試驗模型。

附圖標記

附圖中，1：模型試驗槽，2：基巖岸坡，3：試驗模型岸坡，4：岸坡巖土界面，5：模型槽壁，6：高水位(m)，7：低水位(m)，8：庫水位標尺(m)，9：孔隙水壓力傳感器，10：閥門，11：水泵。

具體實施方式

參見圖1、圖2，為庫水位變動帶岸坡變形破壞試驗裝置的一種較佳的實施例，本發明根據相似理論設計，包括模型試驗槽，所述模型試驗槽內一側設置基巖岸坡，另一側設置庫水位標尺；所述庫水位標尺用于記錄庫水位的變化情況，所述基巖岸坡由漿砌塊石砌筑而成，使基巖岸坡不滲漏水。所述基巖岸坡的表面修筑有試驗模型岸坡，所述試驗模型岸坡與基巖岸坡之間形成岸坡巖土界面，所述岸坡巖土界面設置有若干孔隙水壓力傳感器，用于測量庫水位升降過程中試驗模型岸坡土體內孔隙水壓力的變化數據，本實施例中，所述岸坡巖土界面設置有六個孔隙水壓力傳感器，所述岸坡巖土界面上的各個孔隙水壓力傳感器沿模型試驗槽橫向均勻分布。所述孔隙水壓力傳感器通過導線與模型試驗槽外部的測試儀連接。

所述模型試驗槽的槽內空間呈長方體狀，所述模型試驗槽由水泥砂漿砌筑而成，使模型試驗槽側壁和池底不滲漏水。其包括四塊模型槽壁，其中有沿模型試驗槽橫向相向設置的第一壁、第二壁，本實施例中，所述模型試驗槽沿橫向的長度為600cm，沿縱向的長度為400cm，高度為250cm。所述基巖岸坡包括沿模型試驗槽橫向設置的立面、坡面，所述基巖岸坡的立面與模型試驗槽的第一壁貼合，所述庫水位標尺設置在模型試驗槽的第二壁上，使所述基巖岸坡的坡面、庫水位標尺呈相向分布。本實施例中，所述基巖岸坡的坡面傾角為40度。所述庫水位標尺上設有高水位線、低水位線，用于控制庫水位變動的極限位置。

所述模型試驗槽的槽底設置有閥門和水泵，所述水泵用于向模型試驗槽內注水，所述閥門關閉時模擬水庫蓄水，所述閥門打開時模擬水庫泄水。本實施例中，所述閥門通過管道連接于模型試驗槽，所述水泵連接在閥門外側，泄水時將閥門打開到設定的張開度。當然，閥門、水泵也可以分別連接模型試驗槽。

一種庫水位變動帶岸坡變形破壞試驗裝置的使用方法，包括以下步驟：

步驟1，根據試驗工況需求，在基巖岸坡表面填筑土體，形成試驗模型岸坡，所述試驗工況需求包括土質岸坡類型(如土質岸坡、類土質岸坡)、土層厚度、土體密實度、初始含水量、試驗模型岸坡傾角；

步驟2，開啟各孔隙水壓力傳感器；

步驟3，根據試驗工況需求的庫水位升降變化幅度及變化速率，讓模型試驗槽注水或泄水；

步驟4，通過孔隙水壓力傳感器連續測量試驗模型岸坡土體內孔隙水壓力變化數據，并觀察試驗模型岸坡表面拉張裂縫的形成演化及岸坡破壞現象；

步驟5，分析實驗數據，揭示試驗工況下水庫岸坡崩滑災害的形成及演化規律，用于在試驗工況下探索庫水位變動對不同土質岸坡和類土質岸坡的變形與破壞特征，提升對水庫岸坡地質災害的科學認知水平。

試驗裝置設定的庫水位量測標尺，是根據相似理論進行設計的，如三峽水庫岸坡試驗模型幾何相似比取25時，速度相似比為5，比尺如圖5所示。

最后說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的范圍。