[發明專利]一種臺風作用下殘積土斜坡力學響應特征的試驗系統

有效

• 申請號: 202010573757.5
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111812297B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 張明;張晨陽;陳錢;謝鑫鵬
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01M9/02
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 易濱

1.一種計算模型殘積土層內切向力的方法，其特征在于，包括一種臺風作用下殘積土斜坡力學響應特征的試驗系統，所述試驗系統包括風洞實驗室，以及設置在所述風洞實驗室內的風機和試驗斜坡模型，所述風洞實驗室的截面為跑道形，且其四個拐角上均設有多個平行設置的弧形導流片，所述風機設置在所述風洞實驗室一條邊的中部，所述試驗斜坡模型設置在所述風洞實驗室另一條邊的中部，所述試驗斜坡模型包括模型試驗框架、模型植被和動態數據采集分析系統，所述模型試驗框架設有斜坡面，所述斜坡面正對著風載方向，且所述斜坡面上鋪設有模型殘積土層，所述模型植被設置在所述模型殘積土層上，所述模型殘積土層和所述模型植被上均設有若干監測孔，且各所述監測孔內均設有風壓管，所述動態數據采集分析系統分別與各所述風壓管連接，用于收集、記錄并分析各所述風壓管的風壓數據；

還包括以下步驟：

S1、將所述模型殘積土層劃分為若干條塊，選取其中一條塊i并對其進行受力分析，根據該條塊在豎直方向和水平方向的受力平衡條件得到：

式中：W_Hi為條塊的自重，W_Zi為植被的自重，F_pi為斜坡坡面所受風荷載，α為斜坡面與水平面之間的夾角，V_i+1和V_i分別為條塊i+1和條塊i的切向力，N_i為垂直于滑動面指向坡外的法向力，T_i為平行于滑動面指向斜坡上部切向力，U_i+1和U_i分別為條塊i+1和條塊i的法向力，F_Zi為模型植被受到的風荷載對條塊i產生的等效作用力；

S2、整理(1)和(2)得到：

式中，ΔV_i＝V_i+1-V_i，ΔU_i＝U_i+1-U_i；

S3、設滑坡的穩定性系數為K_si，根據極限平衡條件可以得到：

式中：T_fi為條塊i的抗滑力，為內摩擦角；

S4、聯合(3)、(4)和(5)，得到：

式中：W_G＝W_Hi+W_Zi；

S5、由于U₀＝0，U₁＝ΔU₁，U₂＝U₁+ΔU₂＝ΔU₁+ΔU₂，若劃分的條塊數量為n時則有：

當U_n＝0時，將(6)代入(7)可得：

式中：

S6、根據力矩平衡條件，滑坡面中點力矩∑M＝0，可以得到：

V_iΔX_i+F_Zie_i+F_pib_isinα+M_i-U_iΔh_i-ΔU_ih_i＝0 (9)

式中：ΔX_i為條塊i的寬度，e_i為條塊i上的作用力F_Zi到滑面中點的垂向距離，b_i為條塊i的長度，M_i為風荷載通過模型植被作用于條塊i的彎矩，h_i為條塊i法向力U_i到滑面的垂直距離，Δh_i為條塊i左側邊界和右側邊界所受法向力的高度差；

對(9)進一步整理，得到條塊i在考慮植被和坡面風荷載時受到的切向力V_i：

2.如權利要求1所述的一種計算模型殘積土層內切向力的方法，其特征在于：包括蜂窩器，所述蜂窩器設置在所述風洞實驗室內，且其位于所述風機和所述試驗斜坡模型之間。