[發(fā)明專利]多工況框架式滑坡地質(zhì)力學(xué)模型輕便試驗(yàn)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210180080.4
• 申請日: 2012-06-04
• 公開（公告）號: CN102681028A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐輝明;雍睿;胡新麗;李長冬;王亮清;馬俊偉;程昊;劉慶濤;宋德文;雷國平;夏浩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號: G01V9/00
• 分類號: G01V9/00;G01N33/24
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 周艷紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地質(zhì)災(zāi)害模型試驗(yàn)領(lǐng)域，具體的指一種多工況框架式滑坡地質(zhì)力學(xué)模型輕便試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

滑坡模型試驗(yàn)屬于地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)的范疇，其理論起源于20世紀(jì)初期建立的結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)。20世紀(jì)60年代，E.?Fumagalli開展了以意大利Vajont雙曲拱壩為背景的三維模型破壞試驗(yàn)研究，該研究是地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)技術(shù)產(chǎn)生的標(biāo)志。早在80年代，國內(nèi)的學(xué)者就開始通過該方法，在框架模型槽內(nèi)采用相似材料制作模型，并以滿足邊界條件為基礎(chǔ)，通過應(yīng)力、應(yīng)變、位移、含水率等監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，揭示原型滑坡的形成機(jī)理及破壞模式。21世紀(jì)以來，在模型制作上，研究者們對模型框架設(shè)計取得了卓越的研究成果，其具有代表性的試驗(yàn)平臺及系統(tǒng)簡介如下。

2004年，張均鋒等人以箱體、透水板、擋網(wǎng)、插板為主要構(gòu)件公開了一種水誘發(fā)滑坡模擬試驗(yàn)裝置，用于模擬庫水位漲落、上游供水、地下水位變化對滑坡的影響，并在此基礎(chǔ)上提出了具體的試驗(yàn)方法。

同年，李世海等人發(fā)展了水誘發(fā)滑坡模型試驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)裝置主要包括試驗(yàn)臺、試驗(yàn)箱、供水系統(tǒng)和設(shè)置在試驗(yàn)箱上的滑坡體，可對滑坡失穩(wěn)時的臨界孔隙水壓力、滑坡體失穩(wěn)與承壓水面積之間的關(guān)系開展研究。

2005至2006年，李術(shù)才等人發(fā)明了由盒式試驗(yàn)裝置和液壓加載系統(tǒng)組成的三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)及組合式地質(zhì)模型試驗(yàn)臺架裝置。

2006年，羅先啟等人研發(fā)了一種可考慮降雨作用的大型滑坡物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)集起降系統(tǒng)、降雨系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)于一體，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的集成化、自動化。

2010年，焦玉勇等人提出了一種地震滑坡振動臺試驗(yàn)物理模型的簡便制備方法，可用于制作不同滑面形式的滑坡模型。

同年，劉東燕等人提供了一種由敞口實(shí)驗(yàn)箱、水平支架、實(shí)驗(yàn)箱驅(qū)動裝置和自動測角儀組成的滑坡模擬試驗(yàn)裝置，其主要優(yōu)點(diǎn)在于邊坡寬度和坡腳可調(diào)。

2011年，王世梅等人發(fā)明了一種由前面板、后面板、左面板、右面板組成的滑坡模型試驗(yàn)裝置，其最大優(yōu)點(diǎn)在于便于調(diào)節(jié)、拆卸組裝、方便搬運(yùn)移動及試驗(yàn)后的改裝。

2012年，范永波等人公開了一種多因素作用下的大型滑坡物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)，具有大尺度、高精度、分段式特點(diǎn)，并且考慮了多種水動力耦合作用，利用多場測試手段獲取滑坡各階段的關(guān)鍵參數(shù)。

雖然上述滑坡模型試驗(yàn)裝置的研發(fā)在一定程度上促進(jìn)了地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)研究方法的發(fā)展，但綜合考慮上述多個模型試驗(yàn)裝置或系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)均存在一定程度的局限或缺陷：

（1）傳統(tǒng)模型試驗(yàn)裝置規(guī)模尺寸較大，不利于對滑坡開展形成機(jī)理、破壞模式等精細(xì)化研究。試驗(yàn)框架在外荷載作用下，側(cè)向撓度變形較大，易造成試驗(yàn)邊界條件與實(shí)際情況不符，且結(jié)構(gòu)笨重、復(fù)雜，對場地面積要求大、地基承載力要求高，移動困難。整個滑坡模型試驗(yàn)裝置的制作周期長，消耗人力、物力巨大；

（2）傳統(tǒng)模型試驗(yàn)大都為滑坡全模型概化仿真模型，所采用的模型相似比較小，只能對整個滑坡的變形破壞過程進(jìn)行宏觀分析，不能對滑坡局部變形受力特征進(jìn)行細(xì)致研究，更不能對植入的防治工程應(yīng)力、應(yīng)變特征展開分析；

（3）傳統(tǒng)模型試驗(yàn)考慮因素單一，對組合工況條件下滑坡模擬研究較少，難以開展多因素影響下滑坡致災(zāi)機(jī)理及植入防治工程后滑坡整體穩(wěn)定性的研究；

（4）傳統(tǒng)模型裝置的加載需用液壓千斤頂提供作用力，其控制系統(tǒng)復(fù)雜、操作繁瑣，一般需要額外設(shè)計和制作反力裝置；

（5）傳統(tǒng)考慮庫水作用的滑坡模型試驗(yàn)裝置一般將滑坡體后部滲流邊界設(shè)為定水頭邊界條件，與實(shí)際滑坡滲流場不符。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種多工況框架式滑坡地質(zhì)力學(xué)模型輕便試驗(yàn)裝置，能夠克服上述現(xiàn)有技術(shù)問題，可模擬滑坡治理前后多工況條件下滑坡的整體穩(wěn)定性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種多工況框架式滑坡地質(zhì)力學(xué)模型輕便試驗(yàn)裝置，包括框梁式試驗(yàn)臺架、降雨模擬器、庫水位調(diào)節(jié)器和自重式水平加載機(jī)構(gòu)；所述框梁式試驗(yàn)臺架主要由長方體框架、前面板、后面板和底板構(gòu)成；所述降雨模擬器設(shè)置于框梁式試驗(yàn)臺架頂部，包括若干組噴管和設(shè)置于噴管上的噴頭，用于在框梁式試驗(yàn)臺架內(nèi)模擬降雨；所述庫水位調(diào)節(jié)器包括分別設(shè)置于框梁式試驗(yàn)臺架左、右兩側(cè)的左側(cè)水槽和右側(cè)水槽，所述左側(cè)水槽的右面板和右側(cè)水槽的左面板上分別設(shè)有若干給排水孔，用于通過改變左側(cè)水槽和右側(cè)水槽內(nèi)的水位模擬庫水位變動；所述自重式水平加載機(jī)構(gòu)設(shè)置于右側(cè)水槽的上方，用于承載重物，向框梁式試驗(yàn)臺架內(nèi)的滑坡模型施加水平荷載。