CN105865910B - 一种岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统 - Google Patents

一种岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统，以研究岩质边坡结构面中动水压力的大小，探索其对滑坡的影响；本发明的技术方案是：一种岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统，包括框架组件，岩质边坡结构面试样组件和水循环装置；所述框架组件包括框架，底座，千斤顶，支架板和横梁；所述岩质边坡结构面试样组件包括通过内嵌螺栓分别固定在一起的上部边坡和结构面上侧壁以及下部边坡和结构面下侧壁，止水侧板，安有闸阀的铁皮导管，和置于下部边坡中的横向测试水管以及连接接头和具有量程的竖向测试水管；水循环装置包括循环水箱，恒压水箱，水泵，进水管，出水管和回水管。本发明适用于山区岩质边坡工程。

Description

一种岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统
技术领域
本发明属于边坡试验测试技术领域，涉及岩质边坡结构面动水压力测试系统，特别涉及一种岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统。
背景技术
岩质边坡结构面上部岩体沿结构面滑动或蠕动，称之为滑坡。滑坡作为一种骤发性的地质灾害，造成巨大的人员伤亡和经济损失。其出现往往在某种特定时候或受到外部扰动刺激而诱发，其中暴雨降水是最重要的诱发因素之一。
水对于岩体力学作用的规律主要有达西定律和静水压力理论。静水压力认为静止的水作用在结构面两侧岩体上力的大小为水头的高度，达西定律指出水在压力差作用下的岩体孔隙中的渗透规律。对于以一定速度注入结构面并在其中流动的水对于两侧岩体的作用力，与静水和孔隙渗流的情况是不同的，所以达西定律与静水压力理论不适合岩体边坡结构面中动水压力计算。
大气暴雨降水使大量的水以一定的速度注入结构面，并在结构面中流动。其对结构面上部岩体产生的压力不再是静水压力，而是动水压力。对于动水压力的大小及其影响因素，目前鲜有系统的研究成果。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统，以研究水流注入速度、岩质边坡结构面张开度、结构面形态、结构面倾角等因素对动水压力的影响规律，从而探索动水压力对滑坡的影响。
为达到上述技术效果，本发明的技术方案是：
一种岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统，包括框架，框架下部设有底座，底座的右侧设有第一升降调节机构；框架固定有上部边坡，上部边坡的下表面固定有结构面上侧壁；底座上固定有下部边坡，下部边坡的上表面固定有结构面下侧壁；结构面上侧壁与结构面下侧壁相对设置形成结构面空隙；结构面空隙的一端连通有恒压水箱，恒压水箱下方设有第二升降调节机构；结构面空隙的另一端连通有循环水箱，循环水箱内设有水泵，水泵与恒压水箱连通；结构面空隙的不同位置分别连通有竖向测试水管；结构面空隙的两侧设有透明的止水侧板；框架上设有刻度。
进一步的改进，所述框架上设有两个支架板，支架板底部固定有横梁，第二升降调节机构设在横梁上；恒压水箱底部设有水槽，水槽一侧的下方设有滑块，滑块上设有刻度和卡肩，水槽另一侧的下方设有与滑块配合的凹槽。
进一步的改进，所述循环水箱中设有温度计；循环水箱上方开口。
进一步的改进，所述结构面上侧壁与结构面下侧壁的形状为平直状，波状，锯齿状，台阶状或不规则状。
进一步的改进，所述循环水箱通过进水管及回水管与恒压水箱连通；进水管与恒压水箱连接处的高度高于回水管与恒压水箱连接处的高度；循环水箱通过出水管连通铁皮导管，铁皮导管与结构面空隙连通。
进一步的改进，回水管、进水管和出水管上均连接有快速接头；回水管、进水管和出水管上均设有闸阀。
进一步的改进，所述结构面空隙通过竖向铁皮导管连通有恒压水箱。
进一步的改进，所述结构面空隙连接有通过横向测试水管，横向测试水管通过连接接头连接竖向测试水管；底座两侧分别设有卡子，结构面下侧壁通过卡子置于底座中；上部边坡通过杆件固定在框架上；结构面上侧壁通过螺栓固定在上部边坡上。
进一步的改进，所述卡子为T形，卡子通过底座上的T形滑槽滑动设置，卡子上设有固定螺栓。
进一步的改进，所述框架为铁框架。
本发明具有如下优点：
1.采用中空的有机玻璃板制作边坡，使得装置轻巧而透明；
2.可以从结构面倾角，结构面张开度和结构面形态三个方面模拟不同的结构面；
3.可以调节进入结构面的水流的大小，速度和初始压力；
4.构建了水流的自循环装置；并可以通过该装置可以调节水流的温度。
本发明岩质边坡结构面动水压力测试模拟系统设备简单成本低，为研究结构面中的动水压力提供了简单方便，经济有效的途径。
附图说明
图1为是本发明一种岩质边坡结构面动水压力模拟测试装置的结构示意图；
附图2为主体结构示意图；
附图3是结构面形态示意图；
附图4是水槽图；
附图5是竖向测试水管图；
附图6是循环水箱示意图；
附图7是卡子的结构示意图；
图中各个标号表示：
框架1，底座2，第一升降调节机构3，支架板4，横梁5，恒压水箱6，水槽7，竖向铁皮导管8，上部边坡9，螺栓10，结构面上侧壁11，杆件12，下部边坡13，结构面下侧壁14，卡子15，横向测试水管16，竖向测试水管17，连接接头18，止水侧板19，闸阀20，回水管21，进水管22，出水管23，快速接头24，水泵25，循环水箱26，铁皮导管27，温度计28，结构面空隙29，第二升降调节机构30，滑块31，卡肩32，凹槽33，T形滑槽34，固定螺栓35。
具体实施方式
以下通过具体实施方式并且结合附图对本发明的技术方案作具体说明。
实施例1
如图1和图2所示的一种岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统，可根据试验要求模拟不同结构面倾角，结构面张开度和结构面形态的结构面：框架1底部设有底座2，底座2下设有第一升降调节机构3，第一升降调节机构3为千斤顶。根据框架1上的刻度，精确调节千斤顶，从而调节底座的高度，从而精确调节结构面的倾角；框架1为铁框架。边坡结构面试样组件下部边坡部分通过卡子15置于底座2中，边坡结构面试样组件上部分通过杆件12固定在框架1上，调节上下结构面侧壁间的结构面空隙宽度以模拟结构面的张开度；上下结构面侧壁是可以替换的，结构面的形态可以为平直的，波状的，锯齿状的，台阶状的，以及不规则状的，如图3。
本模拟测试系统同样可以根据试验要求，模拟不同速度、初始压力、大小和温度的水流：框架1顶部设有可左右移动的支架板4和横梁5，恒压水箱6置于支架板4间，横梁5上设有第二升降调节机构30，可调节第二升降调节机构30调节恒压水箱6的高度，从而调节水流速度；第二升降调节机构30为千斤顶，通过第二升降调节机构30调节恒压水箱6的高度即可调节初始压力。恒压水箱6外设有可调节宽度的水槽7，可以调节水流的大小；循环水箱26中设有温度计28，如图6，是一个开放的体系，可以和外界交换不同温度的水，从而调节水流的温度。
如图4所示，恒压水箱6底部设有水槽7，水槽7一侧的下方设有滑块31，滑块31上设有刻度和卡肩32，水槽7另一侧的下方设有与滑块31配合的凹槽33，通过移动滑块31控制水流大小，通过滑块31上的刻度对水流大小进行精确控制。
本模拟测试系统的水循环装置形成的主要水循环为：循环水箱26中设有水泵25，可将水通过进水管22压入恒压水箱6；然后水流从恒压水箱6流入竖向铁皮导管8，进入结构面的间隙29；结构面出水口处设有装有快速接头24的铁皮导管27，水流最后通过出水管23返回至循环水箱26。
本模拟测试装置还有如下设置：岩质边坡结构面试样组件侧面用透明的止水侧板19封闭，如图2，保证水流只能从上下结构面侧壁间的结构面空隙中流过；恒压水箱6有自由水面，而且竖向铁皮导管8上与恒压水箱6底部水槽密闭，下与结构面空隙密闭，保证竖向测试水管17测量的水头差为动水压力。
根据试验要求，制作相应结构面形态的结构面上侧壁11和结构面下侧壁14，并调节底座2的高度模拟结构面倾角。将岩质边坡结构面试样组件下部边坡部分通过卡子15置于底座2中，岩质边坡结构面试样组件上部分通过杆件12固定在框架1上，调节上下结构面侧壁间的结构面空隙宽度以模拟结构面的张开度。将岩质边坡结构面试样组件侧面用透明的止水侧板19封闭，保证水流只能从上下结构面侧壁间的结构面空隙中流过。然后，根据试验要求调节恒压水箱6的高度，并选择相应高度的自由溢水面，调节恒压水箱6上的水槽7；关闭铁皮导管27上的闸阀20；通过温度计监控循环水箱26中水流的温度；打开循环水箱26中的水泵25，待水流灌满结构面空隙后，打开闸阀20，注意观察竖向测试水管17中的水头高度。待水头高度稳定后，通过出水口处的铁皮导管27测得水流量，从而可以根据待测结构面的面积估算待测结构面的水速。然后通过竖向测试水管17的量程得到结构面动水压力。
如图7所示，卡子15为T形，卡子15通过底座2上的T形滑槽34滑动设置，从而方便将下部边坡13放入，可以适应不同尺寸的下部边坡13，卡子15上设有固定螺栓35进行固定。
上述仅为本发明的一个具体导向实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明的保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统，包括框架(1)，框架(1)下部设有底座(2)，底座(2)的右侧设有第一升降调节机构(3)；其特征在于，框架(1)固定有上部边坡(9)，上部边坡(9)的下表面固定有结构面上侧壁(11)；底座(2)上固定有下部边坡(13)，下部边坡(13)的上表面固定有结构面下侧壁(14)；结构面上侧壁(11)与结构面下侧壁(14)相对设置形成结构面空隙(29)；结构面空隙(29)的一端连通有恒压水箱(6)，恒压水箱(6)下方设有第二升降调节机构(30)；结构面空隙(29)的另一端连通有循环水箱(26)，循环水箱(26)内设有水泵(25)，水泵(25)与恒压水箱(6)连通；结构面空隙(29)的不同位置分别连通有竖向测试水管(17)；结构面空隙(29)的两侧设有透明的止水侧板(19)；框架(1)上设有刻度。
2.如权利要求1所述的岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统，其特征在于，所述框架(1)上设有两个支架板(4)，支架板(4)底部固定有横梁(5)，第二升降调节机构(30)设在横梁(5)上；恒压水箱(6)底部设有水槽(7)，水槽(7)一侧的下方设有滑块(31)，滑块(31)上设有刻度和卡肩(32)，水槽(7)另一侧的下方设有与滑块(31)配合的凹槽(33)。
3.如权利要求1所述的岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统，其特征在于，所述循环水箱(26)中设有温度计(28)；循环水箱(26)上方开口。
4.如权利要求1所述的岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统，其特征在于，所述结构面上侧壁(11)与结构面下侧壁(14)的形状为平直状，波状，锯齿状，台阶状或不规则状。
5.如权利要求1所述的岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统，其特征在于，所述循环水箱(26)通过进水管(22)及回水管(21)与恒压水箱(6)连通；进水管(22)与恒压水箱(6)连接处的高度高于回水管(21)与恒压水箱(6)连接处的高度；循环水箱(26)通过出水管(23)连通铁皮导管(27)，铁皮导管(27)与结构面空隙(29)连通。
6.如权利要求5所述的岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统，其特征在于，回水管(21)、进水管(22)和出水管(23)上均连接有快速接头(24)；回水管(21)、进水管(22)和出水管(23)上均设有闸阀(20)。
7.如权利要求1所述的岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统，其特征在于，所述结构面空隙(29)通过竖向铁皮导管(8)连通有恒压水箱(6)。
8.如权利要求1所述的岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统，其特征在于，所述结构面空隙(29)连接有横向测试水管(16)，横向测试水管(16)通过连接接头(18)连接竖向测试水管(17)；底座(2)两侧分别设有卡子(15)，结构面下侧壁(14)通过卡子(15)置于底座(2)中；上部边坡(9)通过杆件(12)固定在框架(1)上；结构面上侧壁(11)通过螺栓(10)固定在上部边坡(9)上。
9.如权利要求8所述的岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统，其特征在于，所述卡子(15)为T形，卡子(15)通过底座(2)上的T形滑槽(34)滑动设置，卡子(15)上设有固定螺栓(35)。
10.如权利要求1所述的岩质边坡结构面动水压力模拟测试系统，其特征在于，所述框架(1)为铁框架。
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