一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置，包括模型箱、应力加载系统及监控系统；模型箱内部设有滑动设置的应力加载板，应力加载板与模型箱的一侧面之间形成容置空间；应力加载系统包括至少三个液压伸缩臂及控制器，每一液压伸缩臂的输出端连接应力加载板，控制器分别连接各液压伸缩臂，控制伸缩速率使应力加载板倾斜对反倾岩质边坡模型施加倾斜作用力；监控系统包括高速摄像机、红外摄像仪和普通摄像机。本发明专利技术的有益效果：可以通过调节各液压伸缩臂位移及伸缩速率推动应力加载板给反倾岩质边坡模型后部施加围压模拟反倾岩质边坡真实状态下的地应力，同时可以通过调整不同高度的液压伸缩臂位移大小来模拟线性分布的地应力。

【技术实现步骤摘要】
一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置及方法
本专利技术涉及室内边坡物理模型试验
，尤其涉及一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置及方法。
技术介绍
随着我国经济快速发展，土木工程活动范围的不断扩大，已经在我国青藏高原区域规划建设了大量水电工程项目，并且暴露出大量反倾岩质边坡。这些边坡形成机理复杂，影响因素众多，往往会演化成大规模滑坡，严重威胁了水电、交通及其他项目的建设及运营。因此，反倾岩质边坡变形演化过程及稳定性分析已经成为了国内外学者主要研究内容。数值模拟、物理模型试验及力学分析方法已经成为反倾岩质边坡稳定性分析的主要手段。由于物理模型试验不仅可以控制边坡的影响因素，还能从全局和局部角度观察边坡变形演化过程，已经成为了反倾岩质边坡变形演化过程及稳定性分析的常规手段。目前，常规模拟反倾岩质边坡的物理模型试验主要包括倾斜台试验、离心机试验、底摩擦试验及固定框架物理模型试验。由于固定框架物理模型试验简单易行、造价低廉，能够模拟反倾岩质边坡假三维变形特征，使得该种方法已经成为了分析反倾岩质边坡及其他地质灾害最常用的物理模型试验方法。尤其近几年，随着工程建设的不断发展及滑坡边坡地质灾害频发，使得固定框架物理模型试验已经在高校科研及工程单位广泛使用。采用固定框架物理模型试验往往模拟反倾岩质边坡在自重作用或开挖状态下变形演化机理及稳定性分析。然而现有方式存在以下不足：青藏地区反倾岩质边坡往往受构造运动影响处于高地应力区，常规固定框架物理模型试验无法模拟反倾岩质边坡地应力，也就是说常规固定框架物理模型试验仪器无法反应反倾岩质边坡真实破坏过程；其次，传统固定框架物理模型试验系统在模拟边坡自重作用或开挖状态下变形演化过程中，耗时较长往往无法加速边坡变形演化过程。由于传统固定框架物理模型试验系统仍然存在上述不足，因此急需开发一种较能反应真实应力状态的新型的固定框架物理模型试验系统。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决常规模拟反倾岩质边坡的物理模型试验采用固定框架物理模型的不足之处，本专利技术的实施例提供了一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置及方法。本专利技术的实施例提供一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置，包括模型箱、应力加载系统及监控系统；所述模型箱内部设有滑动设置的应力加载板，所述应力加载板与所述模型箱的一侧面之间形成反倾岩质边坡模型的容置空间，且所述模型箱该侧面上部设有缺口；所述应力加载系统包括沿着竖直方向间隔设置的至少三个液压伸缩臂及控制器，其中所有液压伸缩臂均设置于所述应力加载板背离所述容置空间的一侧，且每一所述液压伸缩臂的输出端连接所述应力加载板，所述控制器分别连接各所述液压伸缩臂，用以控制各所述液压伸缩臂的伸缩速率使所述应力加载板倾斜对反倾岩质边坡模型施加倾斜作用力；所述监控系统设置于所述模型箱的外部，包括用于监测反倾岩质边坡模型破坏瞬时边坡速度场的高速摄像机、用于监测边坡温度场确定滑坡破坏面位置的红外摄像仪、以及用于监测反倾岩质边坡模型整个变形演化过程的普通摄像机。进一步地，所述应力加载板靠近所述容置空间一侧的侧面设有沿着竖直方向间隔设置的多个土压力传感器。进一步地，所述模型箱包括长方体模型框架，所述模型框架的前后侧面均设有透明板，所述应力加载板垂直设置于两所述透明板之间，且所述模型框架上与所述应力加载板相对的一侧面设有后缘挡板，所述后缘挡板高度低于所述模型框架高度，所述后缘挡板上方形成所述缺口。进一步地，所述应力加载板的底部设有多个主动滑轮，所述主动滑轮支撑于所述模型箱的底面，所述应力加载板的上部为“凸”字形，所述应力加载板上部卡入所述模型框架前后侧之间且可滑动。进一步地，所述应力加载板的背部设有多个十字交叉架，每一所述液压伸缩臂的输出端连接均力垫板并通过所述均力垫板连接一所述十字交叉架。进一步地，所述控制器上设有多个伸缩力臂速率调节按钮，每一所述伸缩力臂速率调节按钮用于控制一所述液压伸缩臂的伸缩速率。进一步地，所述应力加载系统还包括闭式油箱以及与所述闭式油箱连接的高压油泵，所述高压油泵还分别连接各所述液压伸缩臂，所述控制器连接所述高压油泵，通过控制所述高压油泵的泵油量来调节各所述液压伸缩臂的伸缩速率。进一步地，所述控制器还设有显示屏，用以显示各所述液压伸缩臂的伸缩速率及伸缩位移。进一步地，所述监控系统还包括计算机，所述计算机分别连接所述高速摄像机、所述红外摄像仪及所述普通摄像机。本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：1、本专利技术的一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置，可以通过调节各液压伸缩臂位移及伸缩速率推动应力加载板给反倾岩质边坡模型后部施加围压模拟反倾岩质边坡真实状态下的高地应力，同时可以通过调整不同高度的液压伸缩臂位移大小获得线性分布的高地应力；2、本专利技术一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置与传统固定框架物理模型试验仪器相比，可以通过控制液压伸缩臂位移速率加速反倾岩质边坡变形破坏过程节约时间成本；3、本专利技术一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置与传统固定框架物理模型试验仪器相比，监测系统使用高速摄像机、普通摄像机及红外摄像仪，可监测反倾岩质边坡变形过程速度场、破坏瞬间速度场及变形过程温度场，扩大了反倾岩质边坡变形演化过程思路；同时本专利技术将显示屏监控系统及动力加载系统一体化使得仪器更加整洁系统操作较为加简单。另外，本专利技术的实施例还提供了一种反倾岩质边坡的高地应力试验方法，使用如上述的反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置，且包括以下步骤：S1根据实际工程地质调查获得的反倾岩质边坡地形地貌、地质构造及地应力参数，采用相似材料预制反倾岩质边坡模型；S2将反倾岩质边坡模型装入所述模型箱内的容置空间内；S3启动各所述液压伸缩臂并调节各液压伸缩臂的伸缩速率，使所述应力加载板倾斜对反倾岩质边坡模型施加围压，直至围压达到满足相似准则下地应力的数值时关停各所述液压伸缩臂，反倾岩质边坡模型在自重作用下或开挖情况下的完成边坡变形演化；S4通过所述高速摄像机记录反倾岩质边坡模型破坏瞬时的边坡速度场、以及通过所述红外摄像仪记录边坡温度场并据此确定滑坡破坏面位置。所述反倾岩质边坡的高地应力试验方法对于现有技术所具有的有益效果与上述反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置相同，在此不再赘述。附图说明图1是本专利技术一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置的立体示意图；图2是图1中模型框架的俯视图；图3是图1中模型框架的主视图；图4是各液压伸缩臂位移相等时对应力加载板施加的作用力的示意图；图5是各液压伸缩臂位移不等时对应力加载板施加的作用力的示意图。图中：1-模型框架、2-液压伸缩臂、3-应力加载板、4-容置空间、5-后缘挡板、6-缺口、7-控制器、8-主动滑轮、9-底板、10-均力垫板、11-十字交叉架、12-伸缩力臂速率调节按钮、13-显示屏、1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置，其特征在于：包括模型箱、应力加载系统及监控系统；/n所述模型箱内部设有滑动设置的应力加载板，所述应力加载板与所述模型箱的一侧面之间形成反倾岩质边坡模型的容置空间，且所述模型箱该侧面上部设有缺口；/n所述应力加载系统包括沿着竖直方向间隔设置的至少三个液压伸缩臂及控制器，其中所有液压伸缩臂均设置于所述应力加载板背离所述容置空间的一侧，且每一所述液压伸缩臂的输出端连接所述应力加载板，所述控制器分别连接各所述液压伸缩臂，用以控制各所述液压伸缩臂的伸缩速率使所述应力加载板倾斜对反倾岩质边坡模型施加倾斜作用力；/n所述监控系统设置于所述模型箱的外部，包括用于监测反倾岩质边坡模型破坏瞬时边坡速度场的高速摄像机、用于监测边坡温度场确定滑坡破坏面位置的红外摄像仪、以及用于监测反倾岩质边坡模型整个变形演化过程的普通摄像机。/n

【技术特征摘要】
1.一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置，其特征在于：包括模型箱、应力加载系统及监控系统；
所述模型箱内部设有滑动设置的应力加载板，所述应力加载板与所述模型箱的一侧面之间形成反倾岩质边坡模型的容置空间，且所述模型箱该侧面上部设有缺口；
所述应力加载系统包括沿着竖直方向间隔设置的至少三个液压伸缩臂及控制器，其中所有液压伸缩臂均设置于所述应力加载板背离所述容置空间的一侧，且每一所述液压伸缩臂的输出端连接所述应力加载板，所述控制器分别连接各所述液压伸缩臂，用以控制各所述液压伸缩臂的伸缩速率使所述应力加载板倾斜对反倾岩质边坡模型施加倾斜作用力；
所述监控系统设置于所述模型箱的外部，包括用于监测反倾岩质边坡模型破坏瞬时边坡速度场的高速摄像机、用于监测边坡温度场确定滑坡破坏面位置的红外摄像仪、以及用于监测反倾岩质边坡模型整个变形演化过程的普通摄像机。


2.如权利要求1所述的一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置，其特征在于：所述应力加载板靠近所述容置空间一侧的侧面设有沿着竖直方向间隔设置的多个土压力传感器。


3.如权利要求1所述的一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置，其特征在于：所述模型箱包括长方体模型框架，所述模型框架的前后侧面均设有透明板，所述应力加载板垂直设置于两所述透明板之间，且所述模型框架上与所述应力加载板相对的一侧面设有后缘挡板，所述后缘挡板高度低于所述模型框架高度，所述后缘挡板上方形成所述缺口。


4.如权利要求3所述的一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置，其特征在于：所述应力加载板的底部设有多个主动滑轮，所述主动滑轮支撑于所述模型箱的底面，所述应力加载板的上部为“凸”字形，所述应力加载板上部卡入所述模型框架前后侧之间且可滑动。


5.如权利要求1所述的一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置，其特征在于：所述应力加载板的背部设有多个十字交叉架，每一所述液压...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勃成，唐辉明，夏丁，宁奕冰，申培武，孙思璇，苏雪雪，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42