模拟降雨边坡侵蚀的试验装置及方法

1.本发明涉及一种属于边坡侵蚀技术领域的试验装置，更确切地说，本发明涉及一种模拟降雨对边坡侵蚀的试验装置及方法。


背景技术：

2.水是影响边坡稳定性的主要因素之一，在强降雨地区，雨水冲刷会导致边坡面蚀、坡面下切侵蚀以及渗透破坏，导致土体滑动，引起土体崩塌和滑坡。降雨作用对边坡稳定性的影响一直是边坡侵蚀研究的难点所在，其主要原因在于室内试验条件达不到实际要求，无法充分模拟自然降雨，且无法模拟多种坡度，从而造成试验误差较大。
3.现有降雨边坡侵蚀试验装置具有如下特征，首先是装置大多测定泥沙冲蚀量，而无法对边坡土层物理性质变化进行测定，其次是装置功能较单一，很多试验装置只能测定单一降雨量。
4.因此，需要能够充分模拟实际边坡降雨侵蚀的试验装置及方法，充分考虑自然降雨条件，分析降雨作用下边坡侵蚀乃至破坏的根本原因。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术无法定量分析降水对边坡侵蚀的问题，提供了一种模拟降雨对边坡侵蚀的试验装置及方法。
6.为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的模拟降雨边坡侵蚀的试验装置包括试验箱、供料装置、供水装置、4套结构相同的可升降淋滤装置、可调节边坡模拟装置、土体物理参数探测装置、残渣收集装置及数据采集控制系统；
7.所述的数据采集控制系统包括控制器及计算机；
8.所述的供水装置通过其中的第一支架安装在地基上，4套结构相同的可升降淋滤装置安装在供水装置的右上方，4套结构相同的可升降淋滤装置中的伸缩水管的顶端和供水装置中的供水管底部连通；试验箱安装在4套结构相同的可升降淋滤装置正下方的地基上；可调节边坡模拟装置安装在试验箱内的箱体底板上；供料装置通过其中的供料主体安装在试验箱右侧的地基上；残渣收集装置安装在试验箱与供水装置中的供水箱之间的地基上，残渣收集装置通过其中的第一排水管与试验箱连通；土体物理参数探测装置的一端埋入模拟边坡土体内，土体物理参数探测装置的另一端、供水装置中的流量计分别和计算机连接；控制器和无线控制模块间为无线连接，控制器和2个结构相同的液压支架间为有线连接。
9.技术方案中所述的试验箱为长方体形的四周的箱壁均为钢化玻璃的箱体结构件，试验箱前箱壁与左侧箱壁间采用型号为rsh-215的90
°
合页连接，左侧箱壁的前下端设有安装第一排水管的第一排水管预留孔，箱体底板采用型号为304的5mm厚长方形的花纹不锈钢板，箱体底板的下面均匀地设置有8个结构完全相同的型号为tpr的万向轮。
10.技术方案中所述的供水装置还包括供水箱、供水泵及供水管组件；其中：供水管组
件包括供水管及流量计；供水管由进水管与出水管组成；所述的第一支架为长方体形型材做成的钢质l形支架，由立柱与横梁组成,立柱的顶端与横梁的左端固定连接，立柱与横梁相互垂直，第一支架的立柱底端设置有矩形法兰盘，矩形法兰盘与立柱底端焊接连接，矩形法兰盘的对称轴线与立柱的对称轴线共线，矩形法兰盘与立柱对称轴线相垂直，矩形法兰盘上均布有螺栓孔；第一支架通过矩形法兰盘与地面上的预埋螺栓固定在地面上，第一支架的立柱中段设有螺栓孔；所述的供水管采用型号为dn40的pvc管，供水管由进水管与出水管组成，进水管为直管，出水管为l形管，出水管由竖直管与横直管组成，竖直管与横直管通过直角弯头垂直连通；所述的流量计采用型号为lc的椭圆齿轮流量计；所述的第一支架通过立柱的底端固定在地基上，立柱与地面相垂直，供水泵固定在第一支架的立柱上，供水箱安装在供水泵正下方的地基上，供水箱与供水泵的进水口由进水管连通，供水泵出水口与出水管中的竖直管的进水口连接；流量计通过其上的法兰盘安装在出水管直角处的横直管上。
11.技术方案中所述的可升降淋滤装置还包括无线控制模块、滑轨及喷头；所述的无线控制模块采用型号为t4b的升降控制器；所述的滑轨采用型号为fx3053t的三节全拉出阻尼钢珠滑轨，由固定滑轨及滑动滑轨组成，固定滑轨的顶端固定在第一支架中的横梁上，固定滑轨与滑动滑轨之间为滑动连接；所述的伸缩水管采用型号为master-santo h的可伸缩软管，伸缩水管的顶端连接在供水管中的横直管的底部，伸缩水管的下端与喷头连接，伸缩水管最底部一节与滑轨中的滑动轨道的底部用型号为tjhy-004的套箍固定连接；无线控制模块安装在固定滑轨上；所述的喷头采用型号为t-zstz68的喷头。
12.技术方案中所述的残渣收集装置还包括沉淀池、澄清水池、排水泵与第二排水管；所述的沉淀池为混凝土结构的长方体形的顶端为敞开口式的平流式沉淀池，沉淀池的底部设有称重模块，澄清水池为混凝土结构的长方体形的顶端为敞开口式的澄清水池，澄清水池底部设置有称重模块，澄清水池中设置有ph/盐度测试仪，排水泵采用自吸式无堵塞排污泵，第一排水管及第二排水管为dn40的pvc管；沉淀池安装在试验箱左侧的地基上，澄清水池安装在沉淀池左侧的地基上，排水泵安装在澄清水池与沉淀池之间的地基上，排水泵的出水口与澄清水池连通，排水泵的进水口通过第二排水管与沉淀池连通，沉淀池与试验箱通过第一排水管连通，即第一排水管的右端伸入试验箱左侧箱壁的前下端的第一排水管预留孔内并为固定连接，第一排水管的左端伸入沉淀池右侧池壁上的池壁孔内并为固定连接。
13.技术方案中所述的可调节边坡模拟装置包括2个结构相同的液压支架及试验槽；所述的试验槽为长方体形的钢制箱体结构件，试验槽底部设置有两个长方体形的钢垫块，钢垫块焊接在试验槽底部左右两端，钢垫块的底部设有铰接轴连接孔，钢垫块通过铰接轴与液压支架中活塞杆顶部的铰接轴连接孔连接。
14.技术方案中所述的土体物理参数探测装置包括型号为hydra probe的水盐量复合型探头、型号为257的基质吸力传感器与型号为bf-d的孔隙水压力计；水盐量复合型探头、基质吸力传感器与孔隙水压力计埋入边坡土体，水盐量复合型探头、基质吸力传感器与孔隙水压力计的接线端和控制器用usb数据线连接。
15.一种采用所述的模拟降雨边坡侵蚀的试验装置的试验方法的步骤如下：
16.1)根据所需模拟边坡的土壤类型、含水率、含盐量等性状配置试验用土，将配好的
土样放入供料装置中备用并覆盖防蒸发膜；
17.2)将控制器及计算机打开，将试验箱前箱壁打开，提供人工操作面；
18.3)通过控制器控制2个结构相同的液压支架升降，将试验槽调整至所要模拟边坡的坡度；
19.4)将供料装置防蒸发膜取下，将配好的土样分层放入试验槽中并按所要模拟边坡的压实度压实；
20.5)将水盐量复合型探头、基质吸力传感器及孔隙水压力计埋入模拟边坡的坡面，并将水盐量复合型探头、基质吸力传感器及孔隙水压力计的接线端和计算机连接，再将试验箱前箱壁闭合；
21.6)通过控制器控制可升降淋滤装置中的无线控制模块使滑轨中的滑动滑轨下降，带动可伸缩软管下降，将喷头降入试验箱内，试验时喷头距离坡顶500mm；
22.7)将供水泵打开，根据模拟降雨大小控制控水量；
23.8)通过计算机根据采集到的试验数据实时绘制降雨量-时间曲线、含盐量-时间曲线、孔隙水压力-时间曲线、基质吸力-时间曲线，其中，时间均为横坐标，其它采集数据为纵坐标；
24.9)待沉淀池中的泥沙静置沉淀24h后打开抽水泵，将上层水抽入澄清水池；
25.10)将沉淀池中的泥沙烘干8h至恒重，记录冲蚀土干重并通过计算机软件绘制降雨量-冲蚀量曲线，其中，降雨量为横坐标，冲蚀量为纵坐标。
26.技术方案中所述的通过计算机根据采集到的试验数据实时绘制降雨量-时间曲线、含盐量-时间曲线、孔隙水压力-时间曲线、基质吸力-时间曲线是指：
27.1)绘制降雨量-时间曲线：
28.(1)通过流量计采集降雨量，降雨量为纵坐标，
29.(2)每隔5s采集一组试验数据，时间为横坐标，
30.(3)用计算机绘制散点折线图；
31.2)绘制含盐量-时间曲线：
32.(1)通过水盐量复合型探头采集土体含盐量，土体含盐量为纵坐标，
33.(2)每隔60s采集一组试验数据，时间为横坐标，
34.(3)用计算机绘制散点折线图；
35.3)绘制孔隙水压力-时间曲线：
36.(1)通过孔隙水压力计采集土体孔隙水压力，孔隙水压力为纵坐标，
37.(2)每隔60s采集一组试验数据，时间为横坐标，
38.(3)用计算机绘制散点折线图；
39.4)绘制基质吸力-时间曲线：
40.(1)通过基质吸力传感器采集土体基质吸力，基质吸力为纵坐标，
41.(2)每隔60s采集一组试验数据，时间为横坐标，
42.(3)用计算机绘制散点折线图。
43.技术方案中所述的将沉淀池中的泥沙烘干8h至恒重，记录冲蚀土干重并通过计算机绘制降雨量-冲蚀量曲线是指：
44.(1)通过流量计采集降雨量数据，降雨量为纵坐标，
45.(2)测得的泥沙干重为冲蚀量，冲蚀量为横坐标，
46.(3)根据每组试验的降雨量及冲蚀量变化绘制散点折线图。
47.与现有技术相比本发明的有益效果是：
48.1.本发明所述的一种模拟降雨对边坡侵蚀的试验装置可充分模拟自然降雨条件，降雨量在5mm/24h～100mm/24h间可控,可实现小雨、中雨、大雨、暴雨多种降雨过程组合，提高试验精确度；
49.2.本发明所述的一种模拟降雨对边坡侵蚀的试验装置可采集降雨后边坡土体的含水量、含盐量、基质吸力、孔隙水压力、质量损失等数据，从土体性质变化分析边坡受降雨侵蚀乃至破坏的根本原因，对于边坡侵蚀研究具有重要意义。
附图说明
50.下面结合附图对本发明作进一步的说明：
51.图1为本发明所述的一种模拟降雨对边坡侵蚀的试验装置结构组成的示意图；
52.图2为本发明所述的一种模拟降雨对边坡侵蚀的试验装置中所采用的试验箱结构组成的轴测投影视图；
53.图3为本发明所述的一种模拟降雨对边坡侵蚀的试验装置中所采用的可升降喷淋装置结构组成的主视图；
54.图4为本发明所述的一种模拟降雨对边坡侵蚀的试验装置中所采用的液压支架结构组成的轴测投影视图；
55.图5为本发明所述的一种模拟降雨对边坡侵蚀的试验装置中所采用的试验槽结构组成的轴测投影视图；
56.图6为本发明所述的一种模拟降雨对边坡侵蚀的试验装置所采用的数据采集控制系统结构组成的示意图；
57.图7为一种采用本发明所述的模拟降雨边坡侵蚀的试验装置的试验方法的流程框图；
58.图中：1.试验箱，1-1.第一排水管预留孔，1-2.试验箱前箱壁，2.万向轮，3.供料装置，4.供水箱，5.第一支架，6.供水泵，7.供水管，8.流量计，9.无线控制模块，10.滑轨，10-1.固定滑轨，10-2.滑动滑轨，11.伸缩水管、11-1.套箍，12.喷头，13.液压支架，13-1.液压油缸，13-2.活塞杆，13-3.铰接轴连接孔，14.试验槽，14-1.钢垫块，15.水盐量复合型探头，16.基质吸力传感器，17.孔隙水压力计，18.沉淀池，19.澄清水池，20.排水泵，21.第一排水管，22.第二排水管，23.称重模块，24.ph/盐度测试仪，25.控制器，26.计算机。
具体实施方式
59.下面结合附图对本发明作详细的描述：
60.参阅图1，本发明所述的一种模拟降雨边坡侵蚀的试验装置包括试验箱1、供料装置3、供水装置、4套结构相同的可升降淋滤装置、可调节边坡模拟装置、土体物理参数探测装置、残渣收集装置及数据采集控制系统；
61.参阅图2，所述的试验箱1为长方体形的四周的箱壁均为钢化玻璃的箱体结构件，试验箱前箱壁1-2为长方形的钢化玻璃，与左侧壁玻璃间用型号为rsh-215的90
°
合页连接，
进行试验准备工作时，试验箱前箱壁1-2可开启，便于在试验箱1内进行试验相关操作；左侧箱壁的前下端设有安装第一排水管21的第一排水管预留孔1-1，箱体底板采用型号为304的5mm厚长方形的花纹不锈钢板，箱体底板的下面均匀地设置8个结构完全相同的型号为tpr的万向轮2，沿箱体底板长度方向前后各布置4个，万向轮2通过其中的支架焊接在试验箱1箱体底板上；
62.所述的供料装置3包括供料主体与防蒸发膜，供料主体为圆柱形桶式结构件，供料主体用以存放试验土样，防蒸发膜覆盖在供料主体的顶部，防蒸发膜所用材料为低密度聚乙烯，防止灰尘进入供料主体并防止供料主体内试验土样水分流失；
63.所述的供水装置包括长方体形的供水箱4、第一支架5、供水泵6及供水管组件；其中：供水管组件包括供水管7及流量计8。
64.所述的第一支架5为长方体形型材做成的支架，由立柱与横梁组成,立柱的顶端与横梁的左端固定连接，立柱与横梁相互垂直，第一支架5外形呈l形支架，钢制结构，第一支架5的立柱底端设置有矩形法兰盘，矩形法兰盘与立柱底端焊接连接，矩形法兰盘的对称轴线与立柱的对称轴线共线，矩形法兰盘与立柱对称轴线相垂直，矩形法兰盘上均布有螺栓孔；地面上设有预埋螺栓，地面上的预埋螺栓和矩形法兰盘上的螺栓孔相对正，第一支架5通过矩形法兰盘与地面上的预埋螺栓固定在地面上，第一支架5的立柱中段设有螺栓孔；
65.所述的供水泵6采用型号为zx的自吸式离心泵，通过型号为m10的t型扣件螺栓固定在第一支架5立柱中段的螺栓孔上，供水管7采用型号为dn40的pvc管，供水管7由进水管与出水管组成，进水管为直管，出水管为l形管，出水管由竖直管与横直管组成，竖直管与横直管通过直角弯头垂直连通；
66.所述的流量计8采用lc系列椭圆齿轮流量计；
67.外形呈l形的第一支架5的立柱通过矩形法兰盘与地面的预埋螺栓固定在地面上，第一支架5中的立柱与地面垂直连接；第一支架5的立柱中段设有螺栓孔，用于固定供水泵6，供水泵6的进水口与进水管的顶端口连接，进水管的下端插入供水箱4的水中，供水泵6的出水口与出水管的竖直管的底端口连接，供水泵6启动后供水箱4中的水吸入供水管7中，再通过4套结构相同的可升降淋滤装置实现模拟降雨功能；供水管7中呈l形的出水管采用5个型号为tjhy-004的套箍固定在第一支架5上，出水管的左侧竖直管段采用2个，顶部横直管段采用3个，出水管中的横直管的右端和4个完全相同的可升降淋滤装置中的伸缩水管11的顶端相连通，供水管7中的顶部横直管左侧设有法兰盘，用于连接流量计8；
68.所述的流量计8采用型号为lc的椭圆齿轮流量计，流量计8通过其上的法兰盘与供水管7上的法兰盘对接，安装在供水管7上，供水管7内的水流均通过流量计8，监测供水管流量；
69.参阅图3，所述的可升降淋滤装置包括无线控制模块9、滑轨10、伸缩水管11及喷头12；
70.所述的无线控制模块9采用型号为t4b的升降控制器，与控制器25无线连接；
71.所述的滑轨10采用型号为fx3053t的三节全拉出阻尼钢珠滑轨，由固定滑轨10-1及滑动滑轨10-2组成，具有高承载、耐腐蚀、自锁的优点；
72.所述的伸缩水管11采用型号为master-santo h的可伸缩软管，上端连接供水管7，下端与喷头12连接；
73.所述的喷头12采用型号为t-zstz68的喷头，上端与伸缩水管11连接；
74.第一支架5的横梁上设有三个螺栓预留孔，3个固定滑轨10-1的顶端通过螺栓固定在第一支架5的横梁上；伸缩水管11顶端连接在供水管7底部，喷头12连接在伸缩水管11底部，伸缩水管11最底部一节与滑轨10中的滑动轨道10-2的底部用型号为tjhy-004的套箍11-1固定连接；无线控制模块9通过海绵胶固定在滑轨10中的固定滑轨10-1上，控制滑动滑轨10-2升降；数据采集控制系统中的控制器25控制无线控制模块9使滑动滑轨10-2升降，填料时喷头12升起，喷淋时喷头12降入试验箱1内，模拟降雨条件；
75.参阅图1，所述的可调节边坡模拟装置包括2个结构相同的液压支架13及试验槽14；
76.参阅图4，液压支架13采用型号为63的缸体固定式液压支架，由液压油缸13-1及活塞13-2组成，活塞杆13-2顶部设置有铰接轴连接孔13-3，通过铰接轴与试验槽14上的钢垫块14-1连接；通过调节两个液压支架13的高度，调节试验槽14的角度，模拟不同的边坡坡度；
77.参阅图5，试验槽14为长方体形的钢制结构件，试验时通过调节试验槽14的角度模拟不同的边坡坡度，试验槽14底部左右两端设置有两个长方体形的钢垫块14-1，钢垫块14-1焊接在试验槽14底部左右两端，钢垫块14-1底部设有安装铰接轴的连接孔，钢垫块14-1通过铰接轴与液压支架13中活塞杆13-2顶部的铰接轴连接孔13-3连接，通过调节两个液压支架13的升降实现试验槽14角度的变化，模拟不同的边坡坡度；
78.所述的土体物理参数探测装置包括型号为hydra probe的水盐量复合型探头15、型号为257的基质吸力传感器16与型号为bf-d的孔隙水压力计17，水盐量复合型探头15、基质吸力传感器16与孔隙水压力计17与控制器25间用usb数据线连接，试验时将土体物理参数探测装置埋入边坡土体，以测得土体含水率、含盐量、基质吸力及孔隙水压力；
79.所述的残渣收集装置包括沉淀池18、澄清水池19、排水泵20、第一排水管21及第二排水管22；
80.所述的沉淀池18为混凝土结构的长方体形的顶端为敞开口式的平流式沉淀池，沉淀池18的底部设有称重模块23，澄清水池19也为混凝土结构的长方体形的顶端为敞开口式的澄清水池，澄清水池19底部设置有称重模块23，澄清水池19中设置有型号为dp 162的ph/盐度测试仪24，排水泵20采用型号为zw型自吸式无堵塞排污泵，具有排污能力强、高效节能的优点，第一排水管21及第二排水管22采用型号为dn40的pvc管；
81.沉淀池18安装在试验箱1左侧的地基上，澄清水池19安装在沉淀池18左侧的地基上，排水泵20安装在澄清水池19与沉淀池18之间的地基上，排水泵20的出水口与澄清水池19连通，排水泵20的进水口通过第二排水管22与沉淀池18连通，沉淀池18与试验箱1通过第一排水管21连通，即第一排水管21的右端伸入试验箱1左侧箱壁的前下端的第一排水管预留孔1-1内并为固定连接，第一排水管21的左端伸入沉淀池18右侧池壁上的池壁孔内并为固定连接。
82.参阅图6，所述的数据采集控制系统包括控制器25及计算机26；
83.所述的控制器25采用型号为cr300的集成控制器，所述的计算机26为台式个人计算机，控制器25及计算机26放置在试验箱1的右侧；
84.控制器25通过无线信号控制可升降淋滤装置中的无线控制模块9使滑轨10升降、
控制2个结构相同的液压支架13升降调节试验槽14角度以模拟试验边坡坡度；
85.计算机26和控制器25、流量计8、水盐量复合型探头15、基质吸力传感器16、孔隙水压力计17通过usb数据线连接，将采集的数据实时传入计算机26中，并通过计算机软件实现实时绘制降雨量-时间曲线、含盐量-时间曲线、孔隙水压力-时间曲线、基质吸力-时间曲线，其中时间为横坐标，采集数据为纵坐标，根据采集数据点实时绘制点线图。
86.所述的供水装置通过其中的第一支架5安装在地基上，供水装置中的供水箱4安装在第一支架5右侧的地基上，4套结构相同的可升降淋滤装置安装在供水装置的右上方，4套结构相同的可升降淋滤装置中的伸缩水管11的顶端和供水装置中的供水管7右端的底部连通；试验箱1安装在4套结构相同的可升降淋滤装置正下方的地基上；可调节边坡模拟装置安装在试验箱1内的箱体底板上；供料装置3通过其中的供料主体安装在试验箱1右侧的地基上；残渣收集装置安装在试验箱1与供水装置中的供水箱4之间的地基上，残渣收集装置通过其中的第一排水管21与试验箱1连通；土体物理参数探测装置的一端埋入模拟边坡土体内，土体物理参数探测装置的另一端、供水装置中的流量计8分别和计算机26连接；
87.参阅图7，本发明所提供的采用模拟降雨边坡侵蚀的试验装置的试验方法，包括的步骤如下：
88.1)根据所需模拟边坡的土壤类型、含水率、含盐量等性状配置试验用土，将配好的土样放入供料装置3中备用并覆盖防蒸发膜；
89.2)将控制器25及计算机26打开，将试验箱前箱壁1-2打开，提供人工操作面；
90.3)通过控制器25控制2个结构相同的液压支架13升降，将试验槽14调整至所要模拟边坡的坡度；
91.4)将供料装置3上的防蒸发膜取下，将配好的土样分层放入试验槽14中并按所要模拟边坡的压实度压实；
92.5)将水盐量复合型探头15、基质吸力传感器16及孔隙水压力计17埋入模拟边坡的坡面，并将水盐量复合型探头15、基质吸力传感器16及孔隙水压力计17的接线端和计算机26连接，再将试验箱前箱壁1-2闭合；
93.6)通过控制器25控制可升降淋滤装置中的无线控制模块9使滑轨10中的滑动滑轨10-2下降，带动可伸缩软管11下降，将喷头12降入试验箱1内，试验时喷头12距离坡顶500mm；
94.7)将供水泵6打开，根据模拟降雨大小控制控水量；
95.8)通过计算机26中的软件根据采集到的试验数据实时绘制降雨量-时间曲线、含盐量-时间曲线、孔隙水压力-时间曲线、基质吸力-时间曲线，其中，时间均为横坐标，其它采集数据为纵坐标；
96.a.绘制降雨量-时间曲线：
97.(1)通过流量计8采集降雨量，降雨量为纵坐标，
98.(2)每隔5s采集一组试验数据，时间为横坐标，
99.(3)用计算机26绘制散点折线图；
100.b.绘制含盐量-时间曲线：
101.(1)通过水盐量复合型探头15采集土体含盐量，土体含盐量为纵坐标，
102.(2)每隔60s采集一组试验数据，时间为横坐标，
103.(3)用计算机26绘制散点折线图；
104.c.绘制孔隙水压力-时间曲线：
105.(1)通过孔隙水压力计17采集土体孔隙水压力，孔隙水压力为纵坐标，
106.(2)每隔60s采集一组试验数据，时间为横坐标，
107.(3)用计算机26绘制散点折线图；
108.d.绘制基质吸力-时间曲线：
109.(1)通过基质吸力传感器16采集土体基质吸力，基质吸力为纵坐标，
110.(2)每隔60s采集一组试验数据，时间为横坐标，
111.(3)用计算机26绘制散点折线图；
112.9)待沉淀池18中的泥沙静置沉淀24h后打开抽水泵，将上层水抽入澄清水池19；
113.10)将沉淀池18中的泥沙烘干8h至恒重，记录冲蚀土干重并通过计算机软件绘制降雨量-冲蚀量曲线，其中，降雨量为横坐标，冲蚀量为纵坐标：
114.(1)通过流量计采集降雨量数据，降雨量为纵坐标，
115.(2)测得的泥沙干重为冲蚀量，冲蚀量为横坐标，
116.(3)根据每组试验的降雨量及冲蚀量变化绘制散点折线图。
117.以上所述仅为结合本次制作过程进行说明，并不限制本结构，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，比如多个本实体的组合、变换所用材料等。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种模拟降雨边坡侵蚀的试验装置，其特征在于，所述的模拟降雨边坡侵蚀的试验装置包括试验箱(1)、供料装置(3)、供水装置、4套结构相同的可升降淋滤装置、可调节边坡模拟装置、土体物理参数探测装置、残渣收集装置及数据采集控制系统；所述的数据采集控制系统包括控制器(25)及计算机(26)；所述的供水装置通过其中的第一支架(5)安装在地基上，4套结构相同的可升降淋滤装置安装在供水装置的右上方，4套结构相同的可升降淋滤装置中的伸缩水管(11)的顶端和供水装置中的供水管(7)底部连通；试验箱(1)安装在4套结构相同的可升降淋滤装置正下方的地基上；可调节边坡模拟装置安装在试验箱(1)内的箱体底板上；供料装置(3)通过其中的供料主体安装在试验箱(1)右侧的地基上；残渣收集装置安装在试验箱(1)与供水装置中的供水箱(4)之间的地基上，残渣收集装置通过其中的第一排水管(21)与试验箱(1)连通；土体物理参数探测装置的一端埋入模拟边坡土体内，土体物理参数探测装置的另一端、供水装置中的流量计(8)分别和计算机(26)连接；控制器(25)和无线控制模块(9)间为无线连接，控制器(25)和2个结构相同的液压支架(13)间为有线连接。2.按照权利要求1所述的模拟降雨边坡侵蚀的试验装置，其特征在于，所述的试验箱(1)为长方体形的四周的箱壁均为钢化玻璃的箱体结构件，试验箱前箱壁(1-2)与左侧箱壁间采用型号为rsh-215的90
°
合页连接，左侧箱壁的前下端设有安装第一排水管(21)的第一排水管预留孔(1-1)，箱体底板采用型号为304的5mm厚长方形的花纹不锈钢板，箱体底板的下面均匀地设置有8个结构完全相同的型号为tpr的万向轮(2)。3.按照权利要求1所述的模拟降雨边坡侵蚀的试验装置，其特征在于，所述的供水装置还包括供水箱(4)、供水泵(6)及供水管组件；其中：供水管组件包括供水管(7)及流量计(8)；供水管(7)由进水管与出水管组成；所述的第一支架(5)为长方体形型材做成的钢质l形支架，由立柱与横梁组成,立柱的顶端与横梁的左端固定连接，立柱与横梁相互垂直，第一支架(5)的立柱底端设置有矩形法兰盘，矩形法兰盘与立柱底端焊接连接，矩形法兰盘的对称轴线与立柱的对称轴线共线，矩形法兰盘与立柱对称轴线相垂直，矩形法兰盘上均布有螺栓孔；第一支架(5)通过矩形法兰盘与地面上的预埋螺栓固定在地面上，第一支架(5)的立柱中段设有螺栓孔；所述的供水管(7)采用型号为dn40的pvc管，供水管(7)由进水管与出水管组成，进水管为直管，出水管为l形管，出水管由竖直管与横直管组成，竖直管与横直管通过直角弯头垂直连通；所述的流量计(8)采用型号为lc的椭圆齿轮流量计；所述的第一支架(5)通过立柱的底端固定在地基上，立柱与地面相垂直，供水泵(6)固定在第一支架(5)的立柱上，供水箱(4)安装在供水泵(6)正下方的地基上，供水箱(4)与供水泵(6)的进水口由进水管连通，供水泵(6)出水口与出水管中的竖直管的进水口连接；流量计(8)通过其上的法兰盘安装在出水管直角处的横直管上。4.按照权利要求1所述的模拟降雨边坡侵蚀的试验装置，其特征在于，所述的可升降淋滤装置还包括无线控制模块(9)、滑轨(10)及喷头(12)；所述的无线控制模块(9)采用型号为t4b的升降控制器；所述的滑轨(10)采用型号为fx3053t的三节全拉出阻尼钢珠滑轨，由固定滑轨(10-1)及滑动滑轨(10-2)组成，固定滑轨(10-1)的顶端固定在第一支架(5)中的横梁上，固定滑轨
(10-1)与滑动滑轨(10-2)之间为滑动连接；所述的伸缩水管(11)采用型号为master-santo h的可伸缩软管，伸缩水管(11)的顶端连接在供水管(7)中的横直管的底部，伸缩水管(11)的下端与喷头(12)连接，伸缩水管(11)最底部一节与滑轨(10)中的滑动轨道(10-2)的底部用型号为tjhy-004的套箍(11-1)固定连接；无线控制模块(9)安装在固定滑轨(10-1)上；所述的喷头(12)采用型号为t-zstz68的喷头。5.按照权利要求1所述的模拟降雨边坡侵蚀的试验装置，其特征在于，所述的残渣收集装置还包括沉淀池(18)、澄清水池(19)、排水泵(20)与第二排水管(22)；所述的沉淀池(18)为混凝土结构的长方体形的顶端为敞开口式的平流式沉淀池，沉淀池(18)的底部设有称重模块(23)，澄清水池(19)为混凝土结构的长方体形的顶端为敞开口式的澄清水池，澄清水池(19)底部设置有称重模块(23)，澄清水池(19)中设置有ph/盐度测试仪(24)，排水泵(20)采用自吸式无堵塞排污泵，第一排水管(21)及第二排水管(22)为dn40的pvc管；沉淀池(18)安装在试验箱(1)左侧的地基上，澄清水池(19)安装在沉淀池(18)左侧的地基上，排水泵(20)安装在澄清水池(19)与沉淀池(18)之间的地基上，排水泵(20)的出水口与澄清水池(19)连通，排水泵(20)的进水口通过第二排水管(22)与沉淀池(18)连通，沉淀池(18)与试验箱(1)通过第一排水管(21)连通，即第一排水管(21)的右端伸入试验箱(1)左侧箱壁的前下端的第一排水管预留孔(1-1)内并为固定连接，第一排水管(21)的左端伸入沉淀池(18)右侧池壁上的池壁孔内并为固定连接。6.按照权利要求1所述的模拟降雨边坡侵蚀的试验装置，其特征在于，所述的可调节边坡模拟装置包括2个结构相同的液压支架(13)及试验槽(14)；所述的试验槽(14)为长方体形的钢制箱体结构件，试验槽(14)底部设置有两个长方体形的钢垫块(14-1)，钢垫块(14-1)焊接在试验槽(14)底部左右两端，钢垫块的底部设有铰接轴连接孔，钢垫块(14-1)通过铰接轴与液压支架(13)中活塞杆(13-2)顶部的铰接轴连接孔(13-3)连接。7.按照权利要求1所述的模拟降雨边坡侵蚀的试验装置，其特征在于，所述的土体物理参数探测装置包括型号为hydra probe的水盐量复合型探头(15)、型号为257的基质吸力传感器(16)与型号为bf-d的孔隙水压力计(17)；水盐量复合型探头(15)、基质吸力传感器(16)与孔隙水压力计(17)埋入边坡土体，水盐量复合型探头(15)、基质吸力传感器(16)与孔隙水压力计(17)的接线端和控制器(25)用usb数据线连接。8.一种采用权利要求1所述的模拟降雨边坡侵蚀的试验装置的试验方法，其特征在于，所述的采用模拟降雨边坡侵蚀的试验装置的试验方法的步骤如下：1)根据所需模拟边坡的土壤类型、含水率、含盐量等性状配置试验用土，将配好的土样放入供料装置(3)中备用并覆盖防蒸发膜；2)将控制器(25)及计算机(26)打开，将试验箱前箱壁(1-2)打开，提供人工操作面；3)通过控制器(25)控制2个结构相同的液压支架(13)升降，将试验槽(14)调整至所要模拟边坡的坡度；4)将供料装置(3)防蒸发膜取下，将配好的土样分层放入试验槽(14)中并按所要模拟边坡的压实度压实；5)将水盐量复合型探头(15)、基质吸力传感器(16)及孔隙水压力计(17)埋入模拟边坡
的坡面，并将水盐量复合型探头(15)、基质吸力传感器(16)及孔隙水压力计(17)的接线端和计算机(26)连接，再将试验箱前箱壁(1-2)闭合；6)通过控制器(25)控制可升降淋滤装置中的无线控制模块(9)使滑轨(10)中的滑动滑轨(10-2)下降，带动可伸缩软管(11)下降，将喷头(12)降入试验箱(1)内，试验时喷头(12)距离坡顶500mm；7)将供水泵(6)打开，根据模拟降雨大小控制控水量；8)通过计算机(26)根据采集到的试验数据实时绘制降雨量-时间曲线、含盐量-时间曲线、孔隙水压力-时间曲线、基质吸力-时间曲线，其中，时间均为横坐标，其它采集数据为纵坐标；9)待沉淀池(18)中的泥沙静置沉淀24h后打开抽水泵，将上层水抽入澄清水池(19)；10)将沉淀池(18)中的泥沙烘干8h至恒重，记录冲蚀土干重并通过计算机软件绘制降雨量-冲蚀量曲线，其中，降雨量为横坐标，冲蚀量为纵坐标。9.按照权利要求8所述的采用模拟降雨边坡侵蚀的试验装置的试验方法，其特征在于，所述的通过计算机(26)根据采集到的试验数据实时绘制降雨量-时间曲线、含盐量-时间曲线、孔隙水压力-时间曲线、基质吸力-时间曲线是指：1)绘制降雨量-时间曲线：(1)通过流量计(8)采集降雨量，降雨量为纵坐标，(2)每隔5s采集一组试验数据，时间为横坐标，(3)用计算机(26)绘制散点折线图；2)绘制含盐量-时间曲线：(1)通过水盐量复合型探头(15)采集土体含盐量，土体含盐量为纵坐标，(2)每隔60s采集一组试验数据，时间为横坐标，(3)用计算机(26)绘制散点折线图；3)绘制孔隙水压力-时间曲线：(1)通过孔隙水压力计(17)采集土体孔隙水压力，孔隙水压力为纵坐标，(2)每隔60s采集一组试验数据，时间为横坐标，(3)用计算机(26)绘制散点折线图；4)绘制基质吸力-时间曲线：(1)通过基质吸力传感器(16)采集土体基质吸力，基质吸力为纵坐标，(2)每隔60s采集一组试验数据，时间为横坐标，(3)用计算机(26)绘制散点折线图。10.按照权利要求8所述的采用模拟降雨边坡侵蚀的试验装置的试验方法，其特征在于，所述的将沉淀池(18)中的泥沙烘干8h至恒重，记录冲蚀土干重并通过计算机绘制降雨量-冲蚀量曲线是指：(1)通过流量计采集降雨量数据，降雨量为纵坐标，(2)测得的泥沙干重为冲蚀量，冲蚀量为横坐标，(3)根据每组试验的降雨量及冲蚀量变化绘制散点折线图。

技术总结
本发明公开了一种模拟降雨边坡侵蚀的试验装置及方法,克服了无法定量分析降水对边坡侵蚀的问题，其包括试验箱、供料装置、供水装置、4套可升降淋滤装置、可调节边坡模拟装置；其数据采集控制系统包括控制器及计算机；供水装置通过其第一支架安装在地基上，4套可升降淋滤装置安装在供水装置右上方，4套可升降淋滤装置顶端和供水装置连通；试验箱安装在4套可升降淋滤装置下方；可调节边坡模拟装置安装在试验箱内；供料装置安装在试验箱右侧；残渣收集装置安装在试验箱与供水装置之间，残渣收集装置与试验箱连通；土体物理参数探测装置埋入边坡土体内，控制器和供水装置、4套可升降淋滤装置与可调节边坡模拟装置无线连接；还提供一种试验方法。一种试验方法。一种试验方法。


技术研发人员：王清 刘佳奇 王伯昕
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2022.06.24
技术公布日：2022/11/1