【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋工程地质，具体为一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置与试验方法。
技术介绍
1、渐进式海底滑坡是指滑坡坡脚处长期受到波浪力、高孔隙水压力、静水压力及潮汐作用力等因素作用下，海底土质边坡由前至后逐步发生局部滑移破坏乃至发展整个滑坡发生贯通破坏的现象。在整个渐进演化过程中，波浪荷载是重要的破坏因素之一，海底土质边坡前缘的坡脚受波浪荷载侵蚀，土体结构遭受破坏，不断发生小区域的失稳滑动破坏，使得边坡前缘因缺少土层支撑变得更加不稳定，随着破坏区域不断扩大，边坡缺少土层支撑的区域不断扩大，发生整体滑动破坏的可能性也越来越大。
2、渐进式海底滑坡前期破坏幅度小且不易监测，随着破坏面积的增大，稳定性不断下降，破坏发展的速度越来越快且破坏性会越来越强，因其早期破坏不明显当出现整体破坏时往往来不及规避风险，存在一定的监测和防治难度，目前也缺少对其相关破坏过程和机理的研究。因此，有必要对海底滑坡在波浪荷载作用下的渐进破坏过程与机理开展研究。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置与试验方法，以解决上述提到的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置，包括模型箱、滑坡模型系统、波浪产生系统及数据采集系统，所述模型箱包括箱体，所述箱体顶部安装有进水口，所述箱体靠近进水口的底部设置有出水口，用于箱体的加水和排水，所述箱体顶部吊装有支架，所述箱体侧壁还连接有机玻璃门；
3、所述滑坡
4、所述波浪产生系统包括固定装置、驱动装置和造浪板，所述固定装置连接在箱体内壁，所述驱动装置安装在固定装置上，所述驱动装置的还设置有造浪板，所述造浪板与驱动装置之间为传动连接；
5、所述数据采集系统包括波高仪、高速摄像机、应力应变传感器、孔压传感器、主控电脑、数据连接线和piv分析仪，所述波高仪设置在箱体内壁，所述高速摄像机通过支架布置于箱体内顶部，所述应力应变传感器沿模拟滑坡体表面轮廓方向均匀布置在箱体内部，所述孔压传感器沿模拟滑坡体长度方向均匀布置在箱体内部，所述主控电脑通过数据连接线与数据采集系统的设备相连接，所述piv分析仪布置于箱体两侧。
6、优选的，上述一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置中，所述模型箱底板、转轴、模型堆积板、限位卡扣、齿轮支撑板及角度调节板均为不锈钢材料，所述模型堆积板用于承接试验搭建的模拟滑坡体，所述模型箱底板与模型堆积板通过转轴连接，用以承接模拟滑坡体破坏后的滑坡块体。
7、优选的，上述一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置中，所述齿轮支撑板前端通过固定槽连接模型堆积板，末端通过轴承连接有圆柱齿轮，可在有对应凹槽的角度调节板上滑动，调整至所需角度后通过限位卡扣锁定防止滑动，调整模型堆积板角度来模拟不同的岩层倾角，所述角度调节板可拆卸，可根据模型试验需要选择不同精度的角度调节板。
8、优选的，上述一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置中，所述波浪产生系统可通过更换不同尺寸的造浪板以及使用主控电脑控制驱动装置工作的频率与幅度来控制波浪的波长、波高及周期等参数，来模拟实际波浪对海底滑坡的作用。
9、优选的，上述一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置中，所述波浪产生系统的驱动装置通过固定装置固定在模型箱侧壁上，所述驱动装置可通过主控电脑调节工作的频率及幅度，所述造浪板与驱动装置通过螺丝连接，可通过更换不同尺寸的造浪板及调整驱动装置频率与幅度来调节波浪强度，更好模拟波浪实际作用的效果。
10、优选的，上述一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置中，所述数据采集系统包括4台波高仪、6台孔压传感器、4台应力应变传感器、2台piv分析仪及1台高速摄像机，以上装置均通过数据连接线与主控电脑连接实现实时监测与记录。
11、优选的，上述一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置中，4台所述波高仪安装在箱体的内壁四周，用于监测波高及周期等数据用以计算波浪强度，所述孔压传感器每台为一组沿模拟滑坡体长度方向均匀布置在箱体的内部，用于监测模拟滑坡体内部的孔压变化，4台所述应力应变传感器沿模拟滑坡体表面轮廓方向均匀布置在箱体的内部，用于监测模拟滑坡体产生破坏时的应力应变变化，2台所述piv分析仪布置于箱体的内壁两侧，用于监测模拟滑坡体变形破坏过程中的位移情况，所述高速摄像机通过支架安装在箱体的内腔顶部，用于记录模拟滑坡体的破坏形态。
12、本专利技术提出的另一种技术方案：利用上述模拟渐进式海底滑坡的试验装置进行的试验方法，包括以下步骤：
13、s101：制备海洋结构性黏土：根据实际的海底滑坡土体参数确定好重塑土参数，先对采集的海底黏土进行重塑，再向重塑后的海底黏土中掺入硅酸盐525水泥并加水至土体的1.5倍液限，硅酸盐525水泥的加入量为海底黏土颗粒质量的2％，将海底黏土搅拌均匀，放置于真空条件下饱和处理；
14、s102：制作滑坡模型：将制备好的海洋结构性黏土根据实际形状填充进模型箱内的模型堆积板上，填充时采用每隔一定高度填充压实后再继续填充的方法，填充完成后通过注水口向模型箱内注水直至淹没填充完成的模拟滑坡体，使其在水下养护1天；
15、s103：安装并连接测量仪器：将波高仪设置在模型箱侧壁上，孔压传感器布置于滑坡内部，按每2个一组沿滑坡长度方向均匀布置，piv分析仪布置于模型箱两侧，高速摄像机布置在模型箱顶面的支架上，上述所有设备以及波浪产生系统的加载装置均与外部的主控电脑相连；
16、s104：制造波浪：安装好角度适宜的造浪板后，通过主控电脑控制加载装置工作的频率与幅度，产生符合设计参数的波浪持续作用在滑坡模型上，诱发滑坡的坡脚出现破坏，进一步产生渐进式破坏，同时开始实时收集各测量仪器监测到的数据，直至滑坡模型整体发生破坏后停止试验；
17、s105：进行不同工况下的模型试验：根据试验方案要求，设置不同海底滑坡重塑土配比、土体重度、土体粘聚力与摩擦角、滑坡坡角、滑坡表面形态、岩层倾角、波浪参数条件和参数来模拟实际工况条件下受波浪荷载作用的海底滑坡发生渐进式破坏过程，获取滑坡变形破坏中实时的孔压、应力、应变及位移参数，探究渐进式滑坡变形破坏规律和发生机理。
18、本专利技术的有益效果是：本专利技术设计的一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置与试验方法，通过预先制备结构性海底土作为原料，制作具有结构性符合实际工况的海底滑坡模型，使用波浪产生系统作用于滑坡模型上，诱发坡脚破坏进而导致滑坡产生渐进性破坏，该技术方案可控制海底滑坡重塑土配比、土体重度、土体黏聚力与摩擦角、滑坡坡角、滑坡表面形态、岩层倾角、波浪参数等条件和参数，来模拟实际工况条件下受波浪荷载作用的海底滑坡发生渐进式破坏过程，获取滑坡变形破坏中实时的孔压、应力应变及位移等参数，探究渐进式滑坡本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置，包括模型箱、滑坡模型系统、波浪产生系统及数据采集系统，其特征在于：所述模型箱包括箱体，所述箱体顶部安装有进水口(1)，所述箱体靠近进水口(1)设置有出水口(6)，用于箱体的加水和排水，所述箱体内顶部吊装有支架(9)，所述箱体侧壁还连接有机玻璃门(17)；
2.根据权利要求1所述的一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置，其特征在于：所述模型箱底板(7)、转轴(11)、模型堆积板(13)、限位卡扣(14)、齿轮支撑板(15)及角度调节板(16)均为不锈钢材料，所述模型堆积板(13)用于承接试验搭建的模拟滑坡体(12)，所述模型箱底板(7)与模型堆积板(13)通过转轴(11)连接，用以承接模拟滑坡体(12)破坏后的滑坡块体。
3.根据权利要求2所述的一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置，其特征在于：所述齿轮支撑板(15)前端通过固定槽(24)连接模型堆积板(13)，末端通过轴承连接有圆柱齿轮(25)，可在有对应凹槽的角度调节板(16)上滑动，调整至所需角度后通过限位卡扣(14)锁定防止滑动，调整模型堆积板角度(13)来模拟不同的岩层倾
4.根据权利要求1所述的一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置，其特征在于：所述波浪产生系统的驱动装置(3)通过固定装置(2)固定在模型箱侧壁上，所述驱动装置(3)可通过主控电脑(20)调节工作的频率及幅度，所述造浪板(5)与驱动装置(3)通过螺丝连接。
5.根据权利要求1所述的一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置，其特征在于：所述数据采集系统包括4台波高仪(8)、6台孔压传感器(19)、4台应力应变传感器(18)、2台PIV分析仪(22)及1台高速摄像机(10)，以上装置均通过数据连接线(21)与主控电脑(20)连接实现实时监测与记录。
6.根据权利要求1所述的一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置，其特征在于：4台所述波高仪(8)安装在箱体的内壁四周，用于监测波高及周期数据用以计算波浪强度，所述孔压传感器(19)每2台为一组沿模拟滑坡体(12)长度方向均匀布置在箱体的内部，用于监测模拟滑坡体(12)内部的孔压变化，4台所述应力应变传感器(18)沿模拟滑坡体(12)表面轮廓方向均匀布置在箱体的内部，用于监测模拟滑坡体(12)产生破坏时的应力应变变化，2台所述PIV分析仪(22)布置于箱体的内壁两侧，用于监测模拟滑坡体(12)变形破坏过程中的位移情况，所述高速摄像机(10)通过支架(9)安装在箱体的内腔顶部，用于记录模拟滑坡体(12)的破坏形态。
7.根据权利要求1-6任意一项所述试验装置进行的试验方法，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置，包括模型箱、滑坡模型系统、波浪产生系统及数据采集系统，其特征在于：所述模型箱包括箱体，所述箱体顶部安装有进水口(1)，所述箱体靠近进水口(1)设置有出水口(6)，用于箱体的加水和排水，所述箱体内顶部吊装有支架(9)，所述箱体侧壁还连接有机玻璃门(17)；
2.根据权利要求1所述的一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置，其特征在于：所述模型箱底板(7)、转轴(11)、模型堆积板(13)、限位卡扣(14)、齿轮支撑板(15)及角度调节板(16)均为不锈钢材料，所述模型堆积板(13)用于承接试验搭建的模拟滑坡体(12)，所述模型箱底板(7)与模型堆积板(13)通过转轴(11)连接，用以承接模拟滑坡体(12)破坏后的滑坡块体。
3.根据权利要求2所述的一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置，其特征在于：所述齿轮支撑板(15)前端通过固定槽(24)连接模型堆积板(13)，末端通过轴承连接有圆柱齿轮(25)，可在有对应凹槽的角度调节板(16)上滑动，调整至所需角度后通过限位卡扣(14)锁定防止滑动，调整模型堆积板角度(13)来模拟不同的岩层倾角，所述角度调节板(16)可拆卸。
4.根据权利要求1所述的一种模拟渐进式海底滑坡的试验装置，其特征在于：所述波浪产生系统的驱动装置(3)通过固...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙淼军，单治钢，董友扣，李长冬，刘清秉，黄德崴，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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