本发明涉及一种利用土体的不均匀沉降诱发黏性土体裂缝的试验装置及其方法，属于试验技术领域。用于再现土体裂缝的产生和发展过程。特别适用于土质边坡裂缝生成机理研究以及边坡裂缝发展演示，可为防灾减灾专业队伍抢险演练提供技术支持。
背景技术：
强降雨、地震等因素造成的滑坡是最重要的地质灾害之一，堤防、土石坝等土质边坡一旦发生滑坡，往往造成库水漫顶，进而引发堤坝溃决，造成严重的原生和次生灾害，导致巨大的生命财产损失。大量滑坡案例表明：土质边坡在其失稳滑坡之前，一般都会在坡顶部位出现明显的张拉裂缝，是边坡失稳的重要征兆。研发逼真模拟土质边坡裂缝产生和发展过程的方法，演练裂缝抢险技术，提高裂缝抢险水平对于控制和防止边坡失稳具有重要意义。但是，现有技术中尚缺少能够模拟或制造出土体裂缝的实验装置与方法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种用于抢险演练的土体裂缝诱发装置及其方法，该装置与方法是针对黏性土质边坡，提出一种灵活、快捷、可重复利用的土质边坡裂缝诱发方法。
完成上述发明任务的技术方案是：一种用于抢险演练的土体裂缝诱发装置，由两层填土构成，其中，下部填土采用粉砂；上层覆土（上部填土）采用黏性土，一侧现边坡状，其特征在于，所述下部填土的侧面设有垂直支护钢板；上层覆土黏土层的底面采用踏步钢板支撑，垂直支护钢板于踏步钢板之间形成的空间设置有抽屉式裂缝诱发装置；所述抽屉式裂缝诱发装置中的抽屉，埋设在所述下部填土中，其一端靠近垂直支护钢板；该垂直支护钢板的对应部位设有抽屉口。
实验时，把抽屉式裂缝诱发装置中的抽屉从下部填土中拉出，即可诱发出黏性土体裂缝，供进一步抢险演练使用。
把抽屉式裂缝诱发装置中的抽屉从下部填土中拉出的方式，可以是：
人工拉动，或设置抽屉拉动机构，该机构的结构建议为：在垂直支护钢板的抽屉口外面，设置有抽屉的滚动轨道供抽屉水平移动；电机通过定滑轮与牵引线缆与抽屉连接。开动电机即可把抽屉从下部填土中拉出。
所述抽屉为不锈钢制成的内空盒体。
所述抽屉外表面涂有凡士林。
完成本申请第二个发明任务的方案是，上述用于抢险演练的土体裂缝诱发装置的实验方法，其特征在于，步骤如下：
⑴.分别设置下部填土侧面的垂直支护钢板与支撑上部黏土层底面的踏步钢板； 其中的垂直支护钢板上设有抽屉口；
⑵.在垂直支护钢板上的抽屉口位置安装抽屉的滚动轨道；
⑶.在垂直支护钢板的一侧，采用粉砂按照坡度要求填筑下部填土；
⑷.填筑下部填土时，在对应垂直支护钢板上的抽屉口位置埋设抽屉；
⑸. 在抽屉上面继续填筑砂土至设计标高；
⑹.在踏步钢板的上面采用黏性土按照坡度要求填筑上层覆土（上部填土）；
⑺.在抽屉侧面安装设置抽屉拉动机构；
⑻.实验时，通过拉动机构拉出抽屉，即可诱发出黏性土体裂缝，供抢险演练使用。
换言之，本发明的方案参见附图，土质边坡裂缝诱发模型试验分析方法主要包括：下层填土、上层覆土（裂缝诱发区域）、支撑平台、抽屉式裂缝控制诱发装置、电机。
1.1工作原理
（1）图1、图2分别为设计断面图，边坡填土分为两层，下部厚度H1，采用粉砂填筑；上部厚度H2，采用黏性土填筑。边坡顶部宽度为B，坡比1：m。下部粉砂层侧面采用钢板垂直支护，上部黏土层底面采用踏步钢板支撑，两钢板之间形成的空间安放抽屉式裂缝诱发装置。
（2）本装置的工作原理如下：填筑下层砂土至一定高度时，将一定厚度的不锈钢制内空抽屉放置于砂土表面，然后继续填筑砂土至设计标高。其后，按照设计要求填筑上覆黏性土层。为减少砂土与抽屉之间的摩擦力，可在不锈钢抽屉表面涂抹凡士林。进行裂缝产生和发展模拟时，只需采用电机以一定速率将抽屉从砂土中拉出，抽屉所占空间将被其上部砂土填满，从而使坡顶产生不均匀沉降。上层黏性土中产生的弯拉作用，即可在其顶部形成上宽下窄的张拉裂缝。
1.2主要结构
（1）下层填土
下层填土区域构成了本裂缝模型土质边坡的主体。为降低抽屉式裂缝诱发装置所需的驱动力，下层填土选用粉砂作为填筑材料。
（2）上层覆土
上层覆土为该试验模型裂缝诱发区域，是本发明的核心部分。与下层填土的选择标准不同，为防止裂缝生成后又自动闭合，上层覆土采用黏性土，且其含水量宜控制在最优含水量±3%范围内。
（3）不锈钢抽屉
抽屉为内空结构，采用不锈钢板铰接制作。抽屉高度根据裂缝开展宽度和深度要求调整，具体可通过选用不同尺寸的抽屉侧板实现，其确定原则是裂缝的张开角度与土体因不均匀沉降产生的转角相等，即：
故
其中：c—预定的裂缝宽度；H2—上层覆土的厚度；w—抽屉的宽度；w—抽屉的厚度。
（4）滚动轨道
向外牵引抽屉时，为其提供轨道，分上轨道和下轨道，两轨道净距略大于抽屉厚度。可最大限度地限制抽屉行走过程中的竖向位移，减小对边坡土体的动态扰动。
（5）支护钢板
主要有用以支撑上层覆土的踏步钢板和支护下层砂土的侧向钢板，采用支护钢板的主要目的是为裂缝诱发装置的安装和实施提供足够的空间。
（4）驱动装置
主要由电机、定滑轮和牵引线缆组成，抽屉一端通过牵引线缆，绕过定滑轮与电机相连，启动电机即可将不锈钢抽屉从土层中拉出。所需牵引力可通过上覆土层的厚度，以及砂土与不锈钢板之间的摩擦角计算得出，电机选型和牵引线缆选择均可依据所需牵引力确定，具体方法如下：
其中：F—所需牵引力；γ1—上层覆土容重；γ2—下层填土容重；h1—抽屉上表面至土层分界面的距离；H2—上层覆土的厚度；w—抽屉的底边宽度；b—抽屉的底边长度；G—抽屉的自重；φ—下层填土与抽屉之间的摩擦角。
本发明的有益效果：
发明的土体裂缝诱发模型具有以下特点：
（1）灵活性和安全性高。天然边坡裂缝的产生和发展过程通常无法人为控制，因此，在天然边坡开展裂缝抢险演练具有安全隐患。本装置提供了一种人工诱发裂缝的方法，可以与强降雨等不利气候条件相结合，实施灵活，安全可靠。
（2）可重复利用、高效快捷。试验过程中，抽屉高程以下土体基本不受影响。试验结束后只需重新将抽屉置于下层砂土表面，重新填筑抽屉底面高程以上砂土和上覆黏性土，即可开展下一组试验，试验过程高效快捷。
附图说明
图1、图2分别为诱发土体裂缝的模型断面图；
图3为抽屉尺寸及受力示意图。
具体实施方式
实施例1，用于抢险演练的土体裂缝诱发装置及其方法，参照图1、图2: 用于抢险演练的土体裂缝诱发装置中，下层填土（粉砂）1；上层覆土（黏性土）2；抽屉3；滚动轨道4；侧向支护钢板5；踏步钢板6；定滑轮7；牵引线缆8；电机9；裂缝10。上述用于抢险演练的土体裂缝诱发装置的实验方法，其特征在于，步骤如下：⑴.分别设置下部填土侧面的垂直支护钢板与支撑上部黏土层底面的踏步钢板； 其中的垂直支护钢板上设有抽屉口；⑵.在垂直支护钢板上的抽屉口位置安装抽屉的滚动轨道；⑶.在垂直支护钢板的一侧，采用粉砂按照坡度要求填筑下部填土；⑷.填筑下部填土时，在对应垂直支护钢板上的抽屉口位置埋设抽屉；⑸. 在抽屉上面继续填筑砂土至设计标高；⑹.在踏步钢板的上面采用黏性土按照坡度要求填筑上层覆土（上部填土）；⑺.在抽屉侧面安装设置抽屉拉动机构；⑻.实验时，通过拉动机构拉出抽屉，即可诱发出黏性土体裂缝，供抢险演练使用。