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原文传递根系与渗流耦合下坡体破坏判据研究离心模型试验系统

专利名称：	根系与渗流耦合下坡体破坏判据研究离心模型试验系统
摘要：	本发明公开了一种根系与渗流耦合下坡体破坏判据研究离心模型试验系统，包括：刚性模拟箱、地下水渗流系统、根系生物力学固土系统以及坡体水分‑应力‑变形监测系统；借助大型土工离心机还原植被覆被坡体的真实应力环境，模拟不同植被根型的生物力学固土机能(蒸腾、加筋固土作用)，通过精准分级施加坡体后缘的水力环境条件，改变坡体渗流演进路径与浸润线高度，模拟诱发坡体失稳破坏演变的全过程。其中，大型土工离心机为坡体模型提供原型坡体的应力环境。地下水渗流系统为坡体提供不同高度的稳定地下水力梯度条件。根系生物力学固土系统实现根系蒸腾作用对坡表水分的调控以及根系加筋锚固的固土作用。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所
发明人：	张崇磊;苏立君;蒋关鲁;刘琪;余方威;韩宜均
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T03:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T22:00:00+0805
申请号：	CN202010138547.3
公开号：	CN111189995A
代理机构：	成都方圆聿联专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	苟铭
分类号：	G01N33/24;G;G01;G01N;G01N33;G01N33/24
申请人地址：	610041 四川省成都市人民南路四段9号
主权项：	1.一种根系与渗流耦合下坡体破坏判据研究离心模型试验系统，其特征在于，包括：坡体模型(35)、刚性模拟箱、地下水高度控制系统、根系生物力学固土系统、坡体水分-应力-变形监测系统和控制室计算机(30)；刚性模拟箱内安装地下水高度控制系统、根系生物力学固土系统以及坡体水分-应力-变形监测系统；所述坡体模型(35)呈梯形，采用土样分层压实填筑在刚性模拟箱的一侧；所述刚性模拟箱包括：铝合金箱体(9)、有机玻璃侧壁(10)、箱体上部盖板(11)、坡体后侧密封槽(12)以及坡脚带孔钢支架(13)；铝合金箱体(9)的侧面安装透明有机玻璃侧壁(10)，用于实时监测坡体湿润锋的迁移过程以及浸润线高度的演变规律；有机玻璃侧壁(10)与模拟箱(9)箱体接触面安装胶圈，并通过螺栓固定密封，坡体模型(35)左侧下部安装密封槽(12)，模型右侧坡脚安装带孔钢支架(13)；有机玻璃侧壁(10)可拆卸，利于试验前后坡体模型(35)的制作和拆模；所述地下水高度控制系统包括：储水箱(1)、流速控制蠕动泵(2)、单向电磁阀(3)、分流管路(4)、入渗多孔不锈钢管(5)、微型水位传感器(6)、流速控制器(7)和水位变送器(8)；所述盖板(11)上部固定储水箱(1)，储水箱(1)内底部安装水位变送器(8)，流速控制蠕动泵(2)通过航空插头将蠕动泵(2)控制信号导线连接到流速控制器(7)上，实现开闭蠕动泵(2)，并能调整注水速率和地下水位高度；流速控制器(7)调控蠕动泵(2)运转，蠕动泵(2)运转带动水流运动将水由大型储水箱(1)引出，水流通过单向电磁阀(3)以及蠕动泵(2)后，由一根管路进分八路的分流管路(4)，八路分流管路同步将水输送到八根入渗多孔不锈钢管(5)底部；入渗多孔不锈钢管(5)内设置微型水位传感器(6)，用于实时反馈水位高度；所述根系生物力学固土系统包括：高进气值陶土头(14)、不同形状的人造根(22)、抽水单向阀(15)、一级储水罐(16)、二级储水罐(17)、一级储水罐(16)底部的吸力变送器(18)、一级储水罐吊杆(19)、吸力输水管路(21)、真空泵(20)和启停开关(23)；真空泵(20)与启停开关(23)电路连接，真空泵(20)和二级储水罐(17)安装于箱体上部盖板(11)的表面，一级储水罐吊杆(19)固定于箱体上部盖板(11)的下表面，一级储水罐吊杆(19)用于安装一级储水罐(16)，一级储水罐(16)底部安装吸力变送器(18)用于监测真空泵(20)负压值；真空泵(20)通过吸力输水管路(21)依次连接二级储水罐(17)、一级储水罐(16)、抽水单向阀(15)、人造根(22)；所述人造根(22)主要由高进气值陶土头(14)与不同形状的聚酰胺PA空心管搭接装配构成；启停开关(23)启动真空泵(20)，抽水管路中负压启动；人造根(22)的高进气值陶土头(14)在真空负压下将坡表根端的水分抽出，水分沿吸力输水管路(21)经过抽水单向阀(15)，到达一级储水罐(16)和二级储水罐(17)并进行贮存；一级储水罐(16)底部的吸力变送器(18)监测真空泵(20)负压值，并测量从土中抽水过程的蒸腾水量；关闭真空泵时，抽水单向阀(15)可防止抽水管路和储水罐内的水分倒流回根端，并进入坡体；两级储水罐设计有效防止水分进入真空泵(20)；水分-应力-变形监测系统包括：应力类土压力传感器(24)、水分类含水率传感器(25)、基质吸力传感器(26)、孔隙水压力传感器(27)、变形类位移传感器(28)、坡体外部变形摄录组件和数据采集处理仪(29)；坡体内部埋设应力类土压力传感器(24)、水分类含水率传感器(25)、基质吸力传感器(26)和孔隙水压力传感器(27)；坡体表面布设的变形类位移传感器(28)；应力类土压力传感器(24)、水分类含水率传感器(25)、基质吸力传感器(26)、孔隙水压力传感器(27)、变形类位移传感器(28)都通过数据传输线连接至数据采集处理仪(29)；所述数据采集处理仪(29)通过数据传输线与控制室计算机(30)连接，监测坡体应力、水分以及变形实时响应情况；铝合金T形支架(31)固定于箱体上部盖板(11)上，变形类位移传感器(28)通过夹具固定于铝合金T形支架(31)上；所述坡体外部变形摄录组件用于间隔记录坡体正面分级失稳崩塌过程，实时观测模型侧面的失稳过程与浸润线演变；所述密封槽(12)用于将入渗多孔钢管(5)固定在水槽内，并控制坡体地下水高度从20cm处提高；模型坡脚的带孔钢支架(13)内部填充海绵，用于储存从坡体内渗流出的多余水分，防止水分在坡脚堆积；入渗多孔钢管(5)管外包扎一层50目不锈钢纱网，用于调控供水渗流速率。 2.根据权利要求1所述的一种根系与渗流耦合下坡体破坏判据研究离心模型试验系统，其特征在于：蠕动泵(2)为三转子，流量范围为15-300ml/min，泵管材质为硅胶管。 3.根据权利要求1所述的一种根系与渗流耦合下坡体破坏判据研究离心模型试验系统，其特征在于：所述真空泵(20)的真空度为-98kPa，功率430瓦。 4.根据权利要求1所述的一种根系与渗流耦合下坡体破坏判据研究离心模型试验系统，其特征在于：所述坡体外部变形摄录组件包括：模拟箱内部的动态相机(32)、模拟箱有机玻璃外侧的高速摄像机(33)以及支架(34)；高像素动态相机(32)能够间隔记录坡体正面分级失稳崩塌过程；坡体侧面安装高速摄像机(33)，透过模拟箱有机玻璃侧壁(10)实时观测模型侧面的失稳过程与浸润线演变；支架(34)用于固定动态相机(32)和高速摄像机(33)。 5.根据权利要求1所述的一种根系与渗流耦合下坡体破坏判据研究离心模型试验系统，其特征在于：有机玻璃侧壁(10)以及模拟箱(9)内侧壁上绘制每层4cm高度的网格基准线(36)；在模拟箱(9)侧壁绘制标准坡度线及分区域轮廓线作为削坡基准线。
所属类别：	发明专利