[發明專利]三維耦合可控滑面邊坡穩定性相似試驗系統

有效

• 申請號: 201410202255.6
• 申請日: 2014-05-14
• 公開（公告）號: CN104007246A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 王云飛;鄭曉娟;王立平;王利;焦華喆
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;E02D17/20
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 董芙蓉

1.三維耦合可控滑面邊坡穩定性相似試驗系統，其特征在于：

所述試驗系統由水位控制系統、滑面控制系統、表面位移監測系統、深部位移監測系統、滑力補償私服控制系統、地震效應控制系統、加固方案監測系統和數據采集系統組成。

2.如權利要求1所述的三維耦合可控滑面邊坡穩定性相似試驗系統，其特征在于：

所述水位控制系統由18個沿滑面均勻分布的噴水口、水位顯示器、聯接管路和補水控制器組成；打開補水控制器，水流經由管路到達各個噴水口進入滑面巖層中，待滲流穩定后水面高度可由水位控制器實時動態顯示；可以調節補水控制器壓力改變地下水位高度。

3.如權利要求1所述的三維耦合可控滑面邊坡穩定性相似試驗系統，其特征在于：

所述滑面控制系統由21個頂升千斤頂和置于千斤頂上的柔性面組成，模型在柔性面上澆筑；試驗開始前將各個千斤頂的行程調整在中央位置，并按照實際的地質條件澆筑模型和開挖施工，然后分別調節7組千斤頂使坡體傾角緩慢連續不斷增大，在這一過程中觀察坡體的位移變形情況，直至坡體開始滑移失穩為止，從而可以獲得坡體的潛在滑移面和邊坡臨界開挖角度；整個過程千斤頂的控制是通過數據采集系統中千斤頂控制部分完成并記錄數據。

4.如權利要求1所述的三維耦合可控滑面邊坡穩定性相似試驗系統，其特征在于：

所述表面位移監測系統由布置于頂部的35個位移監測探頭與數據采集系統中的表面位移監測采集部分構成；開始試驗時，將調節表面位移監測探頭的高度，使其與監測巖體接觸良好，開啟數據采集系統中的位移采集部分，并使其歸零進入測試狀態；當表面巖體移動時帶動與其接觸良好的位移監測探頭一起移動，這一位移可由采集系統采集并記錄。

5.如權利要求1所述的三維耦合可控滑面邊坡穩定性相似試驗系統，其特征在于：

所述深部位移監測系統布置于潛在滑面以上巖體中，同樣由35個位移監測探頭與數據采集系統中的深部位移監測采集部分構成；深部位移監測探頭與上部對應的表面位移監測探頭在同一平面坐標位置上，以便結合分析滑體位移；開始試驗時，開啟數據采集系統中的深部位移采集部分，并使其歸零進入測試狀態；當深部巖體移動時帶動深部位移監測探頭一起移動，這一位移可由采集系統采集并記錄。

6.如權利要求1所述的三維耦合可控滑面邊坡穩定性相似試驗系統，其特征在于：

所述滑力補償私服控制系統由15個私服應力控制千斤頂組成；當試驗模型不能滿足應力相似的條件時，根據相似理論計算所需補償的應力，然后試驗中開啟應力補償系統，施加相應應力使模型應力條件達到試驗要求，從而能夠更加真實的進行試驗，滑力補償千斤頂由數據采集系統中的相應部分控制并可實施顯示。

7.如權利要求1所述的三維耦合可控滑面邊坡穩定性相似試驗系統，其特征在于：

所述地震效應控制系統由水平地震和豎向地震效應控制系統組成，其中水平地震效應控制系統由16個同步激振器構成，豎向地震效應控制系統由24個同步激振器組成；當需要研究地震作用下邊坡的穩定性時，可以開啟相應的水平或豎向地震效應激振器，可給模型輸入相應的地震模擬振動波形，研究坡體在地震波作用下的穩定性。

8.如權利要求1所述的三維耦合可控滑面邊坡穩定性相似試驗系統，其特征在于：

所述加固方案監測系統由18個裝有位移和應力元件連接接口和線路的裝置組成；在加固體上布設相應的應力和位移監測元件，將該元件與加固監測裝置連接，可以采集其不同部位受力和變形特性并由采集系統記錄，以便分析加固方案的優略。

9.如權利要求1所述的三維耦合可控滑面邊坡穩定性相似試驗系統，其特征在于：

所述數據采集系統是由水位控制系統、滑面控制系統、表面位移監測系統、深部位移監測系統、滑力補償私服控制系統、地震效應控制系統和加固方案控制系統的數據采集部分集合組成。

10.如權利要求1-9任意一項所述的三維耦合可控滑面邊坡穩定性相似試驗系統，其特征在于：本試驗系統的工作方法如下：

1)明確研究邊坡的地質條件，受力特征和施工工藝，根據地質模型和相似理論確定各個相似量選擇合理相似材料；

2)試驗系統的滑力補償私服控制系統復位，滑面控制系統調整到潛在結構面方位，深部位移監測系統復位，然后根據相似比和地質條件澆筑模型；

3)待模型達到試驗要求時，調整滑力補償私服控制系統使模型滿足實際受力條件；

4)開啟和布置表面位移監測系統，開啟深部位移監測系統，并同時調整歸零進入監測狀態；

5)按照實際施工工藝，進行邊坡的開挖和施工，邊坡位移可由表面位移監測系統和深部位移監測系統同時監測，獲得坡體空間位移特征分析穩定性；

6)如需研究水位變動對坡體穩定性的影響，開啟水位控制系統，可以連續改變水位高度研究其對坡體穩定性的影響；

7)如需研究潛在滑面的安全性和搜索滑面方位，開啟滑面控制系統，可以連續移動滑面的角度和改變滑面形狀，獲得坡體滑移面方位與形狀；

8)如需研究相應加固方案的合理性，可按實際加固措施進行加固，通過加固監測系統和位移監測系統獲得加固體和坡體的受力與位移變形情況；

9)如需研究地震作用對坡體穩定性的影響及破壞嚴重程度，開啟地震效應控制系統，可以同時輸入水平和豎向地震波，研究地震影響作用；

10)以上各種或其中幾種影響因素共同作用對邊坡的影響，只需同時啟動相應系統即可研究其耦合作用對坡體穩定性的影響；

11)試驗監測數據由數據采集系統采集并保存，以便后續分析研究；

12)試驗結束，清理模型，復位各系統。