一种模拟顺向边坡动力反应的试验方法技术

技术编号:15248579 阅读:157 留言:0更新日期:2017-05-02 10:14
本发明专利技术公开了一种模拟顺向边坡动力反应的试验装置及方法,该试验装置包括法向加载装置、切向加载装置、剪切盒、测量装置、液压装置和数控装置,所述法向加载装置和切向加载装置分别包括法向油缸、法向负荷传感器和切向油缸、切向负荷传感器;所述剪切盒包括剪切上盒和剪切下盒,所述剪切上盒仅能发生竖向运动,所述剪切下盒仅能发生水平运动;所述测量装置包括法向变形传感器和切向变形传感器。本发明专利技术可凭借岩体直接剪切试验系统对不同尺寸和形状的上覆模型和下伏模型施加法向荷载和切向荷载以模拟顺向边坡在地震和爆破等荷载作用下的动力反应从而满足不同的研究需求。

Test device and method for simulating dynamic response of side slope

The invention discloses a simulation with test device and method of slope dynamic response to the test device, including normal loading device, the tangential shear box, loading device, measuring device, hydraulic device and numerical control device, the normal and tangential loading device comprises a loading device respectively to cylinder, normal load sensor and tangential cylinder, tangential load sensor; the shear box comprises an upper box and lower box shear shear, the shear box can only vertical movement, the shear box can only occur horizontal movement; the measuring device including vertical deformation sensor and tangential deformation sensor. The invention can direct shear test system of rock mass with different size and shape of the overlying and underlying model model applied to load and tangential load to simulate the bedding slope dynamic response in the earthquake and blasting loads so as to meet the different needs of.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及岩体动力学室内试验领域,具体涉及一种模拟顺向边坡动力反应的试验装置及方法。
技术介绍
边坡是地壳表面具有侧向临空面的地质体,由坡顶、坡面、坡脚及其下部一定深度内的坡体组成。边坡按地层岩性分为岩质边坡、土质边坡和岩土混合边坡。其中,岩质边坡按岩层结构分为层状结构边坡、块状结构边坡和网状结构边坡;层状结构边坡按岩层倾向与坡向的关系又可分为顺向边坡、反向边坡、切向边坡和直立边坡。顺向边坡的岩层倾向与坡向相同,其稳定性问题是工程地质学和岩土力学领域的经典问题之一。荷载分为静荷载和动荷载。顺向边坡所受的动荷载包括地震荷载、爆破荷载和机械振动荷载等。顺向边坡在动荷载作用下的反应问题已成为工程地质学、岩土力学、地震工程学和爆破工程学的热点问题之一。常规研究手段包括原位测试、室内振动台试验和数值模拟等;其中,振动台试验存在建模较难、试验周期较长、经济成本较高和边界效应等问题,且国内振动台实验室相对较少,开展试验多有不便。岩体直接剪切试验是认识岩体剪切行为的室内试验方法之一,该试验依托岩体直接剪切试验系统完成,包括法向加载装置和切向加载装置分别对样品施加法向荷载和切向荷载,测量装置获取荷载参数和变形参数并实时反馈给数控装置以调控试验等关键步骤。本方法通过制作不同尺寸和形状的上覆模型和下伏模型以模拟顺向边坡,凭借岩体直接剪切试验系统对上覆模型和下伏模型施加法向荷载和切向荷载以模拟顺向边坡在地震和爆破等荷载作用下的动力反应。该方法具有建模方便、试验周期短和经济成本低的特点;且国内岩体直接剪切试验系统相对较多,利于开展试验,对于评价顺向边坡工程动态稳定性具有重要的理论和应用价值。
技术实现思路
为解决上述问题,本专利技术提供了一种模拟顺向边坡动力反应的试验装置及方法。为实现上述目的,本专利技术采取的技术方案为:一种模拟顺向边坡动力反应的试验方法,通过岩体直接剪切试验系统对顺向边坡的动力反应进行模拟,具体包括如下步骤:S1、制作不同尺寸和形状的上覆模型和下伏模型以模拟顺向边坡;S2、通过所述岩体直接剪切试验系统对所述上覆模型和下伏模型施加法向荷载和切向荷载以模拟动力反应。优选地,根据试验目的,当模拟顺向边坡在爆破荷载作用下的动力反应时,所述上覆模型和下伏模型的接触面与水平面平行,所述上覆模型位于所述剪切下盒内部,所述下伏模型位于所述剪切上盒内部,所述上覆模型和下伏模型的尺寸根据原位顺向边坡与模型的物理量相似关系和所述剪切上盒、剪切下盒的内部尺寸进行匹配;所述上覆模型和下伏模型的水平投影长度与宽度分别等于所述剪切下盒内部和剪切上盒内部的水平投影长度与宽度;所述上覆模型和下伏模型的高度之和大于所述剪切上盒内部和剪切下盒内部的高度之和,其所述高度之和的差值即为所述剪切上盒和剪切下盒的垂直间距。当模拟爆破动力反应时,通过所述法向加载装置、剪切上盒、液压装置和数控装置对分别位于所述剪切上盒和剪切下盒的所述下伏模型和上覆模型施加法向荷载至预设值并保持恒定,通过所述切向加载装置、剪切下盒、液压装置和数控装置对所述上覆模型和下伏模型施加预设切向荷载;在试验过程中,通过所述法向负荷传感器、切向负荷传感器、法向变形传感器和切向变形传感器实时采集所述上覆模型和下伏模型的负荷值和变形值并实时反馈给数控装置,当加载时间或法向变形值达到预设值时试验停止,导出负荷和变形数据进行分析。优选地,基于试验目的,当模拟顺向边坡在地震荷载作用下的动力反应时,所述上覆模型和下伏模型的接触面与水平面形成夹角,所述上覆模型位于所述剪切上盒内部,所述下伏模型位于所述剪切下盒内部,所述上覆模型和下伏模型的尺寸根据原位顺向边坡与模型的物理量相似关系和所述剪切上盒、剪切下盒的内部尺寸进行匹配;所述上覆模型的水平投影长度与宽度分别小于和等于所述剪切上盒内部的水平投影长度与宽度,所述下伏模型的水平投影长度与宽度均等于所述剪切下盒内部的水平投影长度与宽度;所述上覆模型和下伏模型的高度之和大于所述剪切上盒内部和剪切下盒内部的高度之和。当模拟地震动力反应时,通过所述法向加载装置、剪切上盒、液压装置和数控装置对分别位于所述剪切上盒和剪切下盒的所述上覆模型和下伏模型施加法向荷载至预设值并保持恒定,通过所述切向加载装置、剪切下盒、液压装置和数控装置对所述下伏模型和上覆模型施加预设切向荷载;在试验过程中,通过所述法向负荷传感器、切向负荷传感器、法向变形传感器和切向变形传感器实时采集所述下伏模型和上覆模型的负荷值和变形值并实时反馈给数控装置,当加载时间或法向变形值达到预设值时试验停止,导出负荷和变形数据进行分析。优选地,根据试验要求,通过所述法向加载装置、液压装置和数控装置对所述上覆模型和下伏模型施加法向荷载至预设值并保持恒定,通过所述切向加载装置、液压装置和数控装置对所述上覆模型和下伏模型施加预设切向荷载。在上述加载技术基础上,切向加载控制方式采用变形控制:首先将加速度-时间数据进行二次积分得到位移-时间数据,然后将位移-时间数据导入数控装置,接着通过所述切向加载装置、剪切下盒、液压装置和数控装置对所述上覆模型和下伏模型施加切向荷载使得模型按照所述位移-时间数据运动。随着试验的进行,在压剪作用下,所述上覆模型和下伏模型的高度之和减小,因此所述剪切上盒和剪切下盒的垂直间距随之减小;当所述上覆模型和下伏模型的接触面与水平面形成夹角时,在试验过程中,出现诸如所述上覆模型滑离所述下伏模型倾斜表面、所述下伏模型顶端接触所述剪切上盒、所述剪切上盒和剪切下盒接触等情况均会影响试验。因此,试验前在数控装置中设定法向变形阈值,当试验达到所述位移-时间数据的时间上限值或者法向变形阈值两个条件之一时,试验停止。本专利技术实施例还提供了一种模拟顺向边坡动力反应的试验装置,包括法向加载装置、切向加载装置、剪切盒、测量装置、液压装置和数控装置,所述法向加载装置和切向加载装置分别包括法向油缸、法向负荷传感器和切向油缸、切向负荷传感器;所述剪切盒包括剪切上盒和剪切下盒,所述剪切上盒仅能发生竖向运动,所述剪切下盒仅能发生水平运动;所述测量装置包括法向变形传感器和切向变形传感器,所述法向负荷传感器、切向负荷传感器、法向变形传感器和切向变形传感器实时采集所述上覆模型和下伏模型的负荷值和变形值并实时反馈给数控装置,当加载时间或法向变形值达到预设值时试验停止,导出负荷和变形数据进行分析,原位顺向边坡物理量与模型物理量满足相似理论,原位顺向边坡与模型的尺寸、弹性模量、抗压强度、抗拉强度、黏聚力、应力、位移等物理量的相似关系均为n,原位顺向边坡与模型的密度、加速度、泊松比、内摩擦角、应变、重力加速度等物理量的相似关系为1,原位顺向边坡与模型的速度、时间等物理量的相似关系为n0.5,原位顺向边坡与模型的频率等物理量的相似关系为n-0.5。优选地,根据试验目的和原位顺向边坡物理量参数,所述上覆模型和下伏模型分别可通过模具制作成以水泥、石膏、石英砂为基础材料的相似材料模型,也可通过数控机床将无规则天然岩体加工成规则模型。优选地,所述上覆模型的水平投影长度小于所述下伏模型的水平投影长度;所述上覆模型和下伏模型的接触面与水平面平行或形成夹角,且根据试验目的和原位顺向边坡层面情况调整所述夹角的角度和接触面的起伏粗糙程度。本专利技术具有以下有益效果:本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种模拟顺向边坡动力反应的试验方法,其特征在于,通过岩体直接剪切试验系统对顺向边坡的动力反应进行模拟,具体包括如下步骤:S1、通过制作不同尺寸和形状的上覆模型(1)和下伏模型(2)以模拟顺向边坡;S2、通过所述岩体直接剪切试验系统对所述上覆模型(1)和下伏模型(2)施加法向荷载和切向荷载以模拟动力反应。

【技术特征摘要】
1.一种模拟顺向边坡动力反应的试验方法,其特征在于,通过岩体直接剪切试验系统对顺向边坡的动力反应进行模拟,具体包括如下步骤:S1、通过制作不同尺寸和形状的上覆模型(1)和下伏模型(2)以模拟顺向边坡;S2、通过所述岩体直接剪切试验系统对所述上覆模型(1)和下伏模型(2)施加法向荷载和切向荷载以模拟动力反应。2.如权利要求1所述的一种模拟顺向边坡动力反应的试验方法,其特征在于,根据试验目的,当模拟顺向边坡在爆破荷载作用下的动力反应时,所述上覆模型(1)和下伏模型(2)的接触面与水平面平行,所述上覆模型(1)位于所述剪切下盒(10)内部,所述下伏模型(2)位于所述剪切上盒(9)内部;所述上覆模型(1)和下伏模型(2)的水平投影长度与宽度分别等于所述剪切下盒(10)内部和剪切上盒(9)内部的水平投影长度与宽度;所述上覆模型(1)和下伏模型(2)的高度之和大于所述剪切上盒(9)内部和剪切下盒(10)内部的高度之和。3.如权利要求1所述的一种模拟顺向边坡动力反应的试验方法,其特征在于,根据试验目的,当模拟顺向边坡在地震荷载作用下的动力反应时,所述上覆模型(1)和下伏模型(2)的接触面与水平面形成夹角,所述上覆模型(1)位于所述剪切上盒(9)内部,所述下伏模型(2)位于所述剪切下盒(10)内部;所述上覆模型(1)的水平投影长度与宽度分别小于和等于所述剪切上盒(9)内部的水平投影长度与宽度,所述下伏模型(2)的水平投影长度与宽度均等于所述剪切下盒(10)内部的水平投影长度与宽度。4.如权利要求1所述的一种模拟顺向边坡动力反应的试验方法,其特征在于,根据试验要求,通过所述法向加载装置、液压装置(3)和数控装置(4)对所述上覆模型(1)和下伏模型(2)施加法向荷载至预设值并保持恒定,通过所述切向加载装置、液压装置(3)和数控装置(4)对所述上覆模型(1)和下伏模型(2)施加预设切向荷载。5.如权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员:郑博文祁生文郭松峰黄晓林詹志发邹宇马东辉
申请(专利权)人:中国科学院地质与地球物理研究所
类型:发明
国别省市:北京;11

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