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申请/专利权人：河海大学

摘要：本发明公开了一种地震与降雨耦合作用下角度可变边坡模型试验装置及方法，装置包括可调节边坡角度的模型箱、降雨系统、数据采集组件。降雨系统包括储水箱、水泵、供水主管、电子控制总阀、流量表、供水分管、电子控制分阀、喷头、水平滑槽、滚轮、喷淋支架、降雨系统支架；模型箱包括底板、前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和过滤砂网；数据采集组件包括加速度传感器、孔压传感器、高速摄像机、三维激光扫描仪。降雨系统模拟降雨工况；用高速摄像机对边坡侧面进行拍摄，用三维激光扫描仪对坡体表面进行扫描。本发明可有效克服降雨系统无法精确控制的应用局限性，同时能够有效克服反应加速度时程和模型位移测量的局限性。

主权项：1.一种地震与降雨耦合作用下角度可变边坡模型试验方法，其特征在于：首先搭建地震与降雨耦合作用下角度可变边坡模型试验装置，该装置包括可调节边坡角度的模型箱、降雨系统、数据采集组件；所述模型箱为固装在振动台上的矩形箱体，包括底板、前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和过滤砂网；所述后侧板与底板之间通过焊接相连，所述左侧板的左下角刻有一量角器，量角器底边平行于地面，左侧板上布设有标志点，左右侧板与前后侧板边框进行密封连接；所述前侧板可抽离地放置在前侧板边框的竖向滑槽内；所述过滤砂网位于前侧板边框后，通过其底部的两个铰链旋转至任意角度；所述降雨系统包括储水箱、水泵、供水主管、电子控制总阀、流量表、供水分管、电子控制分阀、喷头、水平滑槽、第一滚轮、喷淋支架、降雨系统支架；所述降雨系统支架与地面相固连；两根水平滑槽通过螺栓固装在降雨系统支架上；所述第一滚轮安装在两根水平滑槽中间；所述喷淋支架与第一滚轮固接；所述储水箱放置在模型箱旁侧地面上，所述储水箱进水口连接水龙头，出水口与水泵相连；所述水泵放置在储水箱旁侧，与供水主管相连；所述供水主管固装在喷淋支架下；所述电子控制总阀固装在供水主管上；所述流量表固装在供水主管上；所述供水分管上端与供水主管相连，下端与喷头相连；设定所述喷头有效降雨覆盖半径，将若干个喷头按照m只、n只沿纵向交错排布；在每一根供水分管上固装一个电子控制分阀；由所述水平滑槽、第一滚轮、喷淋支架、供水主管以及多个喷头组成的降雨系统组件通过所述水平滑槽以及所述第一滚轮实现模型箱上方的整体滑动；所述数据采集组件包括加速度传感器、孔压传感器、高速摄像机、三维激光扫描仪；所述加速度传感器、孔压传感器安装在模型箱内预定的土层位置；所述加速度传感器具有直角形状，在直角处与陀螺仪固定；所述加速度传感器及陀螺仪密封防水；所述高速摄像机安装在左侧板外侧的固定架上，所述高速摄像机结合布设于左侧板上的标志点用于测边坡侧面二维位移；所述三维激光扫描仪安装在模型箱顶部伸缩杆上，三维激光扫描仪在伸缩杆底部可沿固定轴调整角度，伸缩杆竖向可伸缩，在水平向通过第二滚轮沿导轨移动，导轨通过螺栓固装在降雨系统支架上，并与模型箱不接触，在模型箱内壁布设靶点；所述地震与降雨耦合作用下角度可变边坡模型试验装置，在装填、密实砂土过程中，执行以下操作：在装填砂土前先将可抽离的前侧板放置在前侧板边框两边的竖向滑槽内，固定在初始位置，固定完成后形成一个顶部开口、四周及底面密封的刚性模型箱，其中前侧板的插入将可自由旋转的过滤砂网角度固定在90°；所述前侧板在调整角度时可抽离，仅保留位于前侧板边框后的角度可调的过滤砂网，同时解除前侧板对过滤砂网的角度约束；采用砂雨法在模型箱内分层铺设砂土；在铺设砂土到达传感器埋设设定高度时，将加速度传感器、孔压传感器埋设到预定的土层位置，在振动台上安装加速度传感器用于记录真实输入的地震波信号；当填土达到边坡的设定高度后抽离前侧板，根据试验要求并参照左侧板上的量角器将前面的过滤砂网通过其底部铰链旋转至需要的角度，进行削坡；当模型箱内的边坡完成削坡后，将过滤砂网水平放置，并静置边坡；将组装好的模型箱固装到振动台上，并放置在降雨系统正下方，通过降雨系统模拟降雨工况；在模型箱左侧板上布设直径为d的圆形标志点，将高速摄像机安装到左侧板外的固定架上；将三维激光扫描仪安装到模型箱顶部伸缩杆上，并在模型箱内壁布设靶点；启动离心机前用高速摄像机对边坡侧面进行拍摄作为初始基准图像，用三维激光扫描仪对坡体表面进行一次扫描作为初始基准点云；启动振动台，对边坡侧面进行录像监控，对坡面进行固定时间扫描采样。

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