少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置的制作方法

1.本实用新型涉及灾害模拟技术领域，更具体地说，涉及少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置。


背景技术：

2.修建在山区的水电站工程在首部枢纽进水口、调压井或压力前池等建筑物上方，形成了不少高边坡，这些边坡会受到开挖施工的扰动，同时受高海拔、高寒和温差变化较大等因素的影响，而且植被较差，存在裂缝、滚石、崩塌和滑坡等安全隐患。由于高边坡的坡度陡，植被少，地形复杂，人员难以到达，因此利用传统的方法难以获取高精度的测量结果，从而无法有效进行高位地质灾害的监测预警，无法进行边坡隐患的排查和治理，汛期一旦突然发生滚石、崩塌或滑坡等地质灾害，后果就不堪设想。因此，亟需一种判断和预防高位地质灾害体发生滚石、崩塌和滑坡等地质灾害的方式。
3.随着无人机稳定性的提高，用无人机携带高精度摄像仪或者激光雷达等装置定期监测这些电站边坡上的裂缝、滚石、崩塌和滑坡等安全隐患的异常情况，从而预测灾害的发生是可行的。该手段可解决水电高边坡的巡检、监测及预警难题，对潜在的边坡灾害体提出维护措施，提前进行预防性维护，从而就能够确保电站财产和人员的安全。但是，高位地质灾害体特别是滚石和崩塌是突发性事件，因此对其失稳的判断较为复杂，失稳时的变形量的阈值也不明确。目前在现场很难通过无人机摄影直接捕捉到滚石、崩塌发生时刻的影像或图片，因此其发生灾害前的异常变化也很难获得，这就需要开展大量的试验，采用人工方式驱动滚石和崩塌的产生，同时采用无人机进行贴近摄影获取亚毫米级的高分辨率影像，供位移阈值理论研究以及无人机变形监测学习使用。
4.现在有一种降雨致危岩落石模拟装置，包括试验箱、托板、角度调节机构、危岩模拟单元、模拟降雨机构和摄影机；托板设于试验箱内；角度调节机构分别与托板及试验箱连接，用于调节托板相对于试验箱的底板的角度；危岩模拟单元设于托板上，用于模拟边坡和危岩；模拟降雨机构设于试验箱顶部，用于模拟降雨；摄影机设于试验箱内，用于获取危岩移动的影像。此实用新型提供的降雨致危岩落石模拟装置能够在相同岩质条件下模拟不同坡度、不同坡高的场景，调节过程简便、易操作，能够有效增加模拟装置的实验灵活性，能够在不同坡度的实验条件下获得更多的更具有代表性的数据，进而能够更好的满足实验需求。然而，现有的模拟装置没有关注灾害体倾倒变形破坏的情况，大量的模拟装置的模拟重点在于滑坡灾害研究，而对危石的模拟研究往往关注于对落石轨迹和落石冲击力的模拟，然而危石灾害不是受到扰动后就立刻发生，通常会有一定的微弱变形期，特别是高海拔、高寒、温差变化较大的地区，库、坝区边坡的高位地质灾害体在工程运行过程中可能是慢慢出现倾倒和崩塌破坏，对这一期间的模拟研究有助于对高位灾害体进行认识和预测，以上述为例的模拟装置通常只能用于实验室中，起着与实际工程中边坡落石的比对和机理探究作用，而不能将模拟成果用于监测系统训练中。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本实用新型提供了少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置，能够实现水电边坡高位地质灾害体整个倾倒变形破坏过程的模拟，特别是高位岩体在扰动发生至滚落期间的微小变形的模拟和测试，可产生大量不同滑坡情形的高位灾害体，可供机理研究使用，通过捕捉高位灾害体的位移和变形，可供图像识别学习。
6.本实用新型提供的少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置，包括支撑部件，所述支撑部件包括用于放置灾害体母岩的第一支撑面和用于放置灾害体倾倒变形部分的第二支撑面，所述第二支撑面与地面之间的夹角大于所述第一支撑面与地面之间的夹角，所述第二支撑面的表面具有模拟边坡面材料，且所述灾害体倾倒变形部分与所述第二支撑面之间具有充气部件，随着所述充气部件内的气体排出，所述灾害体倾倒变形部分与所述灾害体母岩逐渐分离并落下，还包括用于拍摄所述灾害体倾倒变形部分的各个状态下的图片的拍摄部件。
7.优选的，在上述少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置中，所述充气部件为气囊。
8.优选的，在上述少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置中，所述模拟边坡面材料为土石混合料。
9.优选的，在上述少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置中，所述第二支撑面的上表面还布置有金属丝网，所述模拟边坡面材料位于所述金属丝网上。
10.优选的，在上述少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置中，所述第二支撑面的底部安装有挡土板。
11.优选的，在上述少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置中，所述第二支撑面与地面之间的夹角为20
°
至70
°
。
12.优选的，在上述少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置中，所述第一支撑面与地面之间的夹角为0
°
。
13.优选的，在上述少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置中，所述第一支撑面为木板。
14.优选的，在上述少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置中，所述第二支撑面为木板。
15.优选的，在上述少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置中，所述拍摄部件为设置于无人机上的摄像机。
16.从上述技术方案可以看出，本实用新型所提供的上述少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置，由于包括支撑部件，所述支撑部件包括用于放置灾害体母岩的第一支撑面和用于放置灾害体倾倒变形部分的第二支撑面，所述第二支撑面与地面之间的夹角大于所述第一支撑面与地面之间的夹角，所述第二支撑面的表面具有模拟边坡面材料，且所述灾害体倾倒变形部分与所述第二支撑面之间具有充气部件，随着所述充气部件内的气体排出，所述灾害体倾倒变形部分与所述灾害体母岩逐渐分离并落下，还包括用于拍摄所述灾害体倾倒变形部分的各个状态下的图片的拍摄部件，因此能够实现水电边坡高位地质灾害体整个倾倒变形破坏过程的模拟，特别是高位岩体在扰动发生至滚落期间的
微小变形的模拟和测试，可产生大量不同滑坡情形的高位灾害体，可供机理研究使用，通过捕捉高位灾害体的位移和变形，可供图像识别学习。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
18.图1为本技术提供的少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置的实施例的俯视图；
19.图2为少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置的初始状态下的示意图；
20.图3为少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置的一个中间状态的示意图。
具体实施方式
21.本实用新型的核心是提供少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置，能够实现水电边坡高位地质灾害体整个倾倒变形破坏过程的模拟，特别是高位岩体在扰动发生至滚落期间的微小变形的模拟和测试，可产生大量不同滑坡情形的高位灾害体，可供机理研究使用，通过捕捉高位灾害体的位移和变形，可供图像识别学习。
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.本技术提供的少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置的实施例可以如图1所示，图1为本技术提供的少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置的实施例的俯视图，该模拟装置包括支撑部件1，其具体支撑形式不限，该支撑部件1包括用于放置灾害体母岩2的第一支撑面101和用于放置灾害体倾倒变形部分3的第二支撑面102，第二支撑面102与地面之间的夹角大于第一支撑面101与地面之间的夹角，也就是说让第二支撑面形成一个斜坡以便于灾害体能滑落到地面，以模拟地质灾害情况，需要说明的是，第二支撑面102与地面之间的夹角可以事先调整为与水电站工程首部枢纽进水口、调压井、压力前池等建筑物的边坡坡度，这里选用的灾害体可以是现场采集的风化岩石，只要能够在图像上使其与现场的灾害体相似即可，对材料要求不高，无力学相似要求，容易获得，这样就能够更好地模拟现实的边坡的状况，而且这两个支撑面之间可以但不限于用铰链活动连接，第一支撑面下面具体如何支撑此处并不限定，只要能够保证其与地面之间具有一定的距离以保证第二支撑面保持一定倾斜度即可，第二支撑面102的表面具有模拟边坡面材料4，具体的材料种类不限，只要与现实的情况相同或相似即可，且灾害体倾倒变形部分3与第二支撑面102之间具有充气部件5，该充气部件5中充好气体的状态下，能够使灾害体倾倒变形部分3与灾害体母岩2之间无缝隙，随着充气部件5内的气体排出，灾害体倾倒
变形部分3与灾害体母岩2逐渐分离并最终从边坡上落下，还包括用于拍摄灾害体倾倒变形部分3的各个状态下的图片的拍摄部件6，得到的各个图片就能够用来作为机器学习的素材，该装置里面采用的各个组成部分可以替换，而且组装更加方便。
24.从上述技术方案可以看出，本实用新型所提供的上述少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置的实施例中，由于包括支撑部件，支撑部件包括用于放置灾害体母岩的第一支撑面和用于放置灾害体倾倒变形部分的第二支撑面，第二支撑面与地面之间的夹角大于第一支撑面与地面之间的夹角，第二支撑面的表面具有模拟边坡面材料，且灾害体倾倒变形部分与第二支撑面之间具有充气部件，随着充气部件内的气体排出，灾害体倾倒变形部分与灾害体母岩逐渐分离并落下，还包括用于拍摄灾害体倾倒变形部分的各个状态下的图片的拍摄部件，因此能够实现水电边坡高位地质灾害体整个倾倒变形破坏过程的模拟，特别是高位岩体在扰动发生至滚落期间的微小变形的模拟和测试，可产生大量不同滑坡情形的高位灾害体，可供机理研究使用，通过捕捉高位灾害体的位移和变形，可供图像识别学习。
25.在一个具体实施例中，上述充气部件5可以为气囊，将这种气囊放气之后，这个气囊的高度就降低，从而其上面的高位灾害体倾倒变形部分就逐渐降低，慢慢与母岩之间的缝隙就逐渐增大，直到倾倒变形部分落下，可见这样就能够更好的模拟气囊上部的高位灾害体倾倒变形部分的活动，另外采用这种气囊的话，操作比较简单，成本比较低，携带比较方便，室内外试验均可，当然这仅仅是一种优选方案，还可以根据实际需要来选择其他类型的充气部件，此处并不限制。
26.而且，上述模拟边坡面材料4可以优选为土石混合料。进一步的实施例中，第二支撑面102的上表面还可以布置有金属丝网，具体可以但不限于为铁丝网，模拟边坡面材料4位于金属丝网上，而且，继续参考图1，第二支撑面102的底部还可以安装有挡土板7。在这种情况下，可以先在第二支撑面的上表面布置铁丝网，在其底部安装挡土板，然后在上面铺上一定厚度的土石混合料模拟现场的边坡，因此第二支撑面上表面的铁丝网和挡土板能够起到固定土石混合料的作用，最后在第二支撑面的顶部紧靠灾害体母岩2的位置布置灾害体倾倒变形部分3，灾害体倾倒变形部分3的底部布置气囊，此时，气囊处于充满气状态，灾害体倾倒变形部分3与母岩2之间的缝隙宽度为0，这种状态可以如图2所示，图2为少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置的初始状态下的示意图，可见，图2中的支撑部件1采用了支撑与升降平台，可以利用其高度的调节来更换坡面高度，而且包括了底座，从而使整个模拟系统更加稳定，气囊连接有气囊充气装置，实现充气和放气的精准操作，倾斜支撑板与底座之间可以通过活动铰连接，底部还有挡土板，其上面设置的铁丝网能够阻止土石料滑移，提高整个系统的边坡稳定性，这种初始状态下，灾害体倾倒变形部分与高位灾害体母岩部分之间的间距为0.0cm。
27.为了更好的模拟现场的边坡坡度，第二支撑面102与地面之间的夹角可以优选为20
°
至70
°
。另外，第一支撑面101与地面之间的夹角可以优选为0
°
，也就是第一支撑面优选为水平的，这样上面放置的母岩就会更加稳定，不会因外界影响而容易掉落，为模拟提供更好的条件，便于对少植被水电边坡高位地质灾害体倾倒破坏展开研究。
28.另外，第一支撑面101可以为木板，而且第二支撑面102可以为木板，需要说明的是，这种木板容易获得，加工方便，成本低，携带方便，当然也可以根据实际需要选择其他材
料板，此处并不限制。
29.还需说明的是，上述实施例中的拍摄部件6可以优选为设置于无人机上的摄像机，这样就可以利用无人机搭载着摄像机到高处近距离拍摄母岩和倾斜部分之间的裂缝照片，这样清晰度更高，更加接近现场应用，从而能够为机器学习提供更合适的素材，当然这里是一个优选方案，还可以根据实际需要选择其他类型的拍摄部件，此处并不限制。在实际操作时，可以先拍摄初始状态下的第一组照片，然后对气囊逐步进行放气，灾害体倾倒变形部分慢慢发生倾倒变形破坏，每放气一步，就拍摄一组照片，直到灾害体倾倒变形部分完全崩塌为止。参考图3，图3为少植被水电站边坡高位地质灾害体倾倒破坏试验模拟装置的一个中间状态的示意图，可见此时由于气囊放出去了一部分气，因此灾害体倾倒变形部分就会下降和倾斜一些，导致其与灾害体母岩部分之间的缝隙增加到了7.7cm，当然随着放气的继续进行，这种缝隙还会继续变大，直到从边坡上掉落下去。从图2和图3还可以看出，作为水平支撑板下部的支撑可以采用支撑与升降平台，这样可以随时调节这种水平支撑板的高度并且带动倾斜支撑板的倾斜角度发生变化，而且最下面还可以设置与倾斜支撑板通过活动铰相连的底座，这样就能更好的保证整个装置的稳定性，而且需说明的是，这种情况下，支撑与升降平台既可以像图中那样位于底座上面，也可以二者不接触，这都是可以根据实际需要来选取的。
30.综上所述，本实用新型提供的方案可拆卸和组装，携带和布设方便，模型可重复性强，可模拟不同水电站工程首部枢纽进水口、调压井、压力前池等建筑物的边坡坡度以及不同形状大小的高位灾害体，而且模拟边坡的角度可调，高位灾害体的初期位移也可自由调节，模拟程度高，可提供大量照片案例作为无人机监测系统的训练学习使用。
31.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。