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申请/专利权人：中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所

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。

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与铝合金箱体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用于将入渗多孔不锈钢管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；入渗多孔不锈钢管5管外包扎一层50目不锈钢纱网，用于调控供水渗流速率。

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百度查询： 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 根系与渗流耦合下坡体破坏判据研究离心模型试验系统