CN106940366A - 一种边坡失稳试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种边坡失稳试验装置，所述装置包括主机系统和给水系统，所述主机系统包括机架和倾翻装置，所述机架由底板和围挡墙焊接而成，所述底板采用型钢和厚钢板焊接而成；所述倾翻装置采用三角举升架；所述给水系统用于物理模拟试验过程中地下水、降雨、尾矿库库区水位等边界条件的供水，包括有给水箱，该给水箱的出水管由流量调节阀门控制。该装置可以进行大型边坡工程室内相似性模拟试验，对边坡失稳的动态演化过程进行跟踪、分析及研究。

Description

一种边坡失稳试验装置

技术领域

本发明涉及边坡工程试验技术领域，尤其涉及一种边坡失稳试验装置。

背景技术

随着世界人口的不断增长，人类生产生活的空间不断扩展，以经济和技术条件为支撑的工程活动愈加频繁，加之受全球气候变化的因素的影响，滑坡灾害频发，其中不乏大型滑坡灾害，造成了巨大的人员伤亡及财产损失。迄今为止，但凡有人类生产生活活动的地区，都发生过滑坡灾害，成为各种灾害中，频率高、损失大的灾害类型。

随着露天采场的不断延深，很多露天矿山的边坡不断加高加陡，形成高陡边坡，滑坡风险越来越高，因此矿山边坡稳定性是我国露天矿山特别是深部开采露天矿山必须面对的一个重大问题，矿山边坡的动力灾害的监测及预警技术，将是矿山安全生产领域的重要研究方向及关键技术环节。

现有技术中针对边坡失稳的试验装置往往采用等比例缩小模型在有限封闭空间水平地面进行堆筑，但由于模型的缩尺效应，真正通过相似性模拟实现边坡滑坡、尾矿库溃坝现象的几乎没有文献及报道，这大大限制了对边坡工程失稳破坏机理的认识和探索。

发明内容

本发明的目的是提供一种边坡失稳试验装置，该装置可以进行大型边坡工程室内相似性模拟试验，从而对边坡失稳的动态演化过程进行跟踪、分析及研究，进而为边坡失稳破坏机理研究以及滑坡预警技术研究提供有效的技术支持。

一种边坡失稳试验装置，所述装置包括主机系统和给水系统，所述主机系统包括机架和倾翻装置，其中：

所述机架由底板和围挡墙焊接而成，所述底板采用型钢和厚钢板焊接而成，所述围挡墙安装于所述底板的上部，且三面墙体围挡，一面墙体开放，该开放的墙体用于模拟边坡失稳后模拟材料的流出；

所述倾翻装置采用三角举升架，通过不同角度的抬升实现下滑力增加和边坡角度增大，从而进行边坡失稳试验；

所述给水系统位于所述主机系统的左侧，用于物理模拟试验过程中的尾矿库库区水位、降雨、地下水边界条件的外部供水，包括有给水箱，该给水箱的出水管由流量调节阀门控制；

所述给水系统分为两部分，一部分由上水管直接从所述主机系统的箱顶部进水，用于模拟边坡上游水位的变化对坡体稳定性的影响；另一部分由所述主机系统的箱底部进水，用于模拟地下水变化对边坡稳定性的影响。

所述倾翻装置进一步包括连接轴、转动轴和液压倾翻油缸，其中：

所述液压倾翻油缸的最大行程为3000mm，单个液压倾翻油缸最大举升力300吨，最大可将底座及墙体倾翻20°，能将所述机架停留并保持在0°～20°任意角度。

在所述底板的上表面纵横向焊装有间距50×50cm的钢筋网格，并根据地形的不同在钢筋网格的交点处垂直焊接高度不等的短钢筋，用于锚固原始地形，防止模型在抬升状态下由底板整体滑出，或防止尾矿库模型由原始地形发生滑动破坏。

所述主机系统的箱顶部还设置有三组喷头，所述喷头与所述给水系统的上水管连接，每组喷头单独用软塑料管连接，能独立控制各组喷淋装置；

且每组喷头均采用不锈钢管制成，喷头出水直径为5mm。

在所述主机系统的箱顶部还设置有遮挡，所述喷头向上喷水，利用该遮挡使水流自然反射下来，形成降雨。

在所述给水箱中还安装有增压装置，用来控制降雨压力与水量。

在所述围挡墙的三面围挡墙体中，左右两侧采用中空结构，并安装有四块高强度玻璃钢板，用来观察试验过程中模型内部变形、破坏及浸润线的状况。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述装置可以进行大型边坡工程室内相似性模拟试验，从而对边坡失稳的动态演化过程进行跟踪、分析及研究，进而为边坡失稳破坏机理及滑坡预警技术研究提供有效的技术支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供的边坡失稳试验装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例所述底板下部的加固结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的倾翻装置的抬升示意图；

图4为本发明实施例所述的底板上表面焊接钢筋网格的结构示意图；

图5为本发明实施例所述的上部喷淋装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供的边坡失稳试验装置的整体结构示意图，所述装置包括主机系统和给水系统，所述主机系统包括机架和倾翻装置，其中：

所述机架由底板和围挡墙焊接而成，所述底板采用型钢和厚钢板焊接而成，所述围挡墙安装于所述底板的上部，且三面墙体围挡，一面墙体开放，该开放的墙体用于模拟边坡失稳后模拟材料(例如水土石混合体)的流出；

另外，为了保证左右两侧挡墙的稳定性，前端溃出口上下部设置有钢梁，同时为了保证强度及刚度，底板下端焊接成井字结构，如图2所示为本发明实施例所述底板下部的加固结构示意图。

具体实现中，在所述围挡墙的三面围挡墙体中，左右两侧挡墙采用中空结构，安装有四块玻璃钢板，便于观察试验过程中模型内部变形、破坏及浸润线状态；

所述倾翻装置采用三角举升架，通过不同角度的抬升实现下滑力增加和边坡角度增大，从而进行边坡失稳试验；

所述给水系统位于所述主机系统的左侧，用于物理模拟试验过程中地下水、降雨、尾矿库库区水位等边界条件的外部供水，包括有1.5m×2m×2m的给水箱，该给水箱的出水管由流量调节阀门控制；

所述给水系统分为两部分，一部分由上水管直接从所述主机系统的箱顶部进水，模拟边坡上游水位的变化对边坡稳定性的影响；另一部分所述主机系统的箱底部进水孔进水，模拟地下水位变化对边坡稳定性的影响。

具体实现中，所述倾翻装置进一步包括有连接轴、转动轴和液压倾翻油缸，如图3所示为本发明实施例所提供的倾翻装置的抬升示意图，参考图3：

所述液压倾翻油缸的最大行程为3000mm，单个液压倾翻油缸最大举升力300吨，最大可将底座及墙体倾翻20°，能将所述机架停留并保持在0°～20°任意角度。

另外，在试验过程中，在抬升的状态下，为了保证试验平台上土石混合体模拟材料不与底板发生滑动脱落，在主机系统的底板上表面纵横向焊装有间距50×50cm焊装钢筋网格，如图4所示为本发明实施例所述的底板上表面焊接钢筋网格的结构示意图，参考图4，通过底板的焊装钢筋网格，增大底板与模拟材料的摩擦力，防止抬升状态下由于模拟材料与承载平台的相对滑动而造成的模型整体滑出，造成试验失败，此外，根据地形的不同在钢筋网格交点处垂直焊接高度不等的短钢筋，起到锚固原始地形的作用，防止在进行尾矿库溃坝试验中，在尾矿库坝体破坏之前，出现沿着原始地形内部发生滑动破坏的现象。

具体实现中，在所述主机系统的箱顶部还设置有三组喷头用于模拟不同降雨强度及降雨密度等降雨边界条件，如图5所示为本发明实施例所述的上部喷淋装置结构示意图，例如可以是红蓝黑三组喷头，该喷头与所述给水系统的上水管连接，红色喷头为第一组，蓝色喷头为第二组，黑色喷头为第三组，每组单独用软塑料管连接，可以独立控制各组喷淋装置；

所述三组喷头采用不锈钢管制成，喷头出水直径为5mm。

在所述箱顶部还设置有遮挡，所述喷头向上喷水，通过该遮挡使水流自然反射下来，形成自然降雨。

另外，在所述给水箱中还可以安装增压装置，以模拟不同降雨强度。

综上所述，利用本发明所述试验装置，可以进行大型边坡工程室内相似性模拟试验，从而对边坡失稳的动态演化过程进行跟踪、分析及研究，获得边坡滑坡破坏从形成、稳定、孕育、发展、破坏的动态时空演化规律及表现形式，并且根据对边坡失稳破坏规律及特征的认识，研究可用于边坡失稳前临滑预警的方法，从而为边坡失稳破坏机理以及滑坡预警提供技术支持，该研究成果将对于自然边坡滑坡灾害、矿山边坡灾害、滑坡灾害重现等工作起到重要的保障作用，具有较为重要的现实意义。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种边坡失稳试验装置，其特征在于，所述装置包括主机系统和给水系统，所述主机系统包括机架和倾翻装置，其中：

所述机架由底板和围挡墙焊接而成，所述底板采用型钢和厚钢板焊接而成，所述围挡墙安装于所述底板的上部，且三面墙体围挡，一面墙体开放，该开放的墙体用于模拟边坡失稳后模拟材料的流出；

所述倾翻装置采用三角举升架，通过不同角度的抬升实现下滑力增加和边坡角度增大，从而进行边坡失稳试验；

所述给水系统位于所述主机系统的左侧，用于物理模拟试验过程中的尾矿库库区水位、降雨、地下水边界条件的外部供水，包括有给水箱，该给水箱的出水管由流量调节阀门控制；

所述给水系统分为两部分，一部分由上水管直接从所述主机系统的箱顶部进水，用于模拟边坡上游水位的变化对坡体稳定性的影响；另一部分由所述主机系统的箱底部进水孔进水，用于模拟地下水变化对边坡稳定性的影响。

2.根据权利要求1所述边坡失稳试验装置，其特征在于，所述倾翻装置进一步包括连接轴、转动轴和液压倾翻油缸，其中：

所述液压倾翻油缸的最大行程为3000mm，单个液压倾翻油缸最大举升力300吨，最大可将底座及墙体倾翻20°，能将所述机架停留并保持在0°～20°任意角度。

3.根据权利要求1所述边坡失稳试验装置，其特征在于，

在所述底板的上表面纵横向焊装有间距50×50cm的钢筋网格，并根据地形的不同在钢筋网格的交点处垂直焊接高度不等的短钢筋，用于锚固原始地形，防止模型在抬升状态下由底板整体滑出，或防止尾矿库模型由原始地形发生滑动破坏。

4.根据权利要求1所述边坡失稳试验装置，其特征在于，

所述主机系统的箱顶部还设置有三组喷头，所述喷头与所述给水系统的上水管连接，每组喷头单独用软塑料管连接，能独立控制各组喷淋装置；

且每组喷头均采用不锈钢管制成，喷头出水直径为5mm。

5.根据权利要求4所述边坡失稳试验装置，其特征在于，

在所述主机系统的箱顶部还设置有遮挡，所述喷头向上喷水，利用该遮挡使水流自然反射下来，形成降雨。

6.根据权利要求1所述边坡失稳试验装置，其特征在于，

在所述给水箱中还安装有增压装置，用来控制降雨压力与水量。

7.根据权利要求1所述边坡失稳试验装置，其特征在于，

在所述围挡墙的三面围挡墙体中，左右两侧采用中空结构，并安装有四块高强度玻璃钢板，用来观察试验过程中模型内部变形、破坏及浸润线的状况。