[發明專利]一種模擬深層傾倒變形演變及成災的系統及方法

有效

• 申請號: 201910060250.7
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109682672B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 鄭達;王沁沅;毛峰;蘇杭;姚青;王宇;張碩;唐勁松
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N3/20;G01N33/24
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319
• 代理人: 莎日娜

1.一種模擬深層傾倒變形演變及成災的系統，其特征在于，所述系統應用于深層傾倒變形演變及成災的試驗，所述系統包括：土工離心機、模型箱、邊坡模型、多個差動式位移傳感器以及高速攝像機，在進行所述試驗的過程中，對所述邊坡模型分階段進行三次開挖，采用分級開挖的方式模擬河谷下切作用，以及逐級開挖狀態下深層傾倒變形演變及成災的過程；

所述土工離心機與所述模型箱連接，用于模擬高重力場，再現所述邊坡模型的原型巖土的性狀；

所述模型箱用于為所述邊坡模型提供放置空間；

所述邊坡模型放置于所述模型箱內，所述邊坡模型符合所述原型巖土的性狀，按照預設比例縮小，所述邊坡模型的試塊包括石英砂、石膏、水泥以及硼砂水溶液，按比例配比而成，通過正交配比試驗，再通過單軸抗壓試驗、直接剪切試驗，以達到與實際變質砂巖及其層間粘結強度相同的數據，所述試塊的配比為石英砂：石膏：2％硼砂水溶液：水泥＝20：12：8：1，所述試塊的層間粘結強度的配比為石英砂：石膏：2％硼砂水溶液＝1：0.5：0.5；

所述多個差動式位移傳感器安裝于所述邊坡模型上，根據所述邊坡模型各階段的不同，采集各階段所述邊坡模型的邊坡表面不同部位的位移變化數據；

所述高速攝像機安裝于所述土工離心機的吊藍上，用于動態采集所述試驗過程中所述邊坡模型的邊坡變形照片，根據所述高速攝像機采集的所述試驗過程中所述邊坡模型的邊坡變形照片，結合矩陣工廠以及三維繪圖軟件仿真得到各階段所述邊坡模型的邊坡位移矢量圖和云圖；

其中，所述多個差動式位移傳感器包括：第一差動式位移傳感器、第二差動式位移傳感器以及第三差動式位移傳感器；所述第一差動式位移傳感器安裝于原始狀態的所述邊坡模型的邊坡上，所述第二差動式傳感器安裝于第一次開挖后的所述邊坡模型的邊坡上，根據三次開挖階段的不同，所述第三差動式傳感器安裝于不同開挖階段時所述邊坡模型的開挖面底部。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述邊坡模型根據所述土工離心機的載荷容量、原始邊坡規模、所述模型箱的尺寸以及試驗目的，將原始地質模型進行適當概化，分為第一試塊和第二試塊；

所述第一試塊作為所述邊坡模型的底部，堆砌在所述模型箱的底部；

所述第二試塊根據原始地質坡形線的特征，按照預設比例縮小后進行堆砌，制作所述邊坡模型時，在寬度方向將所述第一試塊和所述第二試塊錯縫堆砌。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述土工離心機根據所述邊坡模型的預設縮小比例，對所述邊坡模型施加預設縮小比例倒數倍的離心加速度。

4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，根據所述多個差動式位移傳感器采集的所述試驗過程中，各階段所述邊坡模型的邊坡表面不同部位的位移變化數據，結合仿真實驗，得到各階段邊坡位移隨加速度和時間的變化曲線圖。

5.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述第二試塊預制有一級開挖試塊、二級開挖試塊以及三級開挖試塊，用于模擬所述邊坡模型分階段進行三次開挖的情景。

6.一種模擬深層傾倒變形演變及成災的方法，其特征在于，利用權利要求1-5任一所述的系統進行試驗，所述方法包括：

將原始狀態的所述邊坡模型，利用所述土工離心機加載至預設縮小比例倒數倍的離心加速度，穩定運轉預設時間后將離心加速度降至0g，持續記錄所述邊坡模型的表面不同部位位移數據；

在所述土工離心機停止轉動后，取出一級開挖試塊，將取出一級開挖試塊后的邊坡模型，利用所述土工離心機加載至預設縮小比例倒數倍的離心加速度，穩定運轉預設時間后將離心加速度降至0g，持續記錄此過程中邊坡模型的表面不同部位位移數據；

在所述土工離心機停止轉動后，取出二級開挖試塊，將取出二級開挖試塊后的邊坡模型，利用所述土工離心機加載至預設縮小比例倒數倍的離心加速度，穩定運轉預設時間后將離心加速度降至0g，持續記錄此過程中邊坡模型的表面不同部位位移數據；

在所述土工離心機停止轉動后，取出三級開挖試塊，將取出三級開挖試塊后的邊坡模型，利用所述土工離心機加載至預設縮小比例倒數倍的離心加速度，穩定運轉預設時間后，持續記錄此過程中邊坡模型的表面不同部位位移數據，以及最終試驗結果。