一种室内模拟降雨条件下露天矿边坡变形试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种室内模拟降雨条件下露天矿边坡变形试验装置及方法，装置包括边坡相似模拟试验模块、降雨模拟模块、监测模块，所述边坡相似模拟试验模块包括边坡堆筑物、模型框架，边坡堆筑物盛放在模型框架内，所述降雨模拟模块包括降雨水槽、主水管、水箱，主水管将水箱与降雨水槽连接，所述降雨水槽设置在模型框架上部，所述监测模块包括监测图钉、用于观测监测图钉位移变化的经纬仪，监测图钉设置在边坡堆筑物上，所述降雨水槽设有盛水的凹槽，凹槽的底板开设若干降雨孔。模拟边坡的构造，水从降雨孔流出时呈雨滴坠落状，模拟降雨更真实可靠，能够理想的模拟降雨条件下的边坡变形，满足分析边坡变形过程、受力机理及影响边坡稳定性因素。

A Test Device and Method for Slope Deformation of Open-pit Mine under Indoor Simulated Rainfall Conditions

The invention discloses an open pit slope deformation test device and method under indoor simulated rainfall conditions. The device comprises a slope similarity simulation test module, a rainfall simulation module and a monitoring module. The slope similarity simulation test module includes a slope stack, a model frame, a slope stack in a model frame, and the rainfall simulation module includes a rainwater trough and a main pipe. The main pipe connects the water tank with the rainwater trough, and the rainwater trough is arranged on the upper part of the model frame. The monitoring module includes a monitoring thumbtack, a theodolite for monitoring the displacement change of thumbtack, and a monitoring thumbtack is arranged on the slope stack. The rainwater trough is provided with a groove for holding water, and a number of rainwater holes are arranged on the bottom plate of the groove. Simulating the structure of the slope, when water flows out of the rainhole, it falls like rain drops. Simulating rainfall is more realistic and reliable. It can simulate the slope deformation under the condition of rainfall ideally and satisfy the analysis of slope deformation process, stress mechanism and factors affecting slope stability.

【技术实现步骤摘要】
一种室内模拟降雨条件下露天矿边坡变形试验装置及方法
本专利技术属于露天矿边坡试验领域，具体地说，涉及一种室内模拟降雨条件下露天矿边坡变形试验装置及方法。
技术介绍
露天矿山边坡稳定性是我国露天矿开采必须面对的一个重要课题，边坡失稳给矿山人员、机械设备安全带来了重大的威胁，是一种很重的地质灾害。对边坡内在破坏失稳机理及特征进行研究，从而提前做出应对措施，是矿山安全生产领域的重要研究方向及关键技术。现阶段，通过露天矿边坡室内相似模拟试验分析边坡失稳机理的研究比较少，这大大限制了对边坡工程失稳机理的认识和探索。露天矿边坡稳定性受降雨入渗影响较大，降雨之所以是导致边坡失稳的重要因素，主要是因为降雨雨水一方面由地表渗入岩体会进一步增加对边坡稳定极为不利的孔隙水压力，另一方面，岩体浸水后岩土体的物理力学性质发生变化，强度降低，即发生水化现象，导致岩土体容易失稳。露天矿的持续开采，形成了大量的高陡边坡工程，大量滑坡事故发生于降雨期间或降雨之后，因此研究降雨入渗诱发露天矿边坡土体渗流场和应力场的改变，以及由此导致的边坡失稳破坏机理，均具有十分重要的意义。所以针对露天矿边坡进行室内模拟降雨实验分析是非常有必要的，可以为提高边坡稳定性提供不可缺少的重要数据。大量的现场和室内的边坡降雨实验是边坡设计防护的一个重要环节，降雨实验过程中需要使用到的一个关键设备便是模拟降雨装置。目前，能够模拟降雨入渗与露天矿边坡稳定性耦合作用的试验装置极为稀少，无法满足科研需要。很多装置采用喷头来模拟降雨，并不能恰当的模拟降雨形式，导致装置对实际边坡的稳定性指导意义不大。有鉴于此特提出本专利技术。专利
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种室内模拟降雨条件下露天矿边坡变形试验装置及方法，对降雨条件下边坡失稳的动态演化过程进行跟踪、分析及研究，为指导露天矿开采提供技术支持。为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：一种室内模拟降雨条件下露天矿边坡变形试验装置，包括边坡相似模拟试验模块、降雨模拟模块、监测模块，所述边坡相似模拟试验模块包括边坡堆筑物、模型框架，边坡堆筑物盛放在模型框架内，所述降雨模拟模块包括降雨水槽、主水管、水箱，主水管将水箱与降雨水槽连接，所述降雨水槽设置在模型框架上部，所述监测模块包括监测图钉、用于观测监测图钉位移变化的经纬仪，监测图钉设置在边坡堆筑物上，所述降雨水槽设有盛水的凹槽，凹槽的底板开设若干降雨孔。进一步地，所述边坡相似模拟试验模块还包括用于排出降雨的坡面出水口、若干不同高度的降雨水槽升降固定孔、收集排出降雨的集水槽，所述坡面出水口设置在模型框架的底部，所述降雨水槽升降固定孔设置在模型框架的顶端部，降雨水槽通过降雨水槽升降固定孔安装固定。进一步地，所述模型框架呈长方体形状，由槽钢、螺栓搭接而成，槽钢的高度h为5cm～40cm、腿宽b为3cm～11cm、腰厚度为4mm～15mm，所述槽钢上设有用于安装横梁的模型支护孔，孔间距为10cm，直径为1cm；所述坡面出水口的长度在10cm～18cm，高度在2cm～5cm进一步地，所述若干降雨水槽升降固定孔对称设置在模型两侧槽钢上，且设置多排，间距3cm～6cm，每排两个孔，孔间距为5cm，孔直径为8mm～15mm。进一步地，还包括平台荷载加压模块，所述平台荷载加压模块包括顶部固定槽钢、加压结构、与加压结构控制连接的荷载控制器，顶部固定槽钢与模型框架连接固定，加压结构包括悬挂件、伸缩油缸、与伸缩油缸连接的传力板、油管，所述伸缩油缸通过悬挂件与顶部固定槽钢连接，伸缩油缸通过油管与荷载控制器连接。进一步地，所述降雨水槽为镀锌板或塑料板制作而成，厚度不得大于1cm，所述降雨水槽呈矩形，长2m、宽20cm、深5cm，相邻降雨孔间距不得小于1cm，降雨孔直径不得小于5mm。进一步地，所述降雨模拟模块还包括分流管、流量测试计、球阀、压力控制器、水管升降卡环，主水管与分流管连接，分流管为若干，且均布在降雨水槽上以向降雨水槽中供水，所述流量测试计、球阀、压力控制器安装在主水管上，所述水管升降卡环设置在主水管与水箱连接的一端，用于控制主水管的管口在水箱中的位置。进一步地，所述降雨模拟模块还包括隔板、堵头，隔板设置在降雨水槽中用于将降雨水槽分隔成若干区域，堵头与分流管的出水口匹配以封堵出水口。进一步地，所述分流管个数不少于5个，间距在10cm～30cm，分流管直径不小于2cm，所述主水管的直径不得小于3cm。进一步地，所述边坡堆筑物的高度大小根据实际工程参数及相似比进行确定，所述监测图钉的大小根据模型监测的精度确定，监测图钉上贴有十字丝或刻有十字丝。进一步地，所述监测模块还包括若干孔隙水压力测试计、若干应力监测计、若干微型含水率测试计、记录边坡堆筑物变形过程并用于分析的高速摄像机，若干孔隙水压力测试计、若干应力监测计及微型含水率测试计均设置在边坡堆筑物内，且均与读数仪器连接。一种室内模拟降雨条件下露天矿边坡变形试验装置的试验方法，包括以下步骤：步骤1，准备好试验所用的砂、石膏、铁粉、云母片，按照试验要求，以一定的比例配置相似材料，云母片来模拟层间结构，并利用模板等支护方式来堆筑边坡，在堆筑过程中按试验要求布设孔隙水压力测试计、应力监测计、微型含水率测试计，并与读数仪器连接；步骤2，准备试验器材，将水箱、主水管、分流管、降雨水槽、流量测试计和压力控制器连接好，同时将降雨水槽与模型框架通过降雨水槽升降固定孔连接；步骤3，安装平台载荷顶部固定槽钢及加压结构，将加压结构安装在需要施加荷载的边坡台阶平台上方；步骤4，将监测图钉按试验要求的监测进度布置在边坡堆筑物上；步骤5，架好经纬仪的支架，将经纬仪安装在支架上，并将经纬仪的镜头对准试验装置内边坡的监测点，同时采用高速摄像机进行拍摄，记录边坡地表及整体位移运动轨迹，以及层间位移变化；步骤6，向储水箱中注入清水，注入储水箱中的清水量应满足一次试验所用的清水量；步骤7，通过打开球阀与设定压力来控制模拟不同强度下的降雨量，流经边坡的水通过坡面出水口排出，由集水槽收集；步骤8，根据试验设定一定的降雨时间，降雨时间到达后，关闭球阀，测量人员用经纬仪对模型进行监测，并将数据记录，同时通过与孔隙水压力测试计、应力监测计、微型含水率测试计连接的读数仪器记录数据，及高速摄像机拍摄的影像，结合分析边坡在降雨条件的变形情况；步骤9，试验结束后，将集水槽中的水倒掉。采用上述技术方案后，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。本专利技术设置边坡相似模拟试验模块、降雨模拟模块、监测模块，模拟边坡的构造，水从降雨孔流出时呈雨滴坠落状，区别与喷射模拟的差异，模拟降雨更真实可靠，能够较为理想的模拟降雨条件下的边坡变形，满足分析边坡的变形过程、受力机理及部分影响边坡稳定性的因素，本专利技术试验装置结构简单，试验操作方便，同时具有造价低、易实现的优点。下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。附图说明附图作为本申请的一部分，用来提供对本专利技术的进一步的理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内模拟降雨条件下露天矿边坡变形试验装置，其特征在于，包括边坡相似模拟试验模块、降雨模拟模块、监测模块，所述边坡相似模拟试验模块包括边坡堆筑物、模型框架，边坡堆筑物盛放在模型框架内，所述降雨模拟模块包括降雨水槽、主水管、水箱，主水管将水箱与降雨水槽连接，所述降雨水槽设置在模型框架上部，所述监测模块包括监测图钉、用于观测监测图钉位移变化的经纬仪，监测图钉设置在边坡堆筑物上，所述降雨水槽设有盛水的凹槽，凹槽的底板开设若干降雨孔。

【技术特征摘要】
1.一种室内模拟降雨条件下露天矿边坡变形试验装置，其特征在于，包括边坡相似模拟试验模块、降雨模拟模块、监测模块，所述边坡相似模拟试验模块包括边坡堆筑物、模型框架，边坡堆筑物盛放在模型框架内，所述降雨模拟模块包括降雨水槽、主水管、水箱，主水管将水箱与降雨水槽连接，所述降雨水槽设置在模型框架上部，所述监测模块包括监测图钉、用于观测监测图钉位移变化的经纬仪，监测图钉设置在边坡堆筑物上，所述降雨水槽设有盛水的凹槽，凹槽的底板开设若干降雨孔。2.根据权利要求1所述的一种室内模拟降雨条件下露天矿边坡变形试验装置，其特征在于，所述边坡相似模拟试验模块还包括用于排出降雨的坡面出水口、若干不同高度的降雨水槽升降固定孔、收集排出降雨的集水槽，所述坡面出水口设置在模型框架的底部，所述降雨水槽升降固定孔设置在模型框架的顶端部，降雨水槽通过降雨水槽升降固定孔安装固定。3.根据权利要求2所述的一种室内模拟降雨条件下露天矿边坡变形试验装置，其特征在于，所述模型框架呈长方体形状，由槽钢、螺栓搭接而成，槽钢的高度h为5cm～40cm、腿宽b为3cm～11cm、腰厚度为4mm～15mm，所述槽钢上设有用于安装横梁的模型支护孔，孔间距为10cm，直径为1cm；所述坡面出水口的长度在10cm～18cm，高度在2cm～5cm。4.根据权利要求3所述的一种室内模拟降雨条件下露天矿边坡变形试验装置，其特征在于，所述若干降雨水槽升降固定孔对称设置在模型两侧槽钢上，且设置多排，间距3cm～6cm，每排两个孔，孔间距为5cm，孔直径为8mm～15mm。5.根据权利要求1所述的一种室内模拟降雨条件下露天矿边坡变形试验装置，其特征在于，还包括平台荷载加压模块，所述平台荷载加压模块包括顶部固定槽钢、加压结构、与加压结构控制连接的荷载控制器，顶部固定槽钢与模型框架连接固定，加压结构包括悬挂件、伸缩油缸、与伸缩油缸连接的传力板、油管，所述伸缩油缸通过悬挂件与顶部固定槽钢连接，伸缩油缸通过油管与荷载控制器连接。6.根据权利要求1所述的一种室内模拟降雨条件下露天矿边坡变形试验装置，其特征在于，所述降雨水槽为镀锌板或塑料板制作而成，厚度不得大于1cm，所述降雨水槽呈矩形，长2m、宽20cm、深5cm，相邻降雨孔间距不得小于1cm，降雨孔直径不得小于5mm。7.根据权利要求1所述的一种室内模拟降雨条件下露天矿边坡变形试验装置，其特征在于，所述降雨模拟模块还包括分流管、流量测试计、球阀、压力控制器、水管升降卡环，主水管与分流管连接，分流管为若干，且均布在降雨水槽上以向降雨水槽中供水...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯克鹏，芦涌峰，孙伟，牛向东，蒋军，程涌，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53