CN101718877A - 一种模拟地震作用下边坡破坏的实验方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟地震作用下边坡破坏的实验方法及装置，包括基础槽，基础槽内铺设有多排支撑架，在支撑架上设置有用于堆设实验模型的实验平台，支撑架上设置有向上开口槽，并在其内设置有爆源。本发明中通过改变导爆索的药量，可以模拟不同地震烈度下边坡的破坏特性；通过改变爆源的位置，可以模拟不同地震入射方向对边坡破坏位置的影响；通过采用延时起爆技术，可以研究不同地震持时对边坡破坏模式的影响。与传统的振动台技术及离心机振动台技术相比，可以模拟高烈度下边坡的破坏过程，可以模拟地震产生的波动效应对边坡破坏的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟地震作用下边坡破坏的实验方法及装置。
背景技术
崩塌、滑坡是地震产生的主要次生灾害，两类灾害均涉及到边坡的破坏。掌握地震作用下边坡的破坏机理及破坏模式，可以为边坡支挡结构的科学设计及选型优化提供理论依据。
目前，模拟地震作用下边坡破坏的实验方法及装置主要包括两类：一是振动台方法、二是离心机振动台方法。振动台是一种利用电动、电液压、压电或其他原理获得机械振动的装置。其原理是将激励信号输入一个置于磁场中的线圈，来驱动和线圈相联的工作台。离心机振动台由离心机、振动台面和附属设施构成。附属设施包括高性能作动器、伺服阀、控制系统、吊篮、缓冲隔振装置、冷却装置、信号接收装置、换向装置(多方向实验用)和油路设施(液压振动台用)等部分。振动台在模拟地震作用下边坡的破坏时存在难以克服的缺点：一是为了满足原型与模型的相似关系，只能模拟10米以下的低矮边坡；二是对输入加速度的幅值和频率有一定的限制，无法产生大幅值及高频率的地震波，也即难以模拟高烈度地区边坡的动态破坏过程。离心机振动台由于采用了离心机技术，克服了振动台存在的第一个缺点，但振动台存在的第二个缺点对离心机振动台依然存在。最主要的，地震作用下边坡的破坏是地震产生的动态应力波在坡体内部传播及坡体表面反射的结果，而振动台及离心机振动台只是在坡体模型底部输入三个方向的加速度时程，是一种一致性运动过程，只能模拟由于惯性效应产生的惯性破坏，这与地震产生的破坏机理是存在差别的。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种既能模拟波动效应，又能模拟高烈度下边坡动态破坏的实验方法及装置。
为实现上述目的，本发明一种模拟地震作用下边坡破坏的实验方法，具体为：
1)在实验场地上浇筑钢筋混凝土基础槽；
2)在钢筋混凝土基础槽内设置防水层；
3)在防水层上等间距铺设多排支撑架；
4)在相邻支撑架之间的间隙、支撑架上的向上开口槽内填满临时填充物；
5)在支撑架的上部浇注实验平台；
6)待实验平台浇注养护完毕后，将临时填充物挖出；
7)在实验平台上堆设各种类型的实验模型；
8)在基础槽内注水，并使水位没过实验平台底边线；
9)将爆源穿入支撑架的向上开口槽内，并根据实验要求来设置爆源的药量、爆源的位置及爆炸的持续时间；
10)引爆爆源，进行模拟地震实验。
一种实施上述方法的模拟地震作用下边坡破坏的实验装置，包括基础槽，基础槽内铺设有多排支撑架，在支撑架上设置有用于堆设实验模型的实验平台，支撑架上设置有向上开口槽，并在其内设置有爆源。
进一步，所述基础槽为钢筋混凝土基础槽，所述实验平台为钢筋混凝土实验平台。
进一步，所述基础槽内设置防水层，并且所述基础槽内设置有没过所述实验平台底边线的水。
进一步，所述支撑架为开口向上设置的槽钢、或水泥墩及各类管材，其等间距铺设在所述基础槽内。
进一步，所述实验模型为沙土边坡模型、粘土边坡模型、基覆边坡模型、岩质边坡模型。
进一步，所述爆源包括相间隔设置的多个起爆雷管，多个起爆雷管之间均通过导爆索相连，起爆雷管、导爆索均缠绕在一钢筋上，钢筋穿入所述开口槽内。
进一步，所述起爆雷管包括电雷管、数码雷管及延时雷管，起爆方式包括电起爆、数码起爆及延时起爆。
进一步，所述实验平台顶部设置有用于防止所述实验模型横向位移的侧挡板。
进一步，所述实验平台为单坡实验平台或双坡实验平台。
本发明中通过改变导爆索的药量，可以模拟不同地震烈度下边坡的破坏特性；通过改变爆源的位置，可以模拟不同地震入射方向对边坡破坏位置的影响；通过采用延时起爆技术，可以研究不同地震持时对边坡破坏模式的影响。与传统的振动台技术及离心机振动台技术相比，可以模拟高烈度下边坡的破坏过程，可以模拟地震产生的波动效应对边坡破坏的影响。
附图说明
图1为研究地震烈度对边坡破坏影响的实验装置图；
图2为爆源示意图；
图3为研究地震角度对边坡破坏影响的实验装置图；
图4为研究地震持时对边坡破坏影响的实验装置图；
具体实施方式
本发明所采用的方法是：选择平整的场地，开挖、浇注钢筋混凝土基础槽，在基础槽的表面设置防水层，在防水层上等间距放置支撑架，为了便于浇注，需要在支撑架空隙处填埋沙，在支撑架上部浇注钢筋混凝土实验平台，在实验平台的表面放置各类的边坡实验模型，如沙土边坡模型、粘土边坡模型、基覆边坡模型、岩质边坡模型等。将支撑架空隙处的沙子清除，并且为了产生稳定的爆炸应力波，采用水下爆炸的方式，实验时在基础槽内注水，水位以没过实验平台底边线为准，将爆源放置于支撑架上的空隙处，通过起爆器进行起爆，产生爆炸波，爆炸波传递到坡体表面，造成边坡的破坏，并且通过改变爆源的药量可以模拟不同地震烈度对边坡破坏的影响，改变爆源的位置可以模拟不同的入射角度对边坡破坏的影响，改变爆炸的持续时间可以模拟不同地震持时对边坡破坏的影响，从而达到实验的目的。
采用本发明的实验装置如图1，包括：钢筋混凝土基础槽1、支撑架2、钢筋混凝土实验平台3、水4、侧挡板5、爆源6。爆源的具体布置形式如图2，包括：钢筋7、起爆雷管8、导爆索9、起爆线10。
实施例1：
制作一双坡实验装置，用于研究不同地震烈度对边坡破坏的影响，如图1、图2所示。基础槽1由平整场地开挖浇注而成，支撑架采用槽钢2制作，并放置于基础槽1之上，双坡实验平台3放置于槽钢2之上，其中槽钢2的开口向上设置，这样在爆炸时，爆炸波会向上传递到坡体表面，来造成边坡的破坏，并且此时槽钢2的底部会防止爆炸波会向下传递，从而保护基础槽1，以防止其遭到破坏。水4注入基础槽1内，使水位以没过实验平台3底边线，侧挡板5通过膨胀螺栓固定于实验平台3顶部。爆源6穿入槽钢2内，并放置于槽钢2底部。基础槽1采用C40混凝土浇注而成，其中长5.5m，宽3.5m，深0.6m，槽厚0.5m；槽钢2采用Q235，40a号热轧槽钢，长度为1.5m，相邻槽钢中心间距73cm；双坡实验平台采用C40混凝土浇注而成，其中两侧坡角均为40度，坡高1.5m；侧挡板采用钢板制成，其高度为0.5m，板厚3mm；爆源6中的导爆索采用黑索今，每米药量5g；缠绕导爆索的钢筋采用Q235Φ12的热轧钢筋。改变爆源的药量，从1g到30g，可以研究不同地震烈度下边坡的破坏形式及破坏程度。
实施例2：
制作一单坡实验装置，用于研究不同地震入射角度对边坡破坏的影响，如图3所示。基础槽1由平整场地开挖浇注而成，支撑架采用水泥墩2制作，并放置于基础槽1之上，单坡实验平台3放置于水泥墩2之上，水4注入基础槽1内，侧挡板5通过膨胀螺栓固定于实验平台3顶部。爆源6穿入相邻水泥墩2的空隙处。基础槽1采用C40混凝土浇注而成，其中长3.5m，宽2.5m，深0.6m，槽厚0.5m；水泥墩采用C80高强度混凝土制作，长1.5m，宽0.4m，高0.1m，相邻水泥墩间距77cm；单坡实验平台采用C40混凝土浇注而成，其中坡角45度，坡高1.5m；侧挡板采用钢板制成，其高度为0.4m，板厚3mm；爆源6中的导爆索采用黑索今，每米药量11g；缠绕导爆索的钢筋采用Q235Φ12的热轧钢筋。改变爆源的放置置位，从6处逐渐变化至6’处，可以研究不同地震入射角度对边坡破坏的影响。
实施例3：
制作一双坡实验装置，用于研究不同地震持时对边坡破坏的影响，如图4所示。基础槽1由平整场地开挖浇注而成，支撑架采用镀锌管2制作，并放置于基础槽1之上，双坡实验平台3放置于镀锌管2之上，水4注入基础槽1内，侧挡板5通过膨胀螺栓固定于实验平台3顶部。爆源6穿入镀锌管2内，并放置于镀锌管2底部。基础槽1采用C40混凝土浇注而成，其中长5.5m，宽3.5m，深0.6m，槽厚0.5m；镀锌管2的外径为10cm，壁厚4mm，长度为1.5m，相邻镀锌管中心间距10cm；双坡实验平台采用C40混凝土浇注而成，其中两侧坡角分别为45度、40度，坡高1.5m；侧挡板采用钢板制成，其高度为0.5m，板厚3mm；爆源6中的导爆索采用黑索今，每米药量5g；缠绕导爆索的钢筋采用Q235Φ12的热轧钢筋。图中爆源6与爆源6’之间各镀锌管内均放置等药量的导爆索，采用毫秒延时雷管进行延时起爆，从爆源6逐渐起爆至爆源6’，改变爆源6到爆源6’的距离，可以研究不同的地震持时对边坡破坏的影响。
Claims (10)
1.一种模拟地震作用下边坡破坏的实验方法，具体为：
1)在实验场地上浇筑钢筋混凝土基础槽；
2)在钢筋混凝土基础槽内设置防水层；
3)在防水层上等间距铺设多排支撑架；
4)在相邻支撑架之间的间隙、支撑架上的向上开口槽内填满临时填充物；
5)在支撑架的上部浇注实验平台；
6)待实验平台浇注养护完毕后，将临时填充物挖出；
7)在实验平台上堆设各种类型的实验模型；
8)在基础槽内注水，并使水位以没过实验平台底边线；
9)将爆源穿入支撑架的向上开口槽内，并根据实验要求来设置爆源的药量及爆源的位置；
10)引爆爆源，进行模拟地震实验。
2.一种实施上述方法的模拟地震作用下边坡破坏的实验装置，其特征在于，该装置包括基础槽，基础槽内铺设有多排支撑架，在支撑架上设置有用于堆设实验模型的实验平台，支撑架上设置有向上开口槽，并在其内设置有爆源。
3.如权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述基础槽为钢筋混凝土基础槽，所述实验平台为钢筋混凝土实验平台。
4.如权利要求3所述的实验装置，其特征在于，所述基础槽内设置防水层，并且所述基础槽内设置有没过所述实验平台底边线的水。
5.如权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述支撑架为开口向上设置的槽钢、或水泥墩及各类管材，其等间距铺设在所述基础槽内。
6.如权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述实验模型为沙土边坡模型、粘土边坡模型、基覆边坡模型、岩质边坡模型。
7.如权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述爆源包括相间隔设置的多个起爆雷管，多个起爆雷管之间均通过导爆索相连，起爆雷管、导爆索均缠绕在一钢筋上，钢筋穿入所述开口槽内。
8.如权利要求7所述的实验装置，其特征在于，所述起爆雷管包括电雷管、数码雷管及延时雷管，起爆方式包括电起爆、数码起爆及延时起爆。
9.如权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述实验平台顶部设置有用于防止所述实验模型横向位移的侧挡板。
10.如权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述实验平台为单坡实验平台或双坡实验平台。
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