用于饱水软弱夹层带动孔压响应的振动台模型制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于饱水软弱夹层动孔压响应的振动台模型制备方法，其包括焊接不渗水模型箱和密封盖；模型箱的底板上焊接螺纹钢，并在模型箱内放置上与模型箱四周内侧壁接触的防水聚苯乙烯泡沫板；根据试验模型的结构与物理力学性质配置上硬层、下硬层及软弱夹层材料，在模型箱内浇注下硬层、软弱夹层和上硬层；上中下三层浇注过程中，在设定高度埋设若干孔隙水压传感器；对浇注好的试验模型养护设定时长，在保留或取出模型箱中两个侧面的防水聚苯乙烯泡沫板的情况下，在密封盖上安装气压表，连接饱水装置与进水管和连接管进行循环真空饱水处理；当气压表读数与上一次饱水后读数间差异小于等于设定值时，完成振动台模型的制备。

Shaking table model preparation method for pore pressure response driven by saturated weak interlayer

The invention discloses a shaking table model preparation method for the dynamic pore pressure response of water saturated weak interlayer, which comprises a welding non permeable model box and a sealing cover; the bottom plate of the model box is welded with threaded steel, and a waterproof polystyrene foam board which is contacted with the inner wall around the model box is placed in the model box; and the upper hard layer and the lower hard layer are arranged according to the structural and physical and mechanical properties of the test model. Layers and soft interlayer materials, the lower hard layer, the weak interlayer and the upper hard layer are placed in the model box. Some pore water pressure sensors are embedded at the setting height during the pouring process of the upper and lower three layers. When the experimental model is set up for a long time, the pressure gauge is installed on the sealing cover and the connection is full when the waterproof polystyrene foam board with two sides of the model box is retained or removed. When the difference between the barometer reading and the reading after the last saturation is less than or equal to the set value, the shaking table model is prepared.

【技术实现步骤摘要】
用于饱水软弱夹层带动孔压响应的振动台模型制备方法
本专利技术涉及一种地质研究领域，具体涉及一种用于饱水软弱夹层带动孔压响应的振动台模型制备方法。
技术介绍
振动台试验可以在实验室内模拟地震作用的过程，是研究地震触发滑坡等地质灾害机理的重要手段。软弱夹层是地质体中常见的地质结构，其厚度薄，与周围岩石相比，弹性模量小、强度低，因此在岩质、地下硐室、坝基等地质结构中，往往起着控制其变形破坏的作用。传统的物理模型试验不考虑岩体中孔隙(或裂隙)水，而实际岩体中，水的作用不容忽视，当降雨或地下水进入岩石内部，在水岩相互作用下，岩石内部矿物产生新的物理、化学反应，造成岩石内部矿物或结构面的软化，使岩石的力学性质变差，抗压强度，抗拉强度，抗剪强度，动、静弹性模量，泊松化等各项物理力学参数的弱化，而软弱夹层对水的敏感性更为显著，使得传统物理模型试验难以模拟岩层在地震下的响应特征。振动台模型试验是研究地震滑坡的有效手段，目前绝大多数滑坡振动台模型试验未考虑软弱层带内地下水的影响，这是因为传统以石膏和水泥为粘结剂的相似材料具有遇水易解体、渗透性低、弹性模量较大等特点，无法模拟软弱层带高渗透低弹模特征。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的用于饱水软弱夹层带动孔压响应的振动台模型制备方法制备的震动台模型能够模拟地震作用下饱水岩层的变化情况。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：提供一种用于饱水软弱夹层带动孔压响应的振动台模型制备方法，其包括以下步骤：模型箱的底板内表面焊接有多根并排的螺纹钢，以在模型下边界提供足够摩擦力和粘接力，并在模型箱内放置上与模型箱四周内侧壁接触的防水聚苯乙烯泡沫板；根据试验模型的结构与物理力学性质配置上硬层、下硬层及软弱夹层的相似材料，并首先在模型箱内浇注下硬层；下硬层浇注完成后，在其进行刮毛处理后浇注软弱夹层，软弱夹层浇注完成后，在其进行刮毛处理后浇注上硬层，完成试验模型的浇注；上中下三层浇注过程中，在设定高度埋设若干孔隙水压传感器；对浇注好的试验模型养护设定时长，之后在保留或取出模型箱中两个侧面的防水聚苯乙烯泡沫板的情况下，在密封盖上安装用于采集模型箱内部气压的气压表，之后连接饱水装置与模型箱的进水管和连接管进行循环真空饱水处理；当气压表的读数与上一次读数间的差异小于等于设定值时，停止循环真空饱水处理，完成振动台模型的制备；上硬层、下硬层和软弱夹层在浇注时，在三层内部每隔设定厚度均需进行刮毛处理。进一步地，模型箱的连接管和进水管上均安装有第一阀门；饱水装置包括储水箱和真空泵，储水箱上端开设有与真空泵连接的抽真空管，储水箱底端侧壁上安装有出水管，抽真空管、出水管和储水箱上的进水口上均安装有第二阀门；连接饱水装置与模型箱的进水管和连接管进行循环真空饱水处理进一步包括：S1将储水箱与模型箱的底面放置在同一平面上，之后连接真空泵与连接管及进水管与出水管，关闭出水管上的第二阀门；S2向储水箱内注水，直至储水箱内的水位高度高于模型箱中的试验模型至少5cm，关闭进水口上的第二阀门；S3开启连接管上的第一阀门和抽真空管上的第二阀门及真空泵，对模型箱持续抽真空4-5h，关闭连接管上的第一阀门和抽真空管上的第二阀门及真空泵，并开启进水口的第二阀门；S4开启出水管上的第二阀门及进水管上的第一阀门，待模型箱内的水没过试验模型2cm时，关闭出水管上的第二阀门及进水管上的第一阀门；S5开启真空泵及连接管上的第一阀门，抽真空0.5h，静止饱水1h，读取气压表的读数；S6当气压表的读数与上一次的读数间的差异大于设定值时，返回步骤S4；当气压表的读数与上一次的读数间的差异小于等于设定值，停止循环真空饱水处理。进一步地，所述上硬层和下硬层的质量配比如下：重晶石粉：40目石英砂：纳米水泥：铁粉：水：甘油＝37.5：37.5：7：18：11.48：2.3；所述软弱夹层质量配比如下：按重量份计，骨料80份和胶结剂20份；骨料包括：60目石英砂：100目石英砂：200目石英砂：膨润土＝40：44：13：3；胶结剂为0.8-1.5wt％的高分子聚合物溶液，高分子聚合物溶液包括浓度为3～7wt％羟乙基纤维素的水溶液、1～3wt％聚丙烯酸钠的水溶液、1～3wt％聚乙二醇水溶液。进一步地，饱水装置还包括流量计，流量计安装在进水管或储水罐上。进一步地，所述螺纹钢的直径为2cm，相邻两根螺纹钢间的间距为10cm，防水聚苯乙烯泡沫板的厚度为5cm；所述模型箱的长宽高为84×64.5×60cm，下硬层的厚度为10.5cm，软弱层的厚度为6cm，上硬层的厚度为43.5cm。本专利技术的有益效果为：采用本方案提供的方法制备震动台模型，通过对岩层进行饱水处理后施加地震波进行试验，可以模拟地震过程斜坡软弱夹层中孔隙压力响应特征及对岩层破坏的影响；通过与上下硬层孔隙水压力对比，可以进一步分析软弱夹层超孔隙水压力形成机制及有效应力降低过程最终达到对导水软弱夹层控滑型地震滑坡启动临界超孔隙水压力的预测。设计的振动台模型箱在不加密封盖时可堆置模型，加密封盖后后可作为饱水箱，饱和后去掉密封盖、固定于振动台仪器台面可进行振动台模型试验，这样在震动台模型制备过程中，可以将试验模型的浇注、饱水及地震模拟同时容纳在同一个模型箱中实现，既保证了模型的饱水，又可以避免来回搬动体积较大的试验模型，缩短了震动台试验模型的制备周期，同时还可以避免试验模型被损坏。采用本方法中提到的饱水装置进行饱水操作时，可以保证模型箱在真空下进行常压注水饱和试验，在缩短饱水时间情况下保证试验模型达到高饱和度，同时还可以避免由于长时间的浸泡饱和造成模型被浸泡软化和破坏。本方案采用可封闭饱水的振动台模型箱，解决了大型模型的饱水问题；采用该实验制备方法制备的模型，可以模拟地震过程由导水软弱层带控滑型滑坡的超孔隙水压力形成过程，分析触发机制，为滑坡研究提供了新的手段和视野。附图说明图1为试验模型放置在模型箱内的结构示意图，模型箱未示出螺纹钢。图2为饱水装置与模型箱连接进行饱水处理的示意图。图3为模型箱底板的结构示意图。图4为本方案中制备得到的软弱夹层及硬层(上硬层和下硬层)的动变形、动弹模和阻尼比特性；其中，4a为软弱夹层、硬层动应变-动弹模关系曲线，3b为软弱夹层、硬层动应变-阻尼比关系曲线。其中，1、模型箱；11、密封盖；12、连接管；13、进水管；131、第一阀门；2、上硬层；3、软弱夹层；4、下硬层；5、孔隙水压传感器；6、储水箱；61、抽真空管；62、出水管；63、进水口；64、第二阀门；7、真空泵。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1所示，本方案制备的震动台试验模型包括模型箱1和放置在模型箱1内的试验模型，其中试验模型又包括上硬层2、下硬层4和软弱夹层3，软弱夹层3内设置有若干孔隙水压传感器5，孔隙水压传感器5在布线时，线穿出模型箱1内时需要做好密封处理，以保证后续真空饱水操作时，模型箱1的密封性。用于饱水软弱夹层带动孔压响应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于饱水软弱夹层带动孔压响应的振动台模型制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用钢板焊接长方形的不渗水模型箱及用于密封模型箱的密封盖并在模型箱高于试验模型至少5cm的侧壁安装上用于抽真空的连接管及在模型箱底端侧壁安装上进水管；模型箱的底板内表面焊接多根并排的螺纹钢，并在模型箱内放置上与模型箱四周内侧壁接触的防水聚苯乙烯泡沫板；根据试验模型的结构与物理力学性质配置上硬层、下硬层及软弱夹层的材料，首先在模型箱内浇注下硬层；下硬层浇注完成后，在其进行刮毛处理后浇注软弱夹层，软弱夹层浇注完成后，在其进行刮毛处理后浇注上硬层，完成试验模型的浇注；上中下三层浇注过程中，在设定高度埋设若干孔隙水压传感器；对浇注好的试验模型养护设定时长，之后在保留或取出模型箱中两个侧面的防水聚苯乙烯泡沫板的情况下，在密封盖上安装用于采集模型箱内部气压的气压表，之后连接饱水装置与模型箱的进水管和连接管进行循环真空饱水处理；当气压表的读数与上一次读数间的差异小于等于设定值时，停止循环真空饱水处理，完成振动台模型的制备。

【技术特征摘要】
1.用于饱水软弱夹层带动孔压响应的振动台模型制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用钢板焊接长方形的不渗水模型箱及用于密封模型箱的密封盖并在模型箱高于试验模型至少5cm的侧壁安装上用于抽真空的连接管及在模型箱底端侧壁安装上进水管；模型箱的底板内表面焊接多根并排的螺纹钢，并在模型箱内放置上与模型箱四周内侧壁接触的防水聚苯乙烯泡沫板；根据试验模型的结构与物理力学性质配置上硬层、下硬层及软弱夹层的材料，首先在模型箱内浇注下硬层；下硬层浇注完成后，在其进行刮毛处理后浇注软弱夹层，软弱夹层浇注完成后，在其进行刮毛处理后浇注上硬层，完成试验模型的浇注；上中下三层浇注过程中，在设定高度埋设若干孔隙水压传感器；对浇注好的试验模型养护设定时长，之后在保留或取出模型箱中两个侧面的防水聚苯乙烯泡沫板的情况下，在密封盖上安装用于采集模型箱内部气压的气压表，之后连接饱水装置与模型箱的进水管和连接管进行循环真空饱水处理；当气压表的读数与上一次读数间的差异小于等于设定值时，停止循环真空饱水处理，完成振动台模型的制备。2.根据权利要求1所述的用于饱水软弱夹层带动孔压响应的振动台模型制备方法，其特征在于，所述模型箱的连接管和进水管上均安装有第一阀门；所述饱水装置包括储水箱和真空泵，所述储水箱上端开设有与真空泵连接的抽真空管，所述储水箱底端侧壁上安装有出水管，所述抽真空管、出水管和储水箱上的进水口上均安装有第二阀门；连接饱水装置与模型箱的进水管和连接管进行循环真空饱水处理进一步包括：S1将储水箱与模型箱的底面放置在同一平面上，之后连接真空泵与连接管及进水管与出水管，关闭出水管上的第二阀门；S2向储水箱内注水，直至储水箱内的水位高度高于模型箱中的试验模型至少5cm，关闭进水口上的第二阀门；S3开启连接管上的第一阀门和抽真...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔圣华，裴向军，杨晴雯，吴昊宇，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51