模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备和方法

本发明涉及地质工程，具体而言，涉及一种模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备和方法。

背景技术：

1、地裂缝是一种内部和外部地质动力过程所引起的浅表部破裂，在具有隐伏裂隙或渗流通道的地质背景下，强降雨频发区域会加速地裂缝的发育速度，造成巨大的经济损失的同时严重制约土体开发利用与城市发展建设。

2、对于地裂缝成因的研究方法主要包括野外调查、数值模拟、原位试验和物理模型模拟等方式。野外调查无法直接再现裂缝的发育过程，不具有直观性，主要为定性分析，无法做到定量化。数值模拟虽然具有直观性和可再现性，但一定程度简化了真实的地质条件，在复杂地质情况下计算结果可能不收敛。原位试验对场地等实际条件有较高要求，重复性弱、成本过高。物理模型试验的直观性和可再现性好、结果更加准确真实，而且成本易于控制，是模拟灾害破坏过程和揭示致灾机理的重要手段。

3、相关技术中的地裂缝成因模型试验设备，试验构造因素单一，难以分析多因素耦合致灾过程。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备，该模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备能够模拟多因素耦合致灾过程，具有功能丰富、适用性强等优点。

2、本发明还提出一种模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验方法。

3、为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备，所述模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备包括：基座；模型箱支架，所述模型箱支架设在所述基座上；模型箱，所述模型箱设在所述模型箱支架上，所述模型箱的底板与所述基座间隔开，所述模型箱的上表面敞开，所述模型箱内适于填充试验土体配比材料，所述模型箱的围板上设有排水导口，所述排水导口覆盖有渗水孔板，所述渗水孔板的外表面止挡有可升降的挡水板，所述模型箱的底板上形成有缝隙，所述模型箱的底板包括固定板和可水平移动且可更换的调节板，所述固定板和所述调节板间隔设置以使所述缝隙由所述固定板和所述调节板共同限定出或所述固定板和所述调节板相连且所述缝隙形成在所述调节板上；降雨模拟装置，所述降雨模拟装置包括喷头和降雨控制装置，所述喷头设在所述模型箱上方，所述喷头通过所述降雨控制装置与供水水源连通；根系模型固定支架，所述根系模型固定支架可沿所述模型箱的长度方向移动地设在所述基座上，所述根系模型固定支架上设有可沿所述模型箱宽度方向移动且可升降的固定环，所述固定环适于套设在根系模型上；监测装置，所述监测装置用于监测所述模型箱内的所述试验土体配比材料且至少包括水分计、孔隙水压计、位移计、土体应力监测装置、土体应变监测装置、表面光学监测装置中的一种或几种。

4、根据本发明实施例的模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备，能够模拟多因素耦合致灾过程，具有功能丰富、适用性强等优点。

5、另外，根据本发明上述实施例的模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备还可以具有如下附加的技术特征：

6、根据本发明的一个实施例，所述根系模型固定支架的下端设有滚轮，所述根系模型固定支架通过所述滚轮可滑动地设在所述基座上。

7、根据本发明的一个实施例，所述固定环通过伸缩管与所述根系模型固定支架相连，所述伸缩管的上端设有滑块，所述根系模型固定支架上设有滑轨，所述滑块可滑动地设在所述滑轨上。

8、根据本发明的一个实施例，所述模型箱为透明材料件。

9、根据本发明的一个实施例，所述供水水源为水箱，所述水箱设在所述基座上。

10、根据本发明的一个实施例，所述基座上设有适于收集所述排水导口和所述缝隙排出的水土混合物的沉淀池。

11、根据本发明的一个实施例，所述模型箱上还设有导水槽体，所述导水槽体适于将所述缝隙和所述排水导口排出的水土混合物导向所述沉淀池。

12、根据本发明的一个实施例，所述基座上还设有物料备置场。

13、根据本发明的一个实施例，所述缝隙的最大宽度小于等于10厘米。

14、根据本发明的第二方面的实施例提出一种模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验方法，采用包括根据本发明的第一方面的实施例所述的模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备，包括以下步骤：

15、根据需要模拟的地质条件确定所述缝隙的形状和尺寸，选择对应的所述调节板插入模型箱底部至对应的位置；

16、根据需要模拟的植被条件确定所述根系模型固定支架在所述模型箱长度方向的位置、所述固定环在所述模型箱宽度方向上的位置、所述固定环的位置高度并选择对应的所述根系模型安装在所述固定环上；

17、根据需要模拟的地质条件确定所述试验土体配比材料的组成与配比，将所述试验土体配比材料填充在所述模型箱内且在填充过程中安装所述监测装置；

18、根据需要模拟的水文地质条件调节所述挡水板的高度；

19、根据需要模拟的气象水文条件通过所述降雨控制装置调节降雨持续时间和降雨强度；

20、通过所述监测装置采集试验数据。

21、根据本发明实施例的模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验方法，通过利用根据本发明的第一方面的实施例所述的模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备，能够模拟多因素耦合致灾过程，具有功能丰富、适用性强等优点。

22、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备，其特征在于，所述根系模型固定支架的下端设有滚轮，所述根系模型固定支架通过所述滚轮可滑动地设在所述基座上。

3.根据权利要求1所述的模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备，其特征在于，所述固定环通过伸缩管与所述根系模型固定支架相连，所述伸缩管的上端设有滑块，所述根系模型固定支架上设有滑轨，所述滑块可滑动地设在所述滑轨上。

4.根据权利要求1所述的模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备，其特征在于，所述模型箱为透明材料件。

5.根据权利要求1所述的模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备，其特征在于，所述供水水源为水箱，所述水箱设在所述基座上。

6.根据权利要求1所述的模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备，其特征在于，所述基座上设有适于收集所述排水导口和所述缝隙排出的水土混合物的沉淀池。

7.根据权利要求6所述的模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备，其特征在于，所述模型箱上还设有导水槽体，所述导水槽体适于将所述缝隙和所述排水导口排出的水土混合物导向所述沉淀池。

8.根据权利要求1所述的模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备，其特征在于，所述基座上还设有物料备置场。

9.根据权利要求1所述的模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备，其特征在于，所述缝隙的最大宽度小于等于10厘米。

10.一种模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验方法，其特征在于，采用根据权利要求1-9中任一项所述的模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备和方法，模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备包括：基座；模型箱支架；模型箱，填充模型箱的试验土体配比材料，模型箱的围板设有排水导口，排水导口覆盖有渗水孔板，渗水孔板外表面止挡有挡水板，模型箱的底板形成有缝隙，模型箱的底板包括固定板和调节板；降雨模拟装置，降雨模拟装置包括喷头和降雨控制装置；根系模型固定支架，根系模型固定支架设有固定环，固定环套设在根系模型上；监测装置，监测装置用于监测试验土体配比材料。根据本发明实施例的模拟表水侵蚀与根系导渗作用促裂成缝的试验设备能够模拟多因素耦合致灾过程，具有功能丰富、适用性强等优点。

技术研发人员：王飞永,王涪江,李飞达,李国庆,梅钢
受保护的技术使用者：中国地质大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16