CN107687968B - 一种黄土塬边滑坡物理模型 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种黄土塬边滑坡物理模型，包括箱体和支架，所述箱体位于支架的上部，所述箱体的底板为黄土梁，所述黄土梁的下方设有底部支撑装置，所述底部支撑装置设置在黄土梁的中部和后部，所述箱体的左侧壁为光滑面板，右侧壁为双层结构，所述双层结构的内层为活动板，所述支架上设有调节件，用于调节活动板的位置。本发明的有益效果是该模型独创的双层结构能够克服模型箱侧壁对土体的摩擦阻力对试验结果的影响，对于研究黄土塬边滑坡的形成机理具有重要意义。

Description

一种黄土塬边滑坡物理模型
技术领域
本发明属于地质灾害分析技术领域，尤其是涉及一种黄土塬边滑坡物理模型。
背景技术
大型物理模型试验是黄土滑坡灾害形成机理研究常用的研究手段，黄土塬边滑坡形成条件特殊，其形成与塬边拉张裂缝的导水作用密切相关。但专门针对黄土塬边拉张裂缝导水作用下的滑坡物理模型试验研究尚属空白。另外，试验模型箱侧壁对土体的摩擦力一直是困扰实验者的一大难题，导致实验误差较大，甚至试验失败。
本发明设计了一种新的黄土滑坡物理模型实验装置，发明了基于黄土弯曲梁原理的黄土塬边拉张裂缝模拟装置，同时发明了双层结构解决了实验模型箱侧壁对土体摩擦力过大的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种黄土塬边滑坡物理模型，尤其适合模拟再现黄土塬边拉张裂缝的开启、研究黄土塬边滑坡的形成机理。
本发明的技术方案是：
本发明的一种黄土塬边滑坡物理模型，包括箱体和支架，所述箱体位于支架的上部，所述箱体的底板为黄土梁，所述黄土梁的下方设有底部支撑装置，所述底部支撑装置设置在黄土梁的中部和后部，所述箱体的左侧壁为光滑面板，右侧壁为双层结构，所述双层结构的内层为活动板，所述支架上设有调节件，用于调节活动板的位置。
进一步，所述支架为方钢焊接而成。
进一步，所述支撑装置为千斤顶。
进一步，所述光滑面板为有机玻璃板，所述活动板为木板。
进一步，所述调节件为调节螺栓。
进一步，所述黄土梁为传力钢板。
进一步，所述支架长4m、宽1.2m，高2.5m，所述黄土梁底部高于支架底部0.5m。
一种黄土塬边滑坡物理模型模拟试验的方法，利用所述的一种黄土塬边滑坡物理模型完成，包括以下步骤：
(1)将活动板通过调节件向内推进到极限；
(2)在箱体中填入试验土体，并同步埋设监测传感器；
(3)在箱体侧壁埋设压力传感器，监测侧压力；
(4)模型土填满、养护完成后，向外缓慢调节调节件，使得活动板向外移动，通过压力传感器密切观察侧压力变化，达到设计要求后即可以开展后续的观测试验。
进一步，所述的观测试验为，根据黄土含水率设定支撑装置的支撑位移，观测拉应力和拉张裂缝扩展之间的关系。
进一步，试验土体由下至上，依次为下部砂层、黄土层、上部砂层。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、该模型独创的双层结构能够克服模型箱侧壁对土体的摩擦阻力对试验结果的影响；
2、该模型能够模拟再现黄土塬边拉张裂缝的开启。
3、该模型对于研究黄土塬边滑坡的形成机理具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的俯视结构示意图。
图2是本发明的仰视结构示意图。
图3是本发明的基本原理示意图。
图4是黄土梁水平状态结构示意图。
图5是黄土梁向上弯曲结构示意图。
图6是黄土梁数值模拟显示的拉应力分布区示意图。
图7是双层结构原理简图。
图中：
1-箱体，2-支架，3-光滑面板，4-活动板，5-调节件，6-黄土梁，7-支撑装置，8-下部砂层，9-黄土层，10-上部砂层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
如图1所示，本发明的一种黄土塬边滑坡物理模型，包括箱体1和支架2，箱体1位于支架2的上部，箱体1的底板为黄土梁6，黄土梁6的下方设有底部支撑装置7，底部支撑装置7设置在黄土梁6的中部，箱体1的左侧壁为光滑面板3，右侧壁为双层结构，双层结构的内层为活动板4，支架2上设有调节件5，用于调节活动板4的位置。
支架2为方钢焊接而成。
支撑装置7为千斤顶。
光滑面板3为有机玻璃板，活动板4为木板。
调节件5为调节螺栓。
黄土梁6为传力钢板。
支架2长4m、宽1.2m，高2.5m，黄土梁6的高度为0.5m。
本实例的工作过程：
如图3所示，该装置的核心包括模型箱，黄土弯曲梁加载系统和模型箱侧壁摩擦阻力消除系统构成。模型箱包括箱体1和支架2，黄土弯曲梁加载系统包括黄土梁6、支撑装置7，模型箱侧壁摩擦阻力消除系统包括活动板4、箱体1和调节件5。
如图4所示，在箱体1内由下到上依次填充下部砂层8、黄土层9、上部砂层10，在模型中部采用千斤顶产生向上的位移，这样黄土梁6向上弯曲，如图5所示，在黄土梁6顶部产生拉应力。当拉应力超过了黄土抗拉强度的时候，就会出现拉张裂缝。具体在试验过程中，实验者可以根据黄土含水率设定千斤顶位移，观测拉应力和拉张裂缝扩展之间的关系，图6显示了黄土梁6数值模拟显示的拉应力分布区。
模型箱侧壁摩擦阻力成为滑坡物理模型试验的难点，在以往的实验中，经常出现模型箱侧壁摩擦阻力太大，不能模拟再现滑坡，或者监测到的应力应变误差过大。如图7所示，本发明采用的双层结构能够消除模型箱侧壁摩擦阻力。基本原理如下：
模型箱侧壁摩擦阻力主要是土与模型箱之间的摩擦力，其大小与作用于模型箱侧壁上的正应力有关。正应力的大小与土的侧压力有关，因此，模型大小和高度确定后，模型土的侧压力必然存在。双层结构能够实现在模型制作完成以后，使模型箱侧壁外移，这样作用在模型箱侧壁上的正应力就会减小很多，从而大大减小模型箱侧壁摩擦阻力。
具体操作步骤是：
(1)将活动板4通过调节件5向内推进到极限；
(2)在箱体1中填入试验土体，并同步埋设监测传感器；
(3)在箱体1侧壁埋设压力传感器，监测侧压力；
(4)模型土填满、养护完成后，向外缓慢调节调节件5，使得活动板4向外移动，通过压力传感器密切观察侧压力变化，达到设计要求后即可以开展后续的观测；
(5)根据黄土含水率设定支撑装置7的支撑位移，观测拉应力和拉张裂缝扩展之间的关系。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的发明涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种利用黄土塬边滑坡物理模型模拟试验的方法，其特征在于：黄土塬边滑坡物理模型包括箱体和支架，所述箱体位于支架的上部，所述箱体的底板为黄土梁，所述黄土梁的下方设有底部支撑装置，所述底部支撑装置设置在黄土梁的中部和后部，所述箱体的左侧壁为光滑面板，右侧壁为双层结构，所述双层结构的内层为活动板，所述支架上设有调节件，用于调节活动板的位置；所述支架长4m、宽1.2m，高2.5m，所述黄土梁底部高于支架底部0.5m；
利用黄土塬边滑坡物理模型模拟试验的方法，包括以下步骤：
(1)将活动板通过调节件向内推进到极限；
(2)在箱体中填入试验土体，并同步埋设监测传感器；
(3)在箱体侧壁埋设压力传感器，监测侧压力；
(4)模型土填满、养护完成后，向外缓慢调节调节件，使得活动板向外移动，通过压力传感器密切观察侧压力变化，达到设计要求后即可以开展后续的观测试验；
所述的观测试验为，根据黄土含水率设定支撑装置的支撑位移，观测拉应力和拉张裂缝扩展之间的关系。
2.根据权利要求1所述的利用黄土塬边滑坡物理模型模拟试验的方法，其特征在于：所述支架由方钢焊接而成。
3.根据权利要求1所述的利用黄土塬边滑坡物理模型模拟试验的方法，其特征在于：所述支撑装置为千斤顶。
4.根据权利要求1所述的利用黄土塬边滑坡物理模型模拟试验的方法，其特征在于：所述光滑面板为有机玻璃板，所述活动板为木板。
5.根据权利要求1所述的利用黄土塬边滑坡物理模型模拟试验的方法，其特征在于：所述调节件为调节螺栓。
6.根据权利要求1所述的利用黄土塬边滑坡物理模型模拟试验的方法，其特征在于：所述黄土梁为传力钢板。
7.根据权利要求1所述的利用黄土塬边滑坡物理模型模拟试验的方法，其特征在于：试验土体由下至上，依次为下部砂层、黄土层、上部砂层。
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