[發明專利]一種新型模擬超重力邊坡模型試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202011583799.3
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112684146A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 胡斌;張真;李京;崔凱;崔阿能;王杰;魏二劍;馬利遙;李劍飛
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N3/12;G01N3/14;G01N3/02
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 張曉冬

本發明涉及一種新型模擬超重力邊坡模型試驗裝置，包括：模型箱體、加載機構及摩擦機構，模型箱體用于裝載邊坡模型；模型箱體的頂部、前側及后側都設置為敞口；加載機構用于施加水平載荷到邊坡模型上，以提供摩擦所需的法向壓力；摩擦機構用于產生豎直向下的摩擦力到邊坡模型上，以模擬巖質邊坡的重力場。該試驗裝置可通過摩擦力等效重力，較真實地重現現場邊坡的應力應變特征，為開展降雨、開挖及爆破等室內模擬提供良好的前置條件，有效解決了當前模型試驗的操作復雜、模擬不夠真實等問題，為邊坡模型試驗研究提供了一種全新的思路。

技術領域

本發明涉及邊坡模型實驗設備技術領域，特別涉及一種新型模擬超重力邊坡模型試驗裝置及方法。

背景技術

滑坡是一種在山區頻發的地質災害。在我國，每年因滑坡造成大量的人員傷亡和經濟損失。因此，對于滑坡的研究和防治成為非常重要的研究課題。邊坡失穩破壞物理模擬是研究邊坡巖體變形破壞過程的一個重要手段，眾多學者通過物理模擬方法對邊坡的變形破壞過程及形成機制進行研究。

迄今為止，邊坡模型試驗主要包括普通1g模型試驗和Ng離心模型試驗。普通1g模型試驗是在1g的重力加速度下進行的，由于模型與原型相比幾何尺寸縮小了數倍，因此在正常重力條件下模型的應力水平與原型相差較大；另外邊坡模型的變形破壞特征很小，不易觀察。

Ng離心模型試驗將模型置于高速旋轉的離心機中，讓模型承受大于重力加速度的離心加速度作用，來補償因模型尺寸縮小而導致實際邊坡自重的損失，慣性力與重力等效，因而模型與原型的應力應變相等、變形相似、破壞機理相同，能再現原型特性，從而可以較好地預測邊坡變形破壞特征。但是，邊坡進行后續研究時，需要離心機試驗停止再對邊坡模型施加降雨、開挖等工況，這與工程實際的應力路徑不符，導致存在測試結果失真的問題。

發明內容

本申請提供了一種新型模擬超重力邊坡模型試驗裝置及方法，解決或部分解決了現有技術無法在離心機試驗持續的情況下，對邊坡模型施加降雨、開挖工況，與工程實際的應力路徑不符，導致測試結果失真的技術問題；實現了提供一種新型模擬超重力邊坡模型試驗裝置，可用于模擬現場邊坡的超重力場，為邊坡模型試驗研究提供了一種新的思路。

本申請所提供的一種新型模擬超重力邊坡模型試驗裝置，包括：模型箱體、加載機構及摩擦機構，其中，

所述模型箱體用于裝載邊坡模型；所述模型箱體的頂部、前側及后側都設置為敞口；

所述加載機構用于施加水平載荷到所述邊坡模型上，以提供摩擦所需的法向壓力；

所述摩擦機構用于產生豎直向下的摩擦力到所述邊坡模型上，以模擬巖質邊坡的重力場。

作為優選，所述邊坡模型通過重晶石粉、石英砂及鐵粉為骨料的預制塊體堆砌而成。

作為優選，所述模型箱體通過豎直設置的支柱固定在底座上；所述支柱為可伸縮結構。

作為優選，所述模型箱體的右側設置為半封閉結構。

作為優選，所述加載機構設置在所述模型箱體的前側，所述加載機構包括：液壓設備、油缸及壓板，

所述液壓設備通過油管與所述油缸連接，以輸送高壓油至所述油缸；

所述油缸的活塞桿連接所述壓板，所述壓板對應所述模型箱體的前側設置；所述油缸帶動所述壓板向所述邊坡模型施加水平壓應力。

作為優選，還包括：鋼化玻璃板及塑料薄膜，

所述鋼化玻璃板活動設置在所述模型箱體的前側位置；所述壓板固定在所述鋼化玻璃板的一側，帶動所述鋼化玻璃板在所述模型箱體的前側與后側之間直線移動，使所述鋼化玻璃板向所述邊坡模型施加水平壓應力；

所述塑料薄膜設置在所述鋼化玻璃板與所述邊坡模型之間。