一种粗糙节理可换和节理倾角可变的边坡稳定性试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种粗糙节理可换和节理倾角可变的边坡稳定性试验系统，包含含粗糙节理边坡模型装置、边坡加载装置以及数据自动采集系统。所述含粗糙节理边坡模型装置包含节理上部岩体、粗糙节理试样、节理倾角控制室和节理倾角测量装置。其中，所述节理倾角控制室包含节理上部岩体、水平导轨、水平滑槽、旋转轴、倾角线、伸缩立柱、节理倾角控制室侧立板、半圆量角器和旋转轴。所述边坡加载装置包含测力计固定平台、加载平台、荷载方向控制平台和加载倾角测量装置。采用实际粗糙节理可以不考虑节理相似材料的选取和制备，边坡模型制备更简单和节省材料；可预测边坡滑动时节理的临界滑动角度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种粗糙节理可换和节理倾角可变的边坡稳定性试验系统


[0001]本专利技术属于边坡稳定性分析以及地质灾害防控
，涉及一种含节理岩质边坡稳定性试验装置，具体涉及一种含粗糙节理岩质边坡稳定性试验系统。

技术介绍

[0002]随着我国公路、桥梁和隧道等大量建设，尤其穿越山区时涉及大量工程岩体稳定性评价问题，其中，岩质边坡稳定性问题尤为突出。岩体边坡的失稳通常会造成建设工程损坏和人员伤亡。与土体边坡相比，工程岩体中不可避免存在裂隙和断层等不连续节理面，这些不连续节理面成为工程岩体的潜在滑动面。我国发生的大型岩体滑坡中，沿节理面滑动失稳最为常见。
[0003]在研究边坡滑动失稳问题时，通常采用解析方法、数值仿真模拟方法和物理模型试验方法。物理模型试验方法是科学研究中一种必不可少的方法。正确可靠的物理模型试验不仅可以验证其他方法(数值方法和理论方法)的正确性，更能反映真实物理世界的规律。目前，采用物理模型试验研究节理岩质边坡滑动失稳问题，已存在多种边坡模型试验装置。含节理岩质边坡稳定性的试验装置有专利号201110228856.0《在断层作用下斜坡体稳定性模拟试验装置及其方法》、专利号201711080765.0《一种顺层岩质边坡稳定性的地质力学模型试验装置及方法》、专利号201810100252.X《一种3D打印技术构建非连续体三维边坡室内模型试验的方法》和专利号201910841049.2《一种研究反倾岩质边坡破坏过程的室内模型试验系统》等，这些节理岩质边坡模型的节理倾角和节理力学特性固定，不能实现节理力学特性和节理倾角等参数连续变化以及多因素耦合对节理岩质边坡稳定性的影响试验，势必材料浪费。专利号201810514918.6《一种结构面控制边坡楔形块体失稳滑动物理模型试验平台及其使用方法》设计了一种楔形岩块可在边坡岩体中任意调节其空间位置，自重荷载下预测楔形岩块滑动时临界角度的试验装置。此装置可调节楔形岩块在边坡中位置和角度、预测楔形岩块临界滑动角度以及考虑软弱夹层或节理，但是无法计算边坡安全系数，无法定量评估边坡的稳定性。
[0004]同时，现有边坡稳定性试验模型均忽略了真实节理面的粗糙特性，粗糙节理的平直处理忽略了滑动节理间的剪胀效应，不能真实反映节理岩质边坡滑动机理。由于受到节理位置和取样设备等条件的限制，节理岩质边坡物理模型中实验室直剪试验获取的节理力学参数会受到试验尺寸的影响。另外，边坡物理模型中节理相似材料选取需要大量实验确定，获取困难。边坡安全系数计算复杂，对于安全系数小于1的边坡，无法实现物理模型试验。这些缺点不仅大大限制了边坡模型的应用，更重要的是不能真实揭示岩质边坡滑动失稳机理。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种可考虑节理粗糙特性、可替换粗糙节理、可调节节理倾角和可测试边坡安全系数的岩质边坡稳定性试验系统，能够用
于测试含粗糙节理岩质边坡的安全系数，评价含粗糙节理岩质边坡的稳定性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供技术方案如下：
[0007]本专利技术为含粗糙节理岩质边坡稳定性试验系统，包含含粗糙节理边坡模型装置、边坡加载装置以及数据自动采集系统。所述含粗糙节理边坡模型装置包含节理上部岩体(即上覆岩体)、粗糙节理试样、节理倾角控制室和节理倾角测量装置。其中，所述节理倾角控制室包含节理上部岩体、水平导轨、水平滑槽、旋转轴、倾角线、伸缩立柱、节理倾角控制室侧立板、半圆量角器和旋转轴。所述边坡加载装置包含测力计固定平台、加载平台、荷载方向控制平台和加载倾角测量装置。其中，所述测力计固定平台包含U型卡箍、紧固螺栓、数显推拉力计固定板和承力板；所述加载平台包含水平滑轨、滑块、弹簧、反力板、螺纹旋进杆和摇手；所述荷载方向控制平台包含水平滑槽、水平导轨、伸缩立柱、半圆量角器、旋转轴和加载平台基座。所述数据自动采集系统包括数显推拉力计、数据线和电脑。
[0008]所述节理上部岩体为直角梯形块体，所述直角梯形块体尺寸根据研究对象确定；
[0009]所述粗糙节理试样具有一定基体厚度，所述粗糙节理试样的粗糙节理形貌可根据研究目的设计；
[0010]通过黏性剂等将所述粗糙节理试样固定于所述节理上部岩体和所述节理下部岩体之间，可便捷替换粗糙节理试样，能够实现节理粗糙参数连续变化的目的；
[0011]所述伸缩立柱包含内柱、外柱、竖向滑槽、定位螺栓、定位螺孔；
[0012]沿所述内柱轴线分布有多个定位螺孔，所述外柱一侧面设有竖向滑槽，并且所述外柱底端侧面设有定位螺孔；
[0013]所述内柱和所述外柱相配合，内柱能够沿外柱上竖向滑槽滑动，将内柱用定位螺栓和定位螺孔紧固于竖向滑槽，伸缩立柱能够实现伸缩和稳定长度的目的；
[0014]所述节理下部岩体底面、左端和侧面分布设有水平导轨、套筒和倾角线，所述水平导轨侧面设有水平滑槽，所述倾角线穿过坡面套筒的圆心，倾角线为测量节理倾角提供测量线；
[0015]所述基岩底板顶面设有水平导轨，在所述水平导轨侧面设有水平滑槽，在所述基岩底板顶面四个角部设有固定螺孔，将含粗糙节理边坡模型装置用紧固螺栓紧固于稳定试验台上；
[0016]将伸缩立柱的内柱顶端、外柱底端用定位螺栓分别与节理下部岩体底面和基岩底板顶面设置的水平导轨连接；
[0017]所述基岩立板为一个带边坡坡面的异性厚钢板，边坡坡面设有坡面套筒，基岩立板侧面设有L型钢板，用于加强节理倾角控制室整体刚度；
[0018]所述基岩立板底端侧面设有固定螺孔，将节理倾角控制室左侧立板侧面用紧固螺栓紧固于所述节理倾角控制室底板端面；
[0019]所述节理倾角控制室右侧立板、节理倾角调节室前侧立板、节理倾角调节室后侧立板均为薄钢板；
[0020]所述半圆量角器的0
°
线与倾角线形成不同节理倾角，可实现测量节理倾角的目的；
[0021]将所述旋转轴穿入节理下部岩体左端套筒、坡面套筒和所述半圆量角器的圆点，粗糙节理试样可绕旋转轴旋转；
[0022]通过调整伸缩立柱的长度和调整伸缩立柱在节理下部岩体底面和基岩底板顶面水平导轨上的位置，能够实现粗糙节理倾角连续变化的目的；
[0023]所述节理倾角测量装置与坡面套筒固定，所述半圆量角器不会随节理倾角变化而改变其位置；
[0024]所述数显推拉力计固定板端面与承力板侧面刚性连接，数显推拉力计固定板底部设有滑块，数显推拉力计固定板顶面设有两排螺纹孔；
[0025]将所述数显推拉力计用U型卡箍紧固于数显推拉力计固定板；
[0026]所述加载平台的侧面设有倾角线，倾角线为测量加载倾角的测量线；
[0027]所述加载平台板端面与反力板侧面刚性连接，在加载平台板顶面设有两道水平滑轨，并在加载平台板底部设有两排水平导轨，所述水平导轨左端侧面和右端侧面分别设有一个紧固螺孔和水平滑槽；
[0028]将带有滑块的数显推拉力计固定板套设在带有水平滑轨的加载平台板上，数显推拉力计固定板能够沿水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粗糙节理可换和节理倾角可变的边坡稳定性试验系统，其特征在于：包含含粗糙节理边坡模型装置、边坡加载装置以及数据自动采集系统；所述含粗糙节理边坡模型装置包含节理上部岩体、粗糙节理试样、节理倾角控制室和节理倾角测量装置；所述节理倾角控制室包含节理上部岩体、水平导轨、水平滑槽、旋转轴、倾角线、伸缩立柱、节理倾角控制室侧立板、半圆量角器和旋转轴；所述边坡加载装置包含测力计固定平台、加载平台、荷载方向控制平台和加载倾角测量装置；所述测力计固定平台包含U型卡箍、紧固螺栓、数显推拉力计固定板和承力板；所述加载平台包含水平滑轨、滑块、弹簧、反力板、螺纹旋进杆和摇手；所述荷载方向控制平台包含水平滑槽、水平导轨、伸缩立柱、半圆量角器、旋转轴和加载平台基座；所述数据自动采集系统包括数显推拉力计、数据线和电脑；通过黏性剂将所述粗糙节理试样固定于所述节理上部岩体和所述节理下部岩体之间；所述节理下部岩体底面、左端和侧面分布设有水平导轨、套筒和倾角线，所述水平导轨侧面设有水平滑槽，所述倾角线穿过坡面套筒的圆心，倾角线为测量节理倾角提供测量线；所述基岩底板顶面设有水平导轨，在所述水平导轨侧面设有水平滑槽，在所述基岩底板顶面四个角部设有固定螺孔，将含粗糙节理边坡模型装置用紧固螺栓紧固于稳定试验台上；将伸缩立柱的内柱顶端、外柱底端用定位螺栓分别与节理下部岩体底面和基岩底板顶面设置的水平导轨连接；所述基岩立板为一个带边坡坡面的异性厚钢板，边坡坡面设有坡面套筒，基岩立板侧面设有L型钢板，用于加强节理倾角控制室整体刚度；所述基岩立板底端侧面设有固定螺孔，将节理倾角控制室左侧立板侧面用紧固螺栓紧固于所述节理倾角控制室底板端面；所述节理倾角控制室右侧立板、节理倾角调节室前侧立板、节理倾角调节室后侧立板均为薄钢板；所述半圆量角器的0
°
线与倾角线形成不同节理倾角；将所述旋转轴穿入节理下部岩体左端套筒、坡面套筒和所述半圆量角器的圆点，粗糙节理试样可绕旋转轴旋转；通过调整伸缩立柱的长度和调整伸缩立柱在节理下部岩体底面和基岩底板顶面水平导轨上的位置；所述节理倾角测量装置与坡面套筒固定，所述半圆量角器不会随节理倾角变化而改变其位置；所述数显推拉力计固定板端面与承力板侧面刚性连接，数显推拉力计固定板底部设有滑块，数显推拉力计固定板顶面设有两排螺纹孔；将所述数显推拉力计用U型卡箍紧固于数显推拉力计固定板；所述加载平台的侧面设有倾角线，倾角线为测量加载倾角的测量线；所述加载平台板端面与反力板侧面刚性连接，在加载平台板顶面设有两道水平滑轨，并在加载平台板底部设有两排水平导轨，所述水平导轨左端侧面和右端侧面分别设有一个紧固螺孔和水平滑槽；将带有滑块的数显推拉力计固定板套设在带有水平滑轨的加载平台板上，数显推拉力计固定板能够沿水平滑轨在加载平台上自由滑动；
所述螺纹旋进杆一端与摇手固定连接，另一端为半球形，在旋进加载时，半球顶端能够减小螺纹旋进杆顶端与承力板侧面的摩擦；将所述承力板和反力板通过弹簧和挂钩连接；所述加载平台基座顶面设有两排水平导轨，在所述水平导轨左端和右端侧面设有一个紧固螺孔和水平滑槽；在所述加载平台基座顶面四个角部设有固定螺孔，将边坡加载装置用紧固螺栓紧固于稳定试验台上；将四个伸缩立柱的内柱顶端、外柱底端用定位螺栓分别与加载平台板底面和加载倾角控制平台底板顶面水平导轨连接；将旋转轴穿入半圆量角器的圆心、加载平台的紧固螺孔、内柱顶端定位螺孔，加载平台可绕旋转轴旋转，使倾角线与半圆量角器的0
°
线形成不同倾角；所述数显推拉力计用数据线与电脑连接。2.根据权利要求1所述的一种粗糙节理可换和节理倾角可变的边坡稳定性试验系统，其特征在于：所述伸缩立柱包含内柱、外柱、竖向滑槽、定位螺栓、定位螺孔；沿所述内柱轴线分布有多个定位螺孔，所述外柱一侧面设有竖向滑槽，并且所述外柱底端侧面设有定位螺孔；...

【专利技术属性】
技术研发人员：范立峰，赵璐，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：