(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210927232.6 (22)申请日 2022.08.03 (71)申请人 中国地质调查局长 沙自然资源综合 调查中心 地址 410600 湖南省长 沙市宁乡市城郊街 道学府路258号 (72)发明人 李高　罗敏玄　杨涛　黄锦彦　 吴丰　欧泽文　黄武彪　 (74)专利代理 机构 长沙智勤知识产权代理事务 所(普通合伙) 43254 专利代理师 曾芳琴 (51)Int.Cl. G01N 33/24(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种多功能岩土模型实验系统及实验方法 (57)摘要 本发明公开了一种多功能岩土模型实验系 统及实验方法， 所述岩土模型实验系统， 包括风 力装置、 降雨装置、 实验装置、 集流装置和数据采 集装置； 所述降雨装置用于模拟自然降雨， 所述 实验装置位于降雨装置下方并能够收集降雨装 置降落的雨水， 所述实验装置包括多个拼接相连 的单体实验槽， 所述单体实验槽用于放置岩土， 所述单体实验槽下方设有坡度升降装置； 所述集 流装置用于收集从实验装置流出的雨水； 所述风 力装置包括绕设在降雨装置、 实验装置、 集流装 置和数据采集装置外侧的实验框， 所述实验框上 设有多个吹风组件。 通过上述结构之间的相互配 合， 以实现在室内模拟自然环境， 进行水土流失 和滑坡模型实验。 权利要求书2页 说明书8页 附图10页 CN 115290855 A 2022.11.04 CN 115290855 A 1.一种多功能岩土模型实验系统， 其特征在于， 包括风力装置、 降雨装置、 实验装置、 集 流装置和数据采集装置； 所述降雨装置用于模拟自然降雨， 所述实验装置位于降雨装置下方并能够收集降雨装 置降落的雨水， 所述实验装置包括多个拼接相连的单体实验槽， 所述单体实验槽用于放置 岩土， 所述单体实验槽下方设有坡度升降装置； 所述坡度升降装置用于调节单体实验槽的 倾斜角度， 用以模拟自然环境中岩土在不同坡度上的水土流失程度； 所述集流装置用于收集从实验装置流出的泥水混合物， 通过所述泥水混合物能够对土 壤侵蚀程度进 行初步判断， 所述数据采集装置包括用于监测单体实验槽内的岩土的水土流 失情况的监测装置， 和用于获取监测装置所监测到的数据的数据集成装置； 所述风力装置包括绕设在降雨装置、 实验装置、 集流装置和数据采集装置外侧的实验 框， 所述实验框上设有 多个吹风组件， 所述吹风组件用于模拟自然风对岩土的影响。 2.根据权利要求1所述的多功能岩土模型实验系统， 其特征在于， 所述降雨装置包括储 水箱、 降雨组件和设置在降雨组件四角的升降组件， 所述降雨组件包括对称设置的两导轨， 两所述导轨之间滑动连接有多根横杆， 多根所述横杆上可拆卸 连接有多根纵杆， 每一所述 横杆的一端滑动设置在一导轨上， 横杆 的另一端滑动设置在另一导轨上， 且所述横杆与导 轨的滑动连接点设有用于限制横杆滑动的卡扣， 每一多数横杆和每一纵杆上连接有多个喷 头， 各所述喷头分别通过 管路与储水箱连通。 3.根据权利要求2所述的多功能岩土模型实验系统， 其特征在于， 所述储水箱一侧连通 有第一水管， 所述第一水管背离储水箱的一端管 口依次连通有水阀、 第二水管、 加压泵、 第 三水管、 水表、 第四水管、 流速控制仪及第 五水管， 每一所述喷头的进水口均连通有第六水 管， 每一所述第六 水管背离喷头的一端管口与第五水 管相连通。 4.根据权利要求2所述的多功能岩土模型实验系统， 其特征在于， 所述升降组件包括竖 向设置的支撑柱， 所述支撑柱的顶端设有滑轮， 所述支撑柱的柱身 上转动设有 卷线轮， 所述 卷线轮背离支撑柱的一侧设有摇臂， 所述卷线轮上缠绕有绳索， 所述绳索背离卷线轮的一 端绕过滑轮与导轨的一端相连， 多组升降组件分别分布在每一 导轨的两端。 5.根据权利要求1所述的多功能岩土模型实验系统， 其特征在于， 所述实验装置包括单 体试验槽， 所述单体试验槽包括底板， 所述底板上方两侧可拆卸设有侧板， 两所述侧板一端 共同通过后板可拆卸相连， 另外一端分别可拆卸 连接有集流板， 两所述集流板背离侧板的 一侧相互靠近， 两所述集流板背离后板且相靠近的一侧形成供水流出至单体实验槽的集流 堰； 所述坡度升降装置位于底板下 方， 且位于背离集 流堰的一侧。 6.根据权利要求1所述的多功能岩土模型实验系统， 其特征在于， 所述集流装置包括上 侧开口的集流槽， 所述集流槽的箱 壁内从上至下依次间隔分布设有多个网孔尺寸依次递减 的筛网， 所述集流槽为透明结构件， 所述集流槽的外壁设置有刻度 尺条， 所述集流槽的下侧 形成有与向集流槽外排水 的， 所述排水孔通过塞子堵塞； 所述集流槽的上侧 开口位于集流 堰的下方， 用于接收集流堰流出的泥水混合物。 7.根据权利要求5所述的多功能岩土模型实验系统， 其特征在于， 所述监测装置包括分 布在单体试验槽的槽壁内的多个含水量传感器、 多个孔隙水压力移传感器和多个位移传感 器， 所述数据集 成装置包括单片 机， 所述单片 机分别与每一含 水量传感器、 每一孔隙水压力 移传感器和每一 位移传感器电连接和信号连接 。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115290855 A 28.根据权利要求1至7中任一所述的多功能岩土模型实验系统， 其特征在于， 所述吹风 组件包括设置在试验框的框壁上用于往试验框内输送空气的风机， 所述试验框的框壁上还 开设有风口， 所述吹风组件还包括铰接在风口处用于关闭风口的流通 门， 所述风机与风口 的位置相对称， 多组吹风组件中的风机的送风方向相互 交叉。 9.一种多功能岩土模型实验方法， 其特征在于， 应用 如权利要求1至8中任一项所述的 多功能岩土模型实验系统进行 水土流失 实验和/或滑坡 模型实验； 所述水土流失 实验包括以下步骤： 将多组单体试验槽相互拼接； 将岩土填放在每一单体实验槽内； 通过坡度升降装置调节单体试验槽的倾 斜角度； 调节降雨装置与实验 装置之间的间距； 降雨装置朝着实验 装置喷洒出雨水； 集流装置收集实验 装置流出的物质， 并测算该次水土流失径流 量； 对集流装置内部的土壤泥沙进行称重， 以评估该次土壤侵蚀程度； 数据采集装置采集实验中的各项数据， 并对所获取到的数据进行储 存； 所述滑坡 模型实验 包括以下步骤： 将多组单体试验槽相互拼接； 将岩土填放在拼接好的单体实验槽内； 调节降雨装置与实验 装置之间的间距； 降雨装置朝着实验 装置喷洒出雨水； 通过坡度升降装置调整滑坡模型实验用槽组 的坡度， 观察并记录不同倾斜坡度 上岩土 的滑落情况， 完成滑坡 模型实验。 10.根据权利要求9所述的多功能岩土模型实验方法， 其特征在于， 所述多功能岩土模 型实验方法中的实验参数满足以下 条件： 降雨均匀系 数Cu计算如(1) ‑(3)式， 其中： Cu为降雨喷洒均匀系数； Δh为喷洒水深的平 均离差； h为喷洒水深的平均值； hi为第i个测点的水深， i表示第i个测点， 且1≤i≤n。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115290855 A 3