滑坡臨界角測量裝置的設(shè)計

1、農(nóng)學(xué)學(xué)報2016,6(4):#-75Journal of A滑坡臨界角測量裝置的設(shè)計李雪菱1，夏衛(wèi)生"，余韻",黃道友2(1湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，長沙410081；中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長沙410125)摘 要：為了定量測量滑坡臨界角，筆者設(shè)計了一套能自動測量土體滑坡臨界角系統(tǒng)。該裝置主要由體盒、水流裝置、旋轉(zhuǎn)斜面、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、標(biāo)尺和傳感器等組成。通過初步試驗(yàn)驗(yàn)證了本系統(tǒng)是可靠的， 如進(jìn)一步分析土體水流與其土體之間的動力學(xué)特征，就可以比較準(zhǔn)確地預(yù)測山體發(fā)生滑坡的可能區(qū)域。關(guān)鍵詞：滑坡；臨界角；實(shí)驗(yàn)裝置；水分入

2、滲中圖分類號：S157.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A論文編號：cjas15120005Measuring Device for Critical Angle of Landslide1 1 1 2Li Xueling , Xia Weisheng , Yu Yun , Huang Daoyou(1Collegeof Resourcesand Environmental Science,Hunan Normal University, Chan©sha410081, Hunan, China;2lnstitute of Subtropical Agriculture, ChineseAcademy

3、of SciencesChangsha410125, Hunan, China)Abstract : In order to quantitatively measure the critical angle of Iandslide, a set of automatic measurement system that measuresthe critical angle of soil slope is designed. The device is composed of a main box, a water flow device, a rotating inclined plane

4、, a rotating driving mechanism, a scale and a sensor.The system is proved to be reliable by preliminary testing, and can be more accurate in predicting the possible areas of Iandslide by further analyzing the dynamic characteristics of soil flow and soil body.Key words : Landslide; Critical Angle; E

5、xperimental Device; Water Infiltration農(nóng)學(xué)學(xué)報2016,6(4):#-75Journal of A農(nóng)學(xué)學(xué)報2016,6(4):#-75Journal of A0引言滑坡是山區(qū)常見的自然災(zāi)害，中國所處的地質(zhì)構(gòu)造部位較為特殊，山區(qū)面積約占國土面積的2/3，滑坡災(zāi)害的嚴(yán)重程度和分布的廣泛性在世界少有1?；聻?zāi)害已成為首要的地質(zhì)災(zāi)害，造成交通中斷、堵塞江河、掩埋村莊、摧毀廠礦，不僅影響到經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展， 而且直接威脅人們的生命財產(chǎn)安全2。影響滑坡穩(wěn)定性的主要因素有四點(diǎn)： 地質(zhì)條

6、件、地形地貌條件、人類 活動因素、氣候及徑流條件，其中坡度是描述地形地貌 的主要參數(shù)，坡度的大小影響土壤侵蝕程度與土壤侵 蝕方式，對不同的下墊面的臨界坡度進(jìn)行測量具有很 大的必要性。因此，對土體滑坡的臨界特征展開研究， 通過有效分析土體水流與其土體之間的動力學(xué)特征， 進(jìn)而預(yù)測坡體發(fā)生滑坡的可能性并推算出產(chǎn)生滑坡的 時間，具有十分重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價值?；略囼?yàn)?zāi)軌虬岩巴怆y以觀測到的土體滑坡發(fā)育 全過程在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)短期時間重復(fù)的模擬出來。從20世紀(jì)初，西歐一些國家就開始進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)，并逐漸建立了相似理論。例如，俄國學(xué)者3采用仿真物理 模擬試驗(yàn)，研究出水庫波浪對土體的侵蝕將使坡角增 大，最

7、終導(dǎo)致水庫周圍發(fā)生滑坡。之后國外學(xué)者用室 內(nèi)滑坡試驗(yàn)對滑坡進(jìn)行分析研究，室內(nèi)滑坡試驗(yàn)在試驗(yàn)的技術(shù)方面和研究成果方面都取得了顯著進(jìn)展4-6。國內(nèi)，在滑坡模擬試驗(yàn)研究內(nèi)容上，大多學(xué)者主要研究方向在降水以及坡體穩(wěn)定性研究2個方面7-13。從降水的角度研究，劉波14、文高原15等通過室內(nèi)大型模型試農(nóng)學(xué)學(xué)報2016,6(4):#-75Journal of A農(nóng)學(xué)學(xué)報2016,6(4):71-75Journal of A基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金“湖南省山洪易發(fā)流域起暴區(qū)成災(zāi)動力學(xué)特征研究”(41271302);國家科

8、技支撐計劃項(xiàng)目“中南工礦區(qū)鎘砷鎳超標(biāo)農(nóng)田安全利用技術(shù)集成與示范”(2015BAD05B02);湖南省國土資源廳項(xiàng)目“兩型社會建設(shè)中農(nóng)村宅基地退出機(jī)制與補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)研究”(2014-17)。第一作者簡介：李雪菱，女，1992年出生，在讀碩士，研究方向：水土保持。通信地址：410006湖南省長沙市岳麓區(qū)麓山路36號湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，E-mail : 303312660。通訊作者：夏衛(wèi)生，男，1966年出生，湖南人，教授，博士，主要從事水土保持和土地資源管理方面研究。通信地址：410006湖南省長沙市岳麓區(qū)麓山路36號 湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，E-mail : xws。收稿日期：2

9、015-12-09，修回日期：2016-01-13。-# -# -# 驗(yàn)證明了雨水對土邊坡變形、 破壞的影響；從坡體穩(wěn)定 性方向出發(fā)，胡修文16、胡晉川17、肖詩榮18等通過現(xiàn)場 模擬試驗(yàn)，研究地表組成、演化對滑坡機(jī)制的影響。綜合觀察已取得的研究成果，其中絕大部分是采用理論分析、數(shù)理統(tǒng)計、模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬等科學(xué)方 法。在相關(guān)因素對滑坡產(chǎn)生的影響程度、降雨條件下滑坡的機(jī)理、降雨和滑坡的關(guān)系等方面取得一定的研 究成果，針對目前理論研究還不完善，且原型試驗(yàn)周期長、費(fèi)用高的缺點(diǎn)，可發(fā)現(xiàn)對測量土體滑坡臨界點(diǎn)角度 變化方面還有不足之處，仍需要去深入的分析研究以 及改進(jìn)。因此，筆者

10、結(jié)合實(shí)際情況，考慮試驗(yàn)方法、試 驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)場地的影響，新研制了室內(nèi)土體滑坡試驗(yàn) 裝置，模型試驗(yàn)可以根據(jù)研究內(nèi)容需要具體設(shè)定，真實(shí)地反映滑坡發(fā)生發(fā)展過程，具有試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠、信 息量大、可信度高三大優(yōu)勢，以期為山體滑坡與坡角關(guān) 系的研究提供新的研究方法。1測量原理與裝置組成1.1滑坡臨界角測量裝置的測量原理本試驗(yàn)原理如圖1所示，如果土體與滑坡面之間 互為靜止，那兩表面間的接觸地方會形成一個強(qiáng)結(jié)合 力一一靜摩擦力（f= uN,除非破壞了這結(jié)合力才能使 一表面對另一表面運(yùn)動。為最大靜摩擦力系數(shù)， 其摩擦系數(shù)由滑動面的性質(zhì)、粗糙度和（可能存在的）潤 滑劑所決定。當(dāng)土體中的水分到達(dá)土體底部，會使其接

11、觸面的土質(zhì)發(fā)生泥化現(xiàn)象，而水分變化對摩擦系數(shù)的影響程度，是本發(fā)明裝置的研究目的在坡體上，導(dǎo)致土體下滑的力 F是它自身的重力 在坡體方向上的分力（mgx sing,而土體對坡面上的壓圖1 土體滑坡臨界角測量裝置原理圖力N也是重力的分力（mgx cos®。根據(jù)力的平衡，得仁 F，即u=F/N,故：土體與坡面的摩擦系數(shù) 尸tan B。坡角 B可根據(jù)公式（1）計算。9=arcsin（ H/L） （1）式中：H為旋轉(zhuǎn)斜面的高度，L為旋轉(zhuǎn)斜面的長度。1.2滑坡臨界角測量裝置的組成本設(shè)計旨在從滑坡區(qū)水分入滲特征入手，探討土壤水分入滲與坡面的相互關(guān)系，特別是水分變化對滑坡臨界角的影響方面進(jìn)行研究。為

12、此，本設(shè)計提供了一種能自動測量水分變化下導(dǎo)致土體滑坡臨界點(diǎn)角度 的測量裝置（見圖2）。其設(shè)備包括：馬氏瓶、定位標(biāo) 尺、液壓升降桿、固定拉桿、拉力傳感器、感應(yīng)開關(guān)、土-# -# -# -# 圖2裝置設(shè)計圖-73 體盒、滑動臺、下墊面、攝像頭、計算機(jī)、出水口。1.2.1馬氏瓶 提供恒定水流裝置。1.2.2定位標(biāo)尺 測定滑動臺的高度，以及其固定滑動 臺的作用。1.2.3液壓升降桿 是使滑動臺上升的動力裝置， 能提 供穩(wěn)定的上升速度。其可調(diào)節(jié)的范圍為 100900 mm。1.2.4固定拉桿在滑動臺的左側(cè)裝有固定拉桿，是用來系住拉力傳感器。1.2.5拉力傳感器拉力傳感器一頭系在固定拉桿上， 一頭系在土體

13、盒下端1/3處，當(dāng)滑動臺上升（從下由上）時，當(dāng)拉力傳感器上感受到了拉力的存在，則立馬控制感應(yīng)開關(guān)的電路，使其液壓升降桿停止上升。1.2.6感應(yīng)開關(guān)受控于拉力傳感器。1.2.7 土體盒 用于裝置不同類型的土壤，由玻璃板制作 而成，其規(guī)格為300 mm< 300 mm< 400 mm（長X寬稿）。1.2.8滑動臺 滑動臺由2部分組成：一個是有機(jī)玻璃 臺，其體積是1000 mnX 500 mnX 80 mm （長 匯寬>高）； 另一個是盛放有機(jī)玻璃臺的鋼材架，承受玻璃臺，以防止玻璃臺因過重的承載力而破碎，其面積是1000 mnX500 mm。1.2.9下墊面 下墊面是可變的，可以是

14、光滑的玻璃板， 也可以是粗糙的毛面玻璃，也可以變成薄層水膜。1.2.10攝像頭攝像頭放置在土體盒的正下方，其外連 1臺便捷式計算機(jī)。當(dāng)土體中水分到達(dá)底部時，在電腦的控制下，開始連續(xù)拍照（20 s 1次），自動將照片傳 入計算機(jī)中。1.2.11計算機(jī) 利用相應(yīng)的軟件分析攝像頭拍下的濕 潤土樣的面積，求其變化值，從而計算出土體的水分入 滲速率。1.2.12線性排水口 當(dāng)模擬條件變?yōu)樗l件時， 可以 利用馬氏瓶提供恒定水流，由線性出水口排出，在滑動 臺內(nèi)形成一個薄層水膜。使其下墊面的條件改變。1.2.13出水口用來排出滑動臺內(nèi)多余的水。2主要部件設(shè)計與測量步驟2.1供水裝置供水裝置是由盛水器和轉(zhuǎn)速

15、控制器組成。用1根具有一定伸展性的橡皮導(dǎo)管連接盛水器和轉(zhuǎn)速控制 器，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制器的轉(zhuǎn)速，使得控制器推動導(dǎo)管帶出 盛水器中的水。其水流流量可以根據(jù)轉(zhuǎn)速換算得出， 見公式（2）。q=（r-0.1932）/1.723 （2）式中：q為供水流量（mm3/h）;為轉(zhuǎn)速（r/min）。2.2液壓升降器液壓升降器是使滑動臺上升的動力裝置，能提 供穩(wěn)定的上升速度。液壓升降器是由液壓電動千斤 頂構(gòu)成，其本身高為130 cm，最大承重量為 5t，最大 抬升高度為430 cm。故其可調(diào)節(jié)的范圍為130 560 mm。2.3高度測量儀高度測量儀是用的精度為1 mm的標(biāo)尺。其測量總長度為5 m,完全能滿足試驗(yàn)測量需求

16、。2.4 土體盒為了便于觀察水分流動情況在土體中的變化位 置，其土體盒是用透明的有機(jī)玻璃材料制成。其具有 一定的強(qiáng)度和剛度，在試驗(yàn)過程中不易破碎和變形，其 規(guī)格為300 mnX 300 mnX 400 mm （長X寬X高）。上下 面均沒有封口，上面是為了方便水流的注入，下面則是 需要讓土壤直接接觸滑動臺，便于模擬土壤與巖石面 的接觸情況。2.5滑動臺滑動臺是測量土體滑坡臨界角的主體部分，由2部分組成：一個是有機(jī)玻璃臺，一個是盛放架。有機(jī)玻璃臺，其體積是1000 mnX 500 mnX 80 mm （長X寬X高），制成透明狀是為了方便觀察水分滲透到 土體底部時的狀況。底部邊緣處還有一個出水口，用

17、于排出玻璃臺內(nèi)部多余的水分。另一個是稱重臺，用于盛放有機(jī)玻璃臺的鋼材架， 材料采用的是鋁合金制成的不銹鋼支架?？紤]到土體 盒只會放在上面，裝滿土體盒最重能達(dá)到50 kg左右，而單一的玻璃臺難以承重其重量，故放在鋼材架上以防止玻璃臺因過重的承載力而破碎。其面積是與玻璃 臺的底面積一致，為1000 mnX 500 mm。2.6攝像裝置攝像裝置采用的是高清數(shù)碼相機(jī)。放置在滑動臺 的正前方，其外連1臺便攜式計算機(jī)，能自動將照片傳 入計算機(jī)中。用于實(shí)時監(jiān)控土體水分變化狀態(tài)。當(dāng)土 體水分達(dá)到上中下 3個位置時，用于測量土壤水分變 化與滑坡臨界角值之間的關(guān)系。2.7計算系統(tǒng)計算系統(tǒng)是由硬件和軟件2部分組成，

18、硬件部分采用的聯(lián)想K49的便攜式計算機(jī)，具有較快的數(shù)據(jù)處 理能力。軟件部分是采用的雷廷武自主研發(fā)的土壤入 滲率自動測量軟件。該自動測量系統(tǒng)可以根據(jù)測量得 到的地表濕潤面積和計算模型，自動估算出土壤入滲性能隨時間變化的完整的過程線，尤其是土壤初始很高的土壤入滲性能。圖像處理過程中采用綜合失真誤 差矯正方法，使土壤濕潤面積測量結(jié)果精度高，從而使土壤入滲過程曲線準(zhǔn)確、 可靠。-75 -# -77 光敏感應(yīng)器和液壓千斤頂為例）:光敏感應(yīng)器信號發(fā)出2.8滑坡臨界角測量裝置的測量步驟具體來說，采用本設(shè)計裝置進(jìn)行滑坡臨界角測量 的實(shí)驗(yàn)方法，包括如下步驟：（1）將所述土體盒裝上土 體，

19、放置于旋轉(zhuǎn)斜面上；（2）使拉力傳感器剛好處于繃 緊的狀態(tài)，或使光感傳感器正對土體盒底的上部邊沿；（3）水流裝置將恒定水流注到土體上；（4）開啟旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使旋轉(zhuǎn)斜面向上旋轉(zhuǎn)；（5）當(dāng)土體中水分到達(dá) 底部時，攝像頭每隔At時間拍攝土體底部照片 （如:連 續(xù)拍照，20 s/次）,傳輸給計算機(jī)進(jìn)行分析；（6）當(dāng)土體 盒下滑時，即tn時刻，立即停止旋轉(zhuǎn)斜面繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，記錄此時標(biāo)尺記錄的旋轉(zhuǎn)斜面高度H ,得到滑坡臨界角0（ 7）根據(jù)公式（3）計算tn時刻土體水分入滲率（單位：mm/h ）； 8）評價土體水分入滲率對滑坡臨界角的 影響。n- 1q- ij n-j +1 ig j AA j-AA1式中：q為

20、水流裝置的供水流量(mm3/h) ； AAn為tn-tn-1時段地表增加的濕潤面積（mm2）。2.9誤差分析采用本設(shè)計裝置和方法，系統(tǒng)誤差來源主要在（以 的延遲時間（0.03 s）與液壓千斤頂?shù)乃俾?（14 mm/s）所造成高度（H）的誤差，其測量高度會比實(shí)際高度略有偏 差，見公式。AH=t/=0.03 X 14=0.4mm （4）注：在實(shí)際測量中一般升高的高度值H在400600 mm之間，而系統(tǒng)所導(dǎo)致的誤差A(yù)H為0.42 mm ,其誤差值控制在千分之一左右，故其角度的測量值也在 千分之一左右，所以其系統(tǒng)帶來的誤差可以忽略不計。3結(jié)果與分析3.1技術(shù)路線本試驗(yàn)選取湖南省岳麓山紅壤、通過室內(nèi)試驗(yàn)

21、（入滲特性測量和滑坡臨界角測量）以及野外考察的方式， 探究土壤水分變化對滑坡臨界角的影響。3.2供試樣品供試土樣取自于湖南省長沙市岳麓區(qū)岳麓山區(qū)紅 壤表層土壤。土樣均采自地表2030 cm 土層。其機(jī)械組成中砂粒 （20.05 mm）、粉粒（0.050.002 mm）、黏 粒（<0.002 mm）含量分別為 54.3% >31.6%和 14.1%。3.3試驗(yàn)?zāi)康脑囼?yàn)?zāi)康氖翘骄吭诓煌葜叵峦寥乐兴衷谄麦w 內(nèi)位置變化土壤坡體內(nèi)水分入滲能力特性以及對滑坡 臨界角的影響。因此，在試驗(yàn)的過程中，設(shè)計了 5種不 同容重的土壤，在恒定水流注入下，其水分到達(dá)位置變 化對土壤入滲性能的測量和對土體

22、發(fā)生滑坡臨界角度 的影響。3.3.1水分位置變化對土壤入滲性能的影響入滲率是表征土壤的水分滲透特性的指標(biāo)，是指單位時間內(nèi)地表單位面積土壤的入滲水量19。在本試驗(yàn)中，根據(jù)試驗(yàn)要求，配置5種不同容重土體，分別為1.20> 1.25、1.30> 1.35、1.40g/cm3 的土樣裝入 300 mnX 300 mnX 400 mm（長X寬X高）的透明土樣盒中，利用土壤入滲率 測量系統(tǒng)分別測定水分到達(dá)土樣盒上部、中部、下部以及形成水膜一段時間后的水分入滲率。水分到達(dá)土樣 盒位置分別標(biāo)記為 M1、M2、M3、M4。3.3.2水分位置變化對滑坡臨界角的影響本試驗(yàn)中，配置 5 種不同容重（1.2

23、0、1.25、1.30、1.35、1.40g/cm3）的 土壤，放入土樣盒中，利用滑坡臨界角測量裝值分別測 量水分到達(dá)土樣盒上部、中部、下部以及形成水膜一段 時間后能導(dǎo)致滑坡發(fā)生的滑坡臨界角度。3.4 土樣的準(zhǔn)備階段土壤采取于湖南省長沙市岳麓山底部的紅壤。采 取后，放入土壤制備實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行風(fēng)干、挑選、研磨、過篩4個部分的處理。再裝入土樣盒中以待試驗(yàn)研究。土樣盒的規(guī)格是 300 mnX 300 mnX 400 mm （長X 寬X高）。本試驗(yàn)設(shè)定 5種容重（1.20、1.25、1.30 >1.35、 1.40 g/cm3）。在裝盒過程中，容重小的會填不滿土樣盒，而容重大的會溢出，導(dǎo)致實(shí)際容重與

24、設(shè)定容重有差 異。在這種情況下，較小容重在裝盒過程中要及時疏 松土壤，使土壤顆粒間間隙變大，切勿過于壓實(shí)。而制 備容重較大的土樣是則采用豎直擊實(shí)和平壓法使土樣 達(dá)到預(yù)計的體積。并在裝入下一層土之前，先將前次裝入的土層表面用工具打毛，以避免上下土層之間出現(xiàn)結(jié)構(gòu)和水動力學(xué)特性突變等的不必要的內(nèi)邊界。裝 好土樣后，標(biāo)記好編號R1、R2、R3、R4、R5。3.5 土壤水分變化對滑坡影響模擬試驗(yàn)探究水分在坡體內(nèi)位置變化以及坡體內(nèi)水分入滲 能力對滑坡臨界角的影響這2部分研究內(nèi)容同時進(jìn)行。即在水分到達(dá) M1、M2、M3、M44個不同位置時，先 后測量樣品此時的入滲率以及導(dǎo)致滑坡的臨界角，并記錄在試驗(yàn)數(shù)據(jù)本中

25、。3.5.1恒定水流的供給恒定水流的供給是利用盛水裝 置、導(dǎo)管和流量控制裝置（通過控制轉(zhuǎn)速從而控制水流 量）實(shí)現(xiàn)。根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)定恒定水流流量為10.8 L/h ,模擬大雨（雨強(qiáng)：2 mm/min ）下土壤水分條件。布水器 采用的是線性形狀，使得水流能均勻分布在土樣上。3.5.2 土壤入滲率的測量 以R1-1為例，即容重為1.20 g/cm3 的樣品，水流變化達(dá)到上部。(1) 土壤入滲率的測量過程。土樣放置f打開恒 定供水裝置f測量土壤入滲率f試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處 理。(2) 土樣放置。因?yàn)樗猛翗佣?，且土量?最大 有54 kg)以及土體盒沒有底部， 所以土樣的裝盒過程 是放在平整的滑坡臺上進(jìn)行

26、。(3) 打開恒定供水裝置。土體放置好滑坡臺后，打 開恒定供水裝置，設(shè)好轉(zhuǎn)速為56 r/min即恒定出水流 量為10.8 L/h。并記錄好時間。(4) 測量土壤入滲率。當(dāng)土體盒中的土樣濕潤線達(dá)到土樣盒上部(13 cm處)時，開始測量土壤入滲率。首先，連接攝像頭和土壤入滲率測量系統(tǒng)軟件、用標(biāo)定目標(biāo)板標(biāo)定試驗(yàn)環(huán)境，用于修正影響鏡頭變形及測量區(qū)間空間比例與變形。使土壤入滲測量系統(tǒng)能準(zhǔn) 確計算濕潤實(shí)際面積。其次，在測量系統(tǒng)軟件中設(shè)置 好各項(xiàng)參數(shù)，如拍攝間隔是 1 min拍攝1次，共用時 10 min、流量參數(shù)(0.5 L/h)、相機(jī)快門時間(0.1 s)。最 后，打開供水系統(tǒng)，按試驗(yàn)要求設(shè)置流量為0.

27、5 L/h。同時開始計時拍照。試驗(yàn)完成后保存數(shù)據(jù)，關(guān)閉測量系統(tǒng)。(5) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與記錄。在試驗(yàn)過程中，相機(jī)拍攝的土壤濕潤面積變化圖像實(shí)時傳入計算機(jī)中，測定結(jié)束后，自動識別出濕潤面積，根據(jù)每分鐘濕潤面積的 增量計算出土壤入滲率。3.5.3 土體滑坡臨界值的測量以R1-1為例，即容重為1.20 g/cm3的樣品，水流變化達(dá)到上部。(1) 土體滑坡臨界值的測量過程。土樣放置實(shí)驗(yàn)區(qū)f打開恒定供水裝置 f臨界角測定f試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 與處理(2) 土樣放置。因?yàn)樗猛翗佣?，且土量?最大 有54 kg)以及土體盒沒有底部， 所以土樣的裝盒過程 是放在平整的滑坡臺上進(jìn)行。(3) 打開恒定供水裝置。土體放置

28、好滑坡臺后，打 開恒定供水裝置，設(shè)好轉(zhuǎn)速為56 r/min即恒定出水流 量為10.8 L/h。并記錄好時間。(4) 臨界角測定。當(dāng)土體盒中的土樣濕潤線達(dá)到 土樣盒上部(13 cm處)時，關(guān)閉恒定供水裝置。開始 利用液壓千斤頂緩慢上升， 調(diào)節(jié)高度的試驗(yàn)架(用來改 變坡度角)至其土體盒剛剛滑動時，停止液壓千斤頂。 利用標(biāo)桿尺測量此時滑動臺距地面高度。(5) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理。試驗(yàn)測量工作完成后， 及時記錄數(shù)據(jù)，即高度H1以及時間。利用所測量的高度H以及滑坡臺的長度 L,可求出滑坡臨界角度，見公 式。掃arctan(H/L) (5)式中：6為滑坡臨界角度(°)為臨界滑坡時試驗(yàn) 架所調(diào)節(jié)的

29、高度(mm) ;L為試驗(yàn)架坡底長(mm)。 3.6試驗(yàn)結(jié)果在本試驗(yàn)中，根據(jù)濕潤鋒到達(dá)位置的不同(上部M1、中部M2、底部M3以及形成水膜 M44個階段)，分別 測定了土壤滑坡臨界點(diǎn)的坡體高度，從而計算出不同的坡度值。由圖3可知，濕潤鋒到達(dá)上部時，其滑坡臨界角度 平均值為24.1 °到達(dá)中部時，其滑坡臨界角度平均值 為24.7 °到達(dá)底部時，其滑坡臨界角度平均值為 33.4 :形成水膜后，臨界角值為18.8 :濕潤鋒位置由 上部變化到中部時，增幅為2.5%;由中部變化到底部時，增幅為35.2% ;由底部變化到形成水膜后，下降幅度達(dá)到43.7%。在整個濕潤鋒位置變化過程中，筆者

30、發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濕潤鋒達(dá)到底部時，滑坡臨界角值達(dá)到最大， 而形成水膜后，滑坡臨界角值達(dá)到最小。這主要是因 為之前是沙礫面，而水達(dá)到了底部，土壤得到了初步的 濕潤，使得與坡體之間的粘性增強(qiáng)，導(dǎo)致滑動摩擦系數(shù)的改變，增大了土體與坡體之間的滑動摩擦系數(shù)，使臨界值的角度增大。證實(shí)了這套試驗(yàn)裝置具有良好的可 行性。圖3 土壤水分位置與土壤滑坡臨界角關(guān)系曲線4結(jié)論與討論本研究從滑坡區(qū)水分入滲特征入手，探討土壤水分入滲與坡面的相互關(guān)系，特別是水分變化對滑坡臨 界點(diǎn)的影響研究，設(shè)計出了一套能自動測量水分變化 下導(dǎo)致土體滑坡臨界點(diǎn)角度測量設(shè)備，能有效分析出土體水流與其土體之間的動力學(xué)特征，從而預(yù)測坡體發(fā)生滑坡的可能性以

31、及推算出產(chǎn)生滑坡的時間。-# ©風(fēng)農(nóng)學(xué)多報-# -79 在實(shí)際測量中，一般比室內(nèi)試驗(yàn)升高的高度值H在400600 mm之間，而系統(tǒng)所導(dǎo)致的誤差 少 為 0.42 mm,其誤差值控制在千分之一左右，故其角度的測量值也在千分之一左右。該試驗(yàn)裝置成本較低，樣機(jī)試驗(yàn)表明，該裝置作業(yè) 順暢、性能穩(wěn)定，但操作較為復(fù)雜，在記錄數(shù)據(jù)后還需 要大量的計算，難免造成一定誤差，且適用范圍較小， 由于野外滑坡因素復(fù)雜多樣。因此，仍需要進(jìn)一步研究外部因素下滑坡臨界角的估計算法，以提高測量精度。本裝置今后將朝智能化、自動化方向發(fā)展，即設(shè)計一套程序，使得計算機(jī)能自動記錄數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，得出

32、科學(xué)結(jié)論，并建立滑坡臨界角度測量數(shù)據(jù)庫，使用該裝置的操作者可按個人意愿選擇是否上傳到數(shù)據(jù)平 臺，使得本地數(shù)據(jù)形成時間序列， 能夠更加有效地預(yù)測 滑坡以方便學(xué)術(shù)研究。參考文獻(xiàn)1劉傳正.長江三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害成因與評價研究版社,2007.M.北京:地質(zhì)出2孫彥旭.雨水入滲作用下土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析大學(xué),2008.D.河北：河北工業(yè)3V.V. Baronin. Modeling of landslide-Hydrotechnical Construction,1992(5):280-285.generated surgesJ.4Y.S.ee, C.Y.Cheuk, Sassa,K. Instabilitycaused by a seepageimpediment in layered fill slopesJ.Cannada Geotech,2008,45:1410-1425.5 Ching- ChuanHuang, Chien- Li Lob, Jia-Shiun Jan