模拟地震扰动下高位滑坡三维动态可视化系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种模拟地震扰动下高位滑坡三维动态可视化系统及方法，所述系统包括：扫描重建系统，振动测试系统，图像采集系统，模拟实验系统，油压传动系统以及智能数控系统，同时公开了试验操作步骤。本发明专利技术可以模拟地震荷载或不同波形动态扰动下高位滑坡变形及运动全过程，通过振动测试系统和油压传动系统，实现对模拟实验系统的振动应力扰动。通过图像采集系统获得高位滑坡失稳启滑

【技术实现步骤摘要】
模拟地震扰动下高位滑坡三维动态可视化系统及方法


[0001]本专利技术属于地质灾害研究领域，具体涉及一种模拟地震扰动下高位滑坡三维动态可视化系统及方法。

技术介绍

[0002]地震是人类面临的主要自然灾害之一，其突发性强、影响面广、危害性大。地震不仅本身危害巨大，其引发的一系列次生灾害同样对工程建设及人类活动造成严重影响。地震滑坡就是其中一种次生地质灾害，它是地震动条件下山坡突然崩塌和滑动的结果。在高原及周边，由地震触发的滑坡灾害与中低海拔地区明显不同，具有“高位远程”等特点，表现出超常规的动力学特性，严重威胁人类生命财产安全。
[0003]高位远程滑坡动力学理论及机理一直是国际灾害领域研究的难点及热点。目前许多学者通过沉积学、地貌学、流体力学、颗粒流力学等多学科融合，运用现场考察、物理实验、理论分析、数值模拟等多手段协同，提出了空气润滑、剪切液化、摩擦生热、侵蚀裹挟、颗粒流、振动悬浮等理论假说，但均没有一种理论或假说得到广泛推广，数值模拟也不能完全反应真实情况。
[0004]地震诱发的高位滑坡危害巨大，目前开展的研究多局限于观察地质体的表观破坏形态。其中，关于高位崩滑体在地震扰动作用下冰岩土体的互馈致灾规律、冰岩土体颗粒结构形态变化、颗粒运动过程中边界层铲刮机理研究非常薄弱。因此，针对此类灾害亟需进一步深入探讨研究。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种模拟地震扰动下高位滑坡三维动态可视化方法及系统，以解决现有技术提出的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术实施例采用如下技术方案:本专利技术实施例提供一种模拟地震扰动下高位滑坡三维动态可视化系统，包括：扫描重建系统，振动测试系统，图像采集系统，模拟实验系统，油压传动系统以及智能数控系统，其中所述模拟实验系统，用于模拟高位崩滑体启动、滑移、抛射、碰撞、停积运动及动力学过程；所述扫描重建系统，用于对所述模拟试验系统进行实时CT扫描重建，通过对高位滑坡失稳启滑
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运动
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停积全过程崩滑体中冰岩土体及滑槽下伏边界层进行实时CT扫描成像，得到地震扰动下高位滑坡崩滑体中冰岩土体内部结构变化数据及冰岩土体与边界层相互作用过程参数；所述振动测试系统，用于测试和记录高频振动数据的设备组合，通过调节振动参数，进行模拟地震动触发高位滑坡工况；所述图像采集系统，用于采集试验过程中模拟实验系统的动态变化图像；
所述油压传动系统，用于为振动测试系统和扫描重建系统提供动力来源；所述智能数控系统，用于发送指令，控制协调各系统工作，以及三维重建高位滑坡失稳启滑
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运动
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停积全过程。
[0007]其中，所述扫描重建系统包括：X射线源、平板探测器、驱动电机、限位传感器、传动杆、环形导轨、旋转圆台及垂直立架，其中，所述旋转圆台安装于环形导轨上部，垂直立架装配于旋转圆台两侧，X射线源与平板探测器分别位于两侧传动杆上且工作状态下处于同一水平位置，两侧传动杆安装在两侧垂直立架中央，传动杆上方连接驱动电机，下方连接限位传感器。
[0008]其中，所述图像采集系统固定在所述扫描重建系统的垂直立架上，包括：移动机架、滑轨、高速摄像机及伺服电机，其中，所述高速摄像机安装于移动立架上，通过伺服电机驱动进而实现在滑轨上移动。
[0009]其中，所述振动测试系统包括：振动载台、振动台基座、激振弹簧及振动垫，其中，所述激振弹簧下方与振动台基座直接相连，激振弹簧上方通过振动垫与振动载台连接。
[0010]其中，所述模拟实验系统位于振动载台上方，包括：滑槽、支撑柱、试验平台及停积平台，其中，所述试验平台固定在振动载台上方，停积平台固定于试验平台上方，滑槽下端与停积平台连接，支撑柱两端分别连接滑槽与试验平台，用于支撑滑槽。
[0011]其中，所述模拟实验系统还包括：微震传感器、位移传感器和孔隙水压力传感器，所述位移传感器和孔隙水压力传感器安装于滑槽两侧，微震传感器安装于停积平台上。
[0012]其中，所述油压传动系统包括：油源、动力控制器、升降台顶板、升降台底板、固定铰座、液压缸、液压缸盖、液压缸活塞、剪叉臂，其中，所述升降台顶板、升降台底板、固定铰座、液压缸、液压缸盖、液压缸活塞、剪叉臂组成升降台，升降台顶板位于振动台基座下方，剪叉臂上方通过固定铰座与升降台顶板连接，下方与升降台底板连接，动力控制器安装于油源上，油源通过管线与升降台、旋转圆台、振动台连接，液压缸盖位于振动缸端部，液压缸、液压缸活塞、液压缸盖相互连接形成一个整体。
[0013]其中，所述环形导轨、旋转圆台、升降台顶板、升降台底板、振动载台、振动台基座及试验平台各中心在同一铅垂线上。
[0014]本专利技术另一实施例还提供一种应用上述任一系统进行模拟地震扰动下高位滑坡三维动态可视化的方法，包括如下步骤：S1：确定试验参数，所述试验参数包括：试验所需滑源区高位崩滑体物源颗粒粒径、滑动距离、试验模型与原型的几何相似比以及力学参数；S2：依据相似理论对试验参数进行量纲分析，选择崩滑体材料和滑槽基底材料，按材料相似比制备高位崩滑体模型，其中崩滑体材料主要由冰岩土体组成；S3：在各系统部件上电并调整到预设位置后，启动X射线源，X射线源出束，平板探测器接收，旋转圆台在环形导轨上转动，实现对初始崩滑体内部结构的扫描重建，同时高速摄像机进行工作，捕捉记录高位滑坡前冰岩土体宏观形态特征；S4：根据输入的振动波形参数，开启激振弹簧推动振动载台做增幅、减幅振动；S5：旋转圆台持续在环形导轨上转动扫描，扫描重建系统将收集反射回来的X射线转换为电子信号，发送到计算机，实时获取地震扰动下崩滑体中冰岩土体结构变化数据及冰岩土体与边界层相互作用过程参数；
S6：记录试验数据；调整试验参数，重复上述步骤S1
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S6，开展多组试验；S7：对扫描重建系统的扫描数据进行处理，获取三维体数据；S8：对获取的三维体数据进行处理分析，获得不同试验参数下崩滑体失稳启滑
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运动
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停积全演化过程，实现透明化精细展示。
[0015]其中，所述调整试验参数包括：改变地震波形、颗粒级配、粒径结构、含冰量、滑槽高度和/或滑槽坡度。
[0016]本专利技术实施例具有如下有益效果：本专利技术实施例提供的模拟地震扰动下高位滑坡三维动态可视化系统及方法可以模拟地震荷载或不同波形动态扰动下滑坡变形及运动全过程，结合CT扫描技术和图像采集技术，观察冰体
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岩体
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土体内部及与边界层相互作用情况，实现动力扰动下滑坡失稳运动全过程实时数字化和可视化表征。
[0017]当然，实施本专利技术的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟地震扰动下高位滑坡三维动态可视化系统，其特征在于，包括：扫描重建系统，振动测试系统，图像采集系统，模拟实验系统，油压传动系统以及智能数控系统，其中所述模拟实验系统，用于模拟高位崩滑体启动、滑移、抛射、碰撞、停积运动及动力学过程；所述扫描重建系统，用于对所述模拟试验系统进行实时CT扫描重建，通过对高位滑坡失稳启滑
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运动
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停积全过程崩滑体中冰岩土体及滑槽下伏边界层进行实时CT扫描成像，得到地震扰动下高位滑坡崩滑体中冰岩土体内部结构变化数据及冰岩土体与边界层相互作用过程参数；所述振动测试系统，用于测试和记录高频振动数据的设备组合，通过调节振动参数，进行模拟地震动触发高位滑坡工况；所述图像采集系统，用于采集试验过程中模拟实验系统的动态变化图像；所述油压传动系统，用于为振动测试系统和扫描重建系统提供动力来源；所述智能数控系统，用于发送指令，控制协调各系统工作，以及三维重建高位滑坡失稳启滑
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运动
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停积全过程。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扫描重建系统包括：X射线源、平板探测器、驱动电机、限位传感器、传动杆、环形导轨、旋转圆台及垂直立架，其中，所述旋转圆台安装于环形导轨上部，垂直立架装配于旋转圆台两侧，X射线源与平板探测器分别位于两侧传动杆上且工作状态下处于同一水平位置，两侧传动杆安装在两侧垂直立架中央，传动杆上方连接驱动电机，下方连接限位传感器。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述图像采集系统固定在所述扫描重建系统的垂直立架上，包括：移动机架、滑轨、高速摄像机及伺服电机，其中，所述高速摄像机安装于移动立架上，通过伺服电机驱动进而实现在滑轨上移动。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述振动测试系统包括：振动载台、振动台基座、激振弹簧及振动垫，其中，所述激振弹簧下方与振动台基座直接相连，激振弹簧上方通过振动垫与振动载台连接。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述模拟实验系统位于振动载台上方，包括：滑槽、支撑柱、试验平台及停积平台，其中，所述试验平台固定在振动载台上方，停积平台固定于试验平台上方，滑槽下端与停积平台连接，支撑柱两端分别连接滑槽与试验平台，用于支撑滑槽。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述模拟实验系统还包括：微震传感器、位移传感器和孔隙水压力传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：高少华，李滨，高杨，万佳威，李军，张田田，高浩源，李浩文，
申请(专利权)人：中国地质科学院地质力学研究所，
类型：发明
国别省市：