[發(fā)明專利]一種研究含水邊坡的實驗裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910358437.5
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN110108853B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設計）人: 趙紅澤;杜海瑞;王東宇;紹志奔
• 申請（專利權）人: 中國礦業(yè)大學（北京）
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 祁獻民

1.一種研究含水邊坡的實驗方法，其特征在于，基于研究含水邊坡的實驗裝置實施，所述實驗裝置包括：基座、模型箱、舉升機構和注水組件；所述模型箱由底板及側板組成箱體結構，所述側板包括第一側板、第二側板、第三側板及第四側板，所述第一側板、第二側板、第三側板及第四側板分別豎向連接在所述底板各邊緣，且所述第一側板與所述第三側板相對設置，所述第二側板與所述第四側板相對設置，在所述第一側板上設有通孔；

所述模型箱底部、靠近所述第三側板一端轉動連接于所述基座上，所述模型箱底部、靠近所述第一側板一端設有所述舉升機構；

所述注水組件包括注水管，所述注水管從所述通孔中插入所述模型箱內(nèi)，所述注水管與所述通孔的連接處設有第一密封塞，所述第一密封塞為中空結構，所述注水管、位于模型箱內(nèi)的一端為封閉端，所述注水管上軸向設有多個相同孔徑的徑向通孔，用于均勻地向模型箱中的巖體試樣中注水，以真實模擬含水邊坡中某巖層或區(qū)域中水的分布狀態(tài)，在所述徑向通孔上還設有可打開的第二密封塞；所述模型箱規(guī)格長×寬×高為：2m×0.4m×1m，所述底板與側板厚度為0.02m，所述第一側板上的通孔呈陣列設置，陣列數(shù)為七行三列，所述通孔的直徑為0.04m，所述注水管長度為2m，直徑為0.04m；所述注水管為柔性軟管，在所述柔性軟管側壁布設有金屬絲；

所述注水組件還包括儲水箱，所述儲水箱設于所述模型箱的第一側板側，與所述模型箱通過第一側板分割開，所述儲水箱外接有水泵；

所述方法包括步驟：

將模擬巖體的試樣放入模型箱中；

在所述試樣上設置位移計，用于測量試樣在水流的作用下的表面位移；

在所述試樣不同層高上設置應變片，以測量試樣在水流作用下的內(nèi)部壓應力；

根據(jù)分析的目標巖層，將注水管的封閉端從模型箱第一側相應層的通孔中穿過插入所述模擬巖體的試樣中；所述注水管上軸向設有多個相同孔徑的徑向通孔，用于均勻地向模型箱中的巖體試樣中注水，以真實模擬含水邊坡中某巖層或區(qū)域中水的分布狀態(tài)；

在所述注水管與所述通孔的連接處設置第一密封塞，用于防止水滲漏；

將注水管的開口端接入儲水箱中；

在注水管的開口端或開口端到模型箱之間設置一流量計，以記錄流過的水量；

根據(jù)分析的目標邊坡巖層傾角，利用舉升機構舉升模型箱一端，同時模型箱另一端隨之在基座上逆時針轉動，調(diào)整至模型箱與水平面之間的夾角至所述目標邊坡巖層傾角；

向儲水箱中加水，隨著儲水箱水位的升高，水流進入注水管，通過注水管上相同直徑的徑向通孔均勻地將水注入模擬巖層的試樣相應層位中；

用流量計記錄流入注水管中的水流量；

用位移計實時監(jiān)測模擬巖層的試樣在水的作用下的位移；

用應變片實時監(jiān)測模擬巖層的試樣的相應層位在水的作用下的內(nèi)部壓應力；

當觀測到所述模擬巖層的試樣在水的作用下失穩(wěn)時，停止第一組實驗；

基于獲取的水流量與位移，水流量與內(nèi)部壓應力之間的關系分析含水邊坡；

所述方法還包括：將注水管通過第一側板上不同層位的通孔插入到模型箱內(nèi)部相應層位的巖體試樣中，重復前述步驟，對豎向不同巖層的含水狀況進行模擬及分析；所述儲水箱包括箱體、在所述箱體內(nèi)設有橡膠囊袋，所述橡膠囊袋用于盛水，在所述箱體內(nèi)壁與橡膠囊袋之間充有惰性氣體。

2.根據(jù)權利要求1所述的實驗方法，其特征在于，相鄰的所述徑向通孔的間距為0.05m。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的實驗方法，其特征在于，

所述方法還包括：當采用儲水箱向模型箱中注水時，通過所述水泵向儲水箱中注水，以達到預設的水壓。

4.根據(jù)權利要求1所述的實驗方法，其特征在于，所述舉升機構為千斤頂，所述千斤頂頂部設有橡膠板，所述橡膠板為矩形結構，所述矩形結構規(guī)格長×寬×厚為：0.4m×0.4m×0.01m。

5.根據(jù)權利要求1所述的實驗方法，其特征在于，所述模型箱底部與所述第三側板的拐角處設有包邊鋼件，所述模型箱通過所述包邊鋼件與所述基座轉動連接；

所述包邊鋼件為直角鋼，所述直角鋼兩端設有端板，所述直角鋼的直角邊長為0.56m，所述端板的結構與直角鋼的截面形狀一致，所述端板的斜邊為0.44～0.7m，所述直角邊及端板的厚度為0.02m。