CN106885894A - 高位滑坡模型试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高位滑坡模型试验系统，包括模型滑源区、第一斜滑槽、第二斜滑槽、滑槽垫层、液压支撑装置及控制装置，通过液压撑装置和齿轮轴连接系统对模型滑源区倾角进行调节，并控制后缘液压推板推力，能够实现不同类型滑坡受力特征，模型滑源区物理形态分为平直形和凹陷形，与实际边界条件相符合，适用于多种类型的滑坡变形破坏过程及运动过程的物理模型试验，并实现重复利用。本发明结构简单，组装方便，易于操作，具有分段式、大尺度、多因素、全过程、可调节性强等特点，能够模拟滑源区不同形态的滑动面及不同类型的加载模式，能够方便快捷的调节各部位的坡角，以便对不同类形的滑坡运动模式进行观察研究，具有推广应用的价值。

Description

高位滑坡模型试验系统

技术领域

本发明涉及滑坡模型实验领域，尤其涉及一种高位滑坡模型试验系统。

背景技术

高位滑坡指滑源区的剪出口显著高于坡脚的滑坡，由于高位滑坡具有较高的位能，一旦滑离滑源区，受运动场地地形条件的影响，运动形式往往出现很大改变。高位滑坡产生条件复杂，作用因素众多，发生和运动机理的多样性、变化性和复杂性，致使其预测和预防的难度大，一旦发生，将会造成重大人员伤亡及财产损失。目前，对滑坡进行研究的方法主要是数值模拟和模型试验。数值模拟方便快捷，投资少，但其精度依赖于计算边界条件、土体物理力学特征等参数的正确选择。而物理模型试验系统能直观模拟滑坡变形特征，信息量大，可信度高，为滑坡研究提供第一手资料，还可以与数值模拟结果相互验证。近几十年，众多国内外学者在滑坡模型实验的理论及技术研究方面做出了很大贡献，YasuhikoOkada(2008)研制了13米长，1米深，0.6米宽，的滑坡模型实验装置，该装置由两部分组成：上部结构的倾斜度可以在10°至45°之间变化，下部水平部分的宽度可以调节；G·Acharya(2009)等研制了一个长3.94m，宽0.3m，高0.8m的滑坡模型实验平台，研究了不同覆盖层厚度对降雨滑坡破坏模式的影响；冯震(2013)等，利用土工离心机，对1个包含4组结构面的地质力学模型进行了物理模型试验，揭示了软弱夹层抗剪强度的降低和关键块体瞬时失稳是鸡尾山滑坡发生的主要原因；郝明辉(2014)等，研制了总长9.2m，总高3.5m的滑坡模型实验装置，通过开展室内模型试验，研究了碎屑粒径、滑床糙率和挑坎对运动特性的影响。这些模型试验装置一定程度上促进了滑坡问题的研究，但对于高位滑坡物理模型试验仍存在一定程度的局限或缺陷：

(1)现有滑坡物理模型加载方式比较单一，大多数只能针对滑坡整体滑动进行模拟，缺乏对推移式、分级滑动的滑坡的变形破坏进行模拟。

(2)现有滑坡物理模型装置大多将滑源区简化为平台，忽略了滑源区滑面形态对滑坡启动机制的影响。

(3)现有滑坡物理模型装置模拟滑坡运动的场地条件形态单一，多为直板一段式，可调节性差，而实际滑坡途径的地形条件形态多样，包括直线形，阶梯形，凹面形等，因此，可能造成几何边界条件有较大误差。

(4)现有滑坡物理模型试验装置往往结构复杂，操作繁琐，为研究工作带来诸多不便。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高位滑坡模型试验系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括模型滑源区、第一斜滑槽、第二斜滑槽、滑槽垫层、液压支撑装置及控制装置，所述模型滑源区与第一斜滑槽连接，第二斜滑槽与第一斜滑槽连接，液压支撑装置包括第一液压支撑装置、第二液压支撑装置和第三液压支撑装置，所述第一液压支撑装置位于所述第一斜滑槽底部，所述第二液压支撑装置位于所述模型滑源区底部，所述第三液压支撑装置位于所述第二斜滑槽底部，所述液压支撑装置用于调节模型滑源区和斜滑槽的高度和角度，并起支撑作用，控制装置连接液压支撑装置并起控制作用。

所述模型滑源区与第一斜滑槽，第一斜滑槽与第二斜滑槽之间均采用齿轮轴连接，其中，模型滑源区的转动角度为0～60度，第一斜滑槽的转动角度为0～60度，第二斜滑槽的转动角度为0～20度。

所述模型滑源区包括液压支撑装置、可调撑杆、液压推板装置、侧板、卷闸门和凹槽，所述可调撑杆位于模型滑源区尾端，用于调节模型滑源区的角度；所述液压推板位于模型滑源区上端，为模拟推移式滑坡施加推力荷载；所述卷闸门和凹槽分别用于模型滑源区平直滑动面和凹形滑动面。

所述第一斜滑槽用以模拟实际滑坡运动区，其结构包括面板、侧板、滑槽垫层和第二可锁定滑动底座，所述面板由若干块板拼接而成，块板之间采用合页和齿轮轴连接，利于调节各块板之间的倾角，用于模拟滑坡运动区不同地形条件，所述滑槽垫层铺设于第一斜滑槽之上，以模拟不同力学特征的场地条件，所述第一液压支撑装置位于面板下方，用于调节面板的角度，并起支撑作用；所述第二可锁定滑动底座位于液压支撑装置底部，使第一液压支撑装置能在水平面上移动。

所述第二斜滑槽用以模拟实际滑坡堆积区，其结构包括面板、滑槽垫层、第三液压支撑装置和第一可锁定滑动底座，所述液压支撑装置位于面板下方，用于调节面板的角度，并起支撑作用；所述第一可锁定滑动底座位于第二斜滑槽底部，使第二斜滑槽能在水平面上水平移动，通过调整第二斜滑槽的位置和所述第一斜滑槽下方第一液压支撑装置的高度，以调节第一斜滑槽的角度，所述滑槽垫层铺设于第二斜滑槽之上，以模拟不同力学特征的场地条件。

所述控制装置与液压推板相连并起到控制作用。

所述滑槽垫层包括细摩擦滑槽垫层、中摩擦滑槽垫层和高摩擦滑槽垫层，使用时择其中之一。

本发明的有益效果在于：

本发明是一种高位滑坡模型试验系统，与现有技术相比，本发明通过液压支撑装置和齿轮轴连接系统对模型滑源区倾角进行调节，并控制后缘液压推板推力，能够实现不同类型滑坡受力特征，模型滑源区物理形态分为平直形和凹面形，与实际边界条件相符合，适用于多种类型的滑坡变形破坏过程及运动过程的物理模型试验，并实现重复利用。本发明结构简单，组装方便，易于操作，具有分段式、大尺度、多因素、全过程、可调节性强等特点，能够模拟滑源区不同形态的滑动面及不同类型的加载模式，能够方便快捷的调节各部位的坡角，以便对不同类形的滑坡运动模式进行观察研究，具有推广应用的价值。

附图说明

图1为本发明实施例的高位滑坡模型系统的立体示意图；

图2为本发明实施例的高位滑坡模型系统的结构示意图；

图3为本发明实施例的高位滑坡模型系统的面板拼接示意图；

图4为本发明实施例的高位滑坡模型系统的侧板示意图；

图5为本发明实施例的高位滑坡模型系统的滑槽垫层示意图。

图中：1-模型滑源区；2-液压推板；3-卷闸门；4-凹槽；5-可调撑杆；6-第一斜滑槽；7-齿轮轴；8-高强螺栓；9-第二斜滑槽；10-第一液压支撑装置、11-第二液压支撑装置、12-第三液压支撑装置；13-第一可锁定滑动底座、14-第二可锁定滑动底座；15-控制装置；16-块板；17-角钢；18-合页；19-矩形侧板；20-梯形侧板；21-细摩擦滑槽垫层、22-中摩擦滑槽垫层、23-高摩擦滑槽垫层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明高位滑坡模型系统，包括：模型滑源区1、第一斜滑槽6、第二斜滑槽9、液压支撑装置10-12及控制装置15。其中，模型滑源区1与第一斜滑槽6，第一斜滑槽6与第二斜滑槽9之间均采用齿轮轴7连接，便于调节倾斜角度。液压支撑装置10-12可伸缩，用于调节所述模型滑源区和斜滑槽的高度和角度，并起支撑作用，控制装置15对液压起控制作用。

其中，模型滑源区1的转动角度为0～60度，第一斜滑槽6的转动角度为0～60度，第二斜滑槽9的转动角度为0～20度

所述模型滑源区1长为3m，宽为2m，高为1m，其中液压推板2完全收缩后，卷闸门3长为1m；第一斜滑槽6长4.8m，宽2m，高1m；第二斜滑槽9长3m，宽2m，高1m。

上述模型滑源区1、第一斜滑槽6和第二斜滑槽9均包含面板和侧板19-20，面板与侧板19-20通过角钢17和高强螺栓8连接。如图2所示，角钢17之间通过齿轮轴7咬合以固定倾角，外侧配以高强螺栓8锁紧。如图3所示，侧板分为矩形侧板19和梯形侧板20两种，倾角突变的分段处采用梯形侧板20以保证该处侧板能充分起到维护作用而不至于使滑坡体从接缝溢出。

所述模型滑源区面板包括可控制开闭的卷闸门3和下部凹槽4，当卷闸门3关闭时，实验模拟平直状态的滑源区滑面，当卷闸门3开启时，适当调节模型滑源区倾斜角度，实验可模拟凹面状态的滑源区滑面。

所述第一斜滑槽6面板由可自由拼接的若干块板16组成，块板16长200cm，宽30cm，块板16之间采用合页18连接，便于调节倾角，使第一斜滑槽6能模拟实际滑坡运动区的各类地形条件。

所述第二斜滑槽9面板下方设有液压支撑装置12，用于调节面板的倾角，并起支撑作用。

所述第一斜滑槽6及第二斜滑槽9面板上方均铺设有滑槽垫层21-23如图4所示，以模拟不同力学特征的运动场地的场地条件。

采用本发明进行推移式高位滑坡破坏过程的研究，其具体步骤如下：

1.滑坡模型设计：根据研究工作需求，由相似原理概化滑坡相似模型，打开或关闭卷闸门，以模拟平直或凹面状态滑源区滑动面；通过液压支撑装置及齿轮轴机构调节滑坡模型第二斜滑槽角度，通过调整第二斜滑槽的位置和所述第一斜滑槽下方液压支撑装置的位置和高度，而调节第一斜滑槽的角度，以模拟运动区地形条件；铺设符合要求的滑槽垫层，以模拟含相应力学特征的场地条件；以相似材料配备及制作滑坡土样，同时，在滑坡模型内部及外部布设相应检测装置。

2.实验加卸载：根据研究工作的需求，调节模型滑源区倾角，并采用液压推板在滑坡土样后部施行推力加载以触发滑坡。

3.数据采集和处理：通过相关的数据采集仪器采集所需数据，例如土压力，滑坡内部(表面)位移、孔隙水压力、温度、时间等。

4.实验结束：释放液压撑杆机构，关闭液压推板机构，回收相关数据采集设备，移除滑槽垫层和滑坡土样，并清洗高位滑坡模型系统。

采用本发明也可进行牵引式高位滑坡灾害破坏过程研究，其结构与工作步骤和复合式高位滑坡破坏过程基本相同，不同的只有步骤2实验加卸载中，不需采用液压推板在滑坡土样后部施行推力加载，只需调节模型滑源区倾角触发滑坡。

综上所述，本发明通过液压撑杆机构和齿轮轴连接系统对模型滑源区倾角进行调节，并控制后缘液压推板推力，能够实现不同类型滑坡受力特征，模型滑源区物理形态分为平直形和凹面形，与实际边界条件相符合，适用于多种类型的滑坡变形破坏过程及运动过程的物理模型试验，并实现重复利用。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种高位滑坡模型试验系统，其特征在于：包括模型滑源区、第一斜滑槽、第二斜滑槽、滑槽垫层、液压支撑装置及控制装置，所述模型滑源区与第一斜滑槽连接，第二斜滑槽与第一斜滑槽连接，液压支撑装置包括第一液压支撑装置、第二液压支撑装置和第三液压支撑装置，所述第一液压支撑装置位于所述第一斜滑槽底部，所述第二液压支撑装置位于所述模型滑源区底部，所述第三液压支撑装置位于所述第二斜滑槽底部，所述液压支撑装置用于调节模型滑源区和斜滑槽的高度和角度，并起支撑作用，控制装置连接液压支撑装置并起控制作用。

2.根据权利要求1所述的高位滑坡模型试验系统，其特征在于：所述模型滑源区与第一斜滑槽，第一斜滑槽与第二斜滑槽之间均采用齿轮轴连接，其中，模型滑源区的转动角度为0～60度，第一斜滑槽的转动角度为0～60度，第二斜滑槽的转动角度为0～20度。

3.根据权利要求1或2所述所述的高位滑坡模型试验系统，其特征在于：所述模型滑源区包括液压支撑装置、可调撑杆、液压推板装置、侧板、卷闸门和凹槽，所述可调撑杆位于模型滑源区尾端，用于调节模型滑源区的角度；所述液压推板位于模型滑源区上端，为模拟推移式滑坡施加推力荷载；所述卷闸门和凹槽分别用于模型滑源区平直滑动面和凹形滑动面。

4.根据权利要求1所述的高位滑坡模型试验系统，其特征在于：所述第一斜滑槽用以模拟实际滑坡运动区，其结构包括面板、侧板、滑槽垫层和第二可锁定滑动底座，所述面板由若干块板拼接而成，块板之间采用合页和齿轮轴连接，利于调节各块板之间的倾角，用于模拟滑坡运动区不同地形条件，所述滑槽垫层铺设于第一斜滑槽之上，以模拟不同力学特征的场地条件，所述第一液压支撑装置位于面板下方，用于调节面板的角度，并起支撑作用；所述第二可锁定滑动底座位于液压支撑装置底部，使第一液压支撑装置能在水平面上移动。

5.根据权利要求1所述的高位滑坡模型试验系统，其特征在于：所述第二斜滑槽用以模拟实际滑坡堆积区，其结构包括面板、滑槽垫层、第三液压支撑装置和第一可锁定滑动底座，所述液压支撑装置位于面板下方，用于调节面板的角度，并起支撑作用；所述第一可锁定滑动底座位于第二斜滑槽底部，使第二斜滑槽能在水平面上水平移动，通过调整第二斜滑槽的位置和所述第一斜滑槽下方第一液压支撑装置的高度，以调节第一斜滑槽的角度，所述滑槽垫层铺设于第二斜滑槽之上，以模拟不同力学特征的场地条件。

6.根据权利要求1所述高位滑坡模型试验系统，其特征在于：所述控制装置与液压推板相连并起到控制作用。

7.根据权利要求1所述高位滑坡模型试验系统，其特征在于：所述滑槽垫层包括细摩擦滑槽垫层、中摩擦滑槽垫层和高摩擦滑槽垫层，使用时择其中之一。