[發(fā)明專利]一種基于波浪振動(dòng)作用的海底滑坡模擬系統(tǒng)及試驗(yàn)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010058372.5
• 申請(qǐng)日: 2020-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111076895A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪衛(wèi)達(dá);單治鋼;彭鵬;孫淼軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G01M10/00
• 分類號(hào): G01M10/00;G01N3/02;G01N3/36
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 韓小燕

1.一種基于波浪振動(dòng)作用的海底滑坡模擬系統(tǒng)，其特征是，包括框架支撐結(jié)構(gòu)、滑坡模擬裝置、波浪模擬裝置和滑坡監(jiān)測(cè)裝置，所述框架支撐結(jié)構(gòu)包括玻璃容器，所述滑坡模擬機(jī)構(gòu)包括模擬滑坡體(11)和傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述波浪模擬機(jī)構(gòu)包括激振板(17)和激振驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述激振板(17)通過(guò)激振驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置于玻璃容器的頂部，模擬滑坡體(11)設(shè)置于玻璃容器的底部，傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)置于模擬滑坡體(11)下方，所述滑坡監(jiān)測(cè)裝置包括孔壓監(jiān)測(cè)計(jì)(12)和位移傳感器(13)，所述孔壓監(jiān)測(cè)計(jì)(12)預(yù)埋于所述模擬滑坡體(11)內(nèi)，所述位移傳感器(13)設(shè)置于模擬滑坡體(11)表面，所述孔壓監(jiān)測(cè)計(jì)(12)和位移傳感器(13)用于模擬滑坡體(11)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的監(jiān)測(cè)和記錄。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于波浪振動(dòng)作用的海底滑坡模擬系統(tǒng)，其特征是，所述傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)包括螺旋飛輪(7)、飛輪橫軸(5)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)(8)、滑動(dòng)板(9)，所述模擬滑坡體(11)底部設(shè)置滑動(dòng)板(9)，滑動(dòng)板(9)設(shè)置有若干貫穿滑動(dòng)板(9)上下表面的滑動(dòng)板底孔(10)，飛輪橫軸(5)橫置于玻璃容器底部位于滑動(dòng)板(9)下方，所述螺旋飛輪(7)設(shè)置于飛輪橫軸(5)上，螺旋飛輪(7)頂靠滑動(dòng)板(9)下方，驅(qū)動(dòng)電機(jī)(8)通過(guò)飛輪橫軸(5)驅(qū)動(dòng)螺旋飛輪(7)旋轉(zhuǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于波浪振動(dòng)作用的海底滑坡模擬系統(tǒng)，其特征是，玻璃容器底部設(shè)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(shè)有橫軸螺栓(6)與支撐梁(4)固定連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于波浪振動(dòng)作用的海底滑坡模擬系統(tǒng)，其特征是，所述的激振驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括牛腿梁(14)、支撐彈簧(15)、彈簧螺栓(16)、振動(dòng)電機(jī)(20)，所述牛腿梁(14)設(shè)置在玻璃容器內(nèi)側(cè)，牛腿梁(14)上方設(shè)置支撐彈簧(15)，所述激振板(17)四角設(shè)置于支撐彈簧(15)頂端并通過(guò)彈簧螺栓(16)連接支撐彈簧(15)，所述振動(dòng)電機(jī)(20)設(shè)置于激振板(17)頂部。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于波浪振動(dòng)作用的海底滑坡模擬系統(tǒng)，其特征是，激振板(17)頂部設(shè)有振動(dòng)電機(jī)底板(18)，所述振動(dòng)電機(jī)底板(18)和激振板(17)之間通過(guò)若干底板螺栓(19)固定連接，振動(dòng)電機(jī)(20)設(shè)置于振動(dòng)電機(jī)底板(18)上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于波浪振動(dòng)作用的海底滑坡模擬系統(tǒng)，其特征是，所述框架支撐結(jié)構(gòu)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(shè)置支撐柱(1)，支撐板(2)上方在支撐柱(1)之間設(shè)置有機(jī)玻璃(3)構(gòu)成玻璃容器，支撐板(2)上方設(shè)置兩根平行的支撐梁(4)。

7.一種基于波浪振動(dòng)作用的海底滑坡模擬試驗(yàn)方法，其特征是，所述方法應(yīng)用權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的一種基于波浪振動(dòng)作用的海底滑坡模擬系統(tǒng)，并包括以下步驟：

步驟1，模擬滑坡制備：采用ISO標(biāo)準(zhǔn)砂、重塑粘土和膨潤(rùn)土按照一定的配合比混合均勻，加適量水后充分?jǐn)嚢瑁话凑赵囼?yàn)設(shè)定的形態(tài)，將充分?jǐn)嚢璧耐亮戏謱佣哑龀赡M滑坡體(11)；

步驟2，監(jiān)測(cè)設(shè)備安置：在模擬滑坡體(11)的分層堆砌過(guò)程中，按照試驗(yàn)設(shè)定的位置，布設(shè)孔壓監(jiān)測(cè)計(jì)(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(jiān)測(cè)設(shè)備與主機(jī)連接，調(diào)試并獲得初始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證監(jiān)測(cè)設(shè)備的完好；

步驟3，滑坡姿態(tài)調(diào)整：?jiǎn)?dòng)模擬滑坡裝置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(8)，將螺旋飛輪(7)轉(zhuǎn)至合適位置，使得滑動(dòng)板(9)調(diào)整至預(yù)定的傾角；

步驟4，振動(dòng)系統(tǒng)安裝：將波浪模擬系統(tǒng)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(yàn)設(shè)備注水：向試驗(yàn)裝置內(nèi)注水，當(dāng)水位淹沒(méi)模擬滑坡體(11)時(shí)，注意控制注水速率，從而減少注水過(guò)程對(duì)模擬滑坡體(11)的擾動(dòng)影響，當(dāng)水位達(dá)到預(yù)設(shè)高度后，停止注水，靜置48h；

步驟6，滑坡過(guò)程模擬：將所有監(jiān)測(cè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)清零，啟動(dòng)波浪模擬系統(tǒng)的振動(dòng)電機(jī)，并將啟動(dòng)時(shí)間作為時(shí)間0點(diǎn)，通過(guò)孔壓監(jiān)測(cè)計(jì)(12)和位移傳感器(13)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)過(guò)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(dá)預(yù)設(shè)試驗(yàn)時(shí)間或模擬滑坡體(11)失穩(wěn)破壞后，結(jié)束試驗(yàn)；

步驟7，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理：以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以位移為縱坐標(biāo)，建立時(shí)間-位移坐標(biāo)系，在時(shí)間-位移坐標(biāo)系中繪制位移傳感器(13)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)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(fā)展情況；以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以孔壓為縱坐標(biāo)，建立時(shí)間-孔壓坐標(biāo)系，在時(shí)間-孔壓坐標(biāo)系中繪制孔壓監(jiān)測(cè)計(jì)(12)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)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(jù)時(shí)間-位移曲線的識(shí)別出滑坡失穩(wěn)的時(shí)間點(diǎn)t_f，在時(shí)間-孔壓曲線中時(shí)間點(diǎn)t_f對(duì)應(yīng)的孔隙水壓力p_f，即是該試驗(yàn)條件下模擬滑坡體(11)的累積孔壓閾值。在波浪荷載作用過(guò)程中，海底模擬滑坡體(11)內(nèi)的累積孔壓沒(méi)有超過(guò)閾值p_f時(shí)，則不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞；當(dāng)海底模擬滑坡體(11)內(nèi)的累積孔壓超過(guò)閾值p_f時(shí)，則會(huì)觸發(fā)海底滑坡失穩(wěn)破壞；

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