[發明專利]一種基于波浪振動作用的海底滑坡模擬系統及試驗方法

在審

• 申請號: 202010058372.5
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111076895A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 倪衛達;單治鋼;彭鵬;孫淼軍
• 申請（專利權）人: 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01N3/02;G01N3/36
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 韓小燕

1.一種基于波浪振動作用的海底滑坡模擬系統，其特征是，包括框架支撐結構、滑坡模擬裝置、波浪模擬裝置和滑坡監測裝置，所述框架支撐結構包括玻璃容器，所述滑坡模擬機構包括模擬滑坡體(11)和傾角調整機構，所述波浪模擬機構包括激振板(17)和激振驅動機構，所述激振板(17)通過激振驅動機構設置于玻璃容器的頂部，模擬滑坡體(11)設置于玻璃容器的底部，傾角調整機構設置于模擬滑坡體(11)下方，所述滑坡監測裝置包括孔壓監測計(12)和位移傳感器(13)，所述孔壓監測計(12)預埋于所述模擬滑坡體(11)內，所述位移傳感器(13)設置于模擬滑坡體(11)表面，所述孔壓監測計(12)和位移傳感器(13)用于模擬滑坡體(11)的動態響應的監測和記錄。

2.根據權利要求1所述的一種基于波浪振動作用的海底滑坡模擬系統，其特征是，所述傾角調整機構包括螺旋飛輪(7)、飛輪橫軸(5)、驅動電機(8)、滑動板(9)，所述模擬滑坡體(11)底部設置滑動板(9)，滑動板(9)設置有若干貫穿滑動板(9)上下表面的滑動板底孔(10)，飛輪橫軸(5)橫置于玻璃容器底部位于滑動板(9)下方，所述螺旋飛輪(7)設置于飛輪橫軸(5)上，螺旋飛輪(7)頂靠滑動板(9)下方，驅動電機(8)通過飛輪橫軸(5)驅動螺旋飛輪(7)旋轉。

3.根據權利要求2所述的一種基于波浪振動作用的海底滑坡模擬系統，其特征是，玻璃容器底部設有兩根平行的支撐梁(4)，所述飛輪橫軸(5)橫置于兩根支撐梁(4)之間，飛輪橫軸(5)設有橫軸螺栓(6)與支撐梁(4)固定連接。

4.根據權利要求1所述的一種基于波浪振動作用的海底滑坡模擬系統，其特征是，所述的激振驅動機構包括牛腿梁(14)、支撐彈簧(15)、彈簧螺栓(16)、振動電機(20)，所述牛腿梁(14)設置在玻璃容器內側，牛腿梁(14)上方設置支撐彈簧(15)，所述激振板(17)四角設置于支撐彈簧(15)頂端并通過彈簧螺栓(16)連接支撐彈簧(15)，所述振動電機(20)設置于激振板(17)頂部。

5.根據權利要求4所述的一種基于波浪振動作用的海底滑坡模擬系統，其特征是，激振板(17)頂部設有振動電機底板(18)，所述振動電機底板(18)和激振板(17)之間通過若干底板螺栓(19)固定連接，振動電機(20)設置于振動電機底板(18)上。

6.根據權利要求1所述的一種基于波浪振動作用的海底滑坡模擬系統，其特征是，所述框架支撐結構包括支撐柱(1)、支撐板(2)、玻璃容器和支撐梁(4)，支撐板(2)四角設置支撐柱(1)，支撐板(2)上方在支撐柱(1)之間設置有機玻璃(3)構成玻璃容器，支撐板(2)上方設置兩根平行的支撐梁(4)。

7.一種基于波浪振動作用的海底滑坡模擬試驗方法，其特征是，所述方法應用權利要求1-6中任一項所述的一種基于波浪振動作用的海底滑坡模擬系統，并包括以下步驟：

步驟1，模擬滑坡制備：采用ISO標準砂、重塑粘土和膨潤土按照一定的配合比混合均勻，加適量水后充分攪拌；按照試驗設定的形態，將充分攪拌的土料分層堆砌成模擬滑坡體(11)；

步驟2，監測設備安置：在模擬滑坡體(11)的分層堆砌過程中，按照試驗設定的位置，布設孔壓監測計(12)和位移傳感器(13)；在模擬滑坡體(11)堆砌完成后，將全部的監測設備與主機連接，調試并獲得初始監測數據，驗證監測設備的完好；

步驟3，滑坡姿態調整：啟動模擬滑坡裝置的驅動電機(8)，將螺旋飛輪(7)轉至合適位置，使得滑動板(9)調整至預定的傾角；

步驟4，振動系統安裝：將波浪模擬系統的激振板(17)與支撐彈簧(15)，采用彈簧螺栓擰緊連接；

步驟5，試驗設備注水：向試驗裝置內注水，當水位淹沒模擬滑坡體(11)時，注意控制注水速率，從而減少注水過程對模擬滑坡體(11)的擾動影響，當水位達到預設高度后，停止注水，靜置48h；

步驟6，滑坡過程模擬：將所有監測設備的監測數據清零，啟動波浪模擬系統的振動電機，并將啟動時間作為時間0點，通過孔壓監測計(12)和位移傳感器(13)動態監測試驗過程中模擬滑坡體(11)各部位的孔隙水壓力和位移變形情況，直至到達預設試驗時間或模擬滑坡體(11)失穩破壞后，結束試驗；

步驟7，監測數據處理：以時間為橫坐標，以位移為縱坐標，建立時間-位移坐標系，在時間-位移坐標系中繪制位移傳感器(13)的監測數據曲線，從而研究在波浪荷載作用下，模擬滑坡體(11)不同位置的位移變形發展情況；以時間為橫坐標，以孔壓為縱坐標，建立時間-孔壓坐標系，在時間-孔壓坐標系中繪制孔壓監測計(12)的監測數據曲線，從而研究在波浪荷載作用下，模擬滑坡體(11)不同位置的孔隙水壓力的累積分布情況；根據時間-位移曲線的識別出滑坡失穩的時間點t_f，在時間-孔壓曲線中時間點t_f對應的孔隙水壓力p_f，即是該試驗條件下模擬滑坡體(11)的累積孔壓閾值。在波浪荷載作用過程中，海底模擬滑坡體(11)內的累積孔壓沒有超過閾值p_f時，則不會發生失穩破壞；當海底模擬滑坡體(11)內的累積孔壓超過閾值p_f時，則會觸發海底滑坡失穩破壞；

步驟8，重復模擬試驗：根據試驗需求，可以改變土料配合比，振動荷載振幅，振動荷載頻率和滑動板(9)傾角等影響因素，再次按照步驟1～7重復開展試驗，研究不同試驗情況下海底滑坡的累積孔壓閾值。