[發明專利]模擬邊坡動態失穩過程的可視化試驗系統及試驗方法

有效

• 申請號: 202010844567.2
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN112051287B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 王宇;高少華;孫濤;李長洪
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N23/046
• 分類號: G01N23/046
• 代理公司: 西安研創天下知識產權代理事務所(普通合伙) 61239
• 代理人: 楊鳳娟

本發明公開了一種模擬邊坡動態失穩過程的可視化試驗系統及試驗方法，可視化試驗系統包括CT掃描系統、振動試驗系統、液壓動力系統、圖像采集系統和數字控制系統；CT掃描系統包括鐵墊，鐵墊上對稱且相向設置有兩個豎直機架，兩個豎直機架的內側面分別滑動連接有面陣探測器和X射線發射機；振動試驗系統包括試驗模型箱、邊坡模型和振動臺；振動臺安裝在鐵墊上方，試驗模型箱置于振動臺上，邊坡模型位于試驗模型箱內；液壓動力系統與振動臺連接；鐵墊的兩側對稱設有圖像采集系統；數字控制系統與液壓動力系統通訊連接，控制液壓動力系統的動力輸出。本發明的試驗系統及試驗方法可以模擬邊坡動態失穩的全過程，獲取動態擾動過程中邊坡內部高清CT圖像。

技術領域

本發明涉及環境地質工程和巖土工程技術領域，尤其涉及模擬邊坡動態失穩過程的可視化試驗系統及試驗方法。

背景技術

我國多山地、多地震的地理、地質條件不可避免地帶來了大量和地震作用有關的邊坡問題。隨著國民經濟的持續發展和基礎設施的逐漸完善，大型水利水電工程、高速公路鐵路、露天采場等建在強震區，對天然斜坡以及工程斜坡提出了更高的要求；尤其是西部地區活動構造發育、地震頻發，地震的發生不僅會造成大量的人員傷亡和財產損失，同時也誘發大量的次生地質災害。就2008 年汶川地震而言，據不完全統計，誘發了大量的滑坡、泥石流等災害，達到1 萬多處，給國家和人民造成嚴重損失。

振動荷載是工程中難以消除的一種外部應力源，振動荷載的產生來源主要是地震和爆破，露天礦開采過程中遠場爆破應力波的影響也可等效為地震波。在振動荷載作用下，邊坡所處環境發生變化，導致內部巖體結構面壓力出現增減特征，甚至出現張開滑移、抗滑力陡降現象，同時也將影響組成單元的裂紋閉合和擴展等機制。這些無法用傳統連續介質力學理論解釋和分析的新特征科學現象，通常采用室內試驗進行機理研究。因此，通過給邊坡模型施加現場監測的實際振動波形或等效的正弦波、三角波、方波等波形擾動，對邊坡模型連續無損掃描和直觀圖像監測，實現邊振動邊掃描，對邊坡動力擾動全過程進行數字化和邊坡內部結構變形進行可視化表征具有重大現實意義。

振動臺模型試驗在可控情況下能在一定程度上再現邊坡的地震響應過程，可以較直觀地監測邊坡土體響應特性和動態失穩破壞模式，也為數值模擬結果的驗證提供了依據。然而，現有振動臺試驗局限于肉眼觀察地質體表面的破壞滑移模式，無法打開邊坡動態失穩破壞的黑箱，無法對其內部結構變化全過程做到實時的可視化探測。在公開號為CN106872130 B，名稱為一種振動試驗系統的發明專利中，其振動試驗系統能夠適應不同規模的震動試驗需求，但是功能過于匱乏，振動臺只能實現一個方向的震動，且只能局限于肉眼觀察其破壞滑移模式，無法對其內部結構變化的全過程進行實時的觀測。

伴隨著工業CT的發展，邊坡動力擾動全過程數字化和可視化表征成為可能，而技術關鍵在于研發與工業CT機配套模擬邊坡可視化動態失穩過程的試驗系統及方法。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明旨在提供一種模擬邊坡動態失穩過程的可視化試驗系統及試驗方法，運用基于面陣探測器高能X射線工業CT技術與高速攝像機技術手段，不僅可直觀監測邊坡土體響應特性和失穩破壞模式，還能實時獲取動態擾動過程中邊坡內部高清CT 圖像，對邊坡進行三維重構進而獲知振動荷載作用下邊坡的失穩演變過程，實現邊坡動態失穩全過程的可視化和數字化表征，有助于揭示邊坡在地震作用下的動態失穩機制，為地震滑坡預測以及邊坡工程的抗震設計提供依據。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

模擬邊坡動態失穩過程的可視化試驗系統，其特征在于：包括CT掃描系統、振動試驗系統、液壓動力系統、圖像采集系統和數字控制系統；

所述CT掃描系統包括豎直機架、面陣探測器、X射線發射機、轉臺和鐵墊，所述鐵墊上對稱且相向設置有兩個豎直機架，其中一個豎直機架的內側面滑動連接有面陣探測器，另外一個豎直機架的內側面滑動連接有X射線發射機；所述轉臺安裝在所述鐵墊上，且位于兩個所述豎直機架之間；