CN108627313B - 一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置，包括箱体、滑轨机构，所述箱体包括反力框架、试验箱、弹簧，所述箱体包括反力框架、试验箱、弹簧、滑槽、支架；所述试验箱内设置有边坡模型，所述边坡模型包括放置于试验箱底部的路堤及置于路堤上的边坡。本发明从滑槽下落的小球将势能转化为动能，周期性的撞击试验箱，并通过小球开始下落时的高度、释放小球的不同时间间隔，来模拟地震区水平、竖直地震动耦合作用下边坡地震动力响应试验，再现地震区边坡地震波动力作用响应过程和响应方式，为工程结构设计、地质灾害预测等提供准确可靠的建议，对工程建设进行抗震设防。

Description

一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试 装置及测试方法

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，尤其是一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置及测试方法。

背景技术

地震是地壳快速释放能量过程中造成的振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地震波按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波。纵波是推进波，地壳中传播速度为5.5～7 千米/秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。横波是剪切波，在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。震中附近振动最强烈，破坏比也最严重的地区称为极震区，地震发生时，最基本的现象是地面的连续振动，主要是明显的晃动，极震区的人在感到大的晃动之前，有时首先感到上下跳动，即纵波首先到达，然后是横波引起的左右晃动，然后才是面波引起的大的晃动。

隧道洞口边坡是指隧道洞口两侧做成的具有一定坡度的坡面。我国西南部地区是高烈度地震的多发区，也是在建或拟建的大型水电工程和岩土工程地下隧道群较多的重点区域。地震诱发的边坡失稳会直接威胁到人民的生命财产安全，因此边坡地震稳定性研究意义重大。然而，地震诱发边坡失稳有很大的不确定性，这种不确定性主要来自边坡自身性状和潜在地震作用两个方面，边坡自身性状属于地震边坡失稳的易发条件，包括边坡岩土体结构和物理力学性质以及边坡几何形状；潜在地震作用属于边坡失稳的诱发因素。对于一个具体的边坡，可以认为边坡的自身性状相对确定，主要的不确定性来自于未来的地震作用，也就是诱发因素。传统工程地震学将地震动力作用归纳为地震动的强度、频率和持续时间，即所谓的“地震动三要素”，但是对地震动力作用方式(即，地震动力作用方向和作用性质)这一要素考虑不够。

地震动力作用十分复杂，目前研究中常采用数值方法进行模拟，同时多采用振动台试验以及动力离心模型试验等大型模型试验来模拟地震作用，然而鲜有涉及简易地震动力的模拟测试装置，能再现在不同强度水平和竖直双向地震荷载耦合动力作用下边坡的响应。因此，亟需研制出一种可模拟边坡遭受地震的动力响应测试装置，实现试验设备制作便捷，测试方法简单、经济、可重复。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种试验设备制作便捷，测试方法简单、经济、可重复的模拟隧道遭受地震的动力响应测试装置及测试方法，为地质灾害预测提供依据参考、为岩土工程中的结构设计及优化提供可靠的参数建议。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置，包括箱体、滑轨机构，所述箱体包括反力框架、试验箱、弹簧；所述试验箱内设置有边坡模型，所述边坡模型包括放置于试验箱底部的路堤及置于路堤上的边坡，所述边坡截面为直角梯形状，试验箱上部与边坡斜面及路堤对应部分为开口设置，所述试验箱前壁上设有观察窗口，所述边坡模型斜面一侧朝向观察窗口；所述试验箱置于反力框架内，所述反力框架的上部、底部、左侧及右侧设有钢板，所述反力框架上部与边坡斜面及路堤对应部分为开口设置，所述反力框架右侧钢板上设有碰撞矩形开口；

所述试验箱上部、左侧壁及右侧壁通过弹簧与反力框架的上部、左侧及右侧钢板对应连接，所述试验箱与反力框架底部钢板之间设置有弹簧及可沿左右侧方向水平自由滑动的钢球，所述试验箱底部外侧和反力框架底部钢板内侧沿左右侧方向设置有对应的用于容纳钢球的滑轨，所述滑轨与弹簧间隔设置；

所述滑轨机构包括水平滑轨机构和竖直滑轨机构，所述的水平滑轨机构包括第一滑槽、第一支架，所述第一滑槽分为第一竖直加速段、第一弧形加速段、第一水平直线段和第一水平弧形撞击段，所述第一水平弧形撞击段的弧形拐点穿过碰撞矩形开口固连于试验箱右侧壁的形心处；所述第一滑槽底部设有至少一个用以固定第一滑槽的第一支架；

所述的竖直滑轨机构包括第二滑槽、第二支架，所述第二滑槽分为第二竖直加速段、第二弧形加速段、第二水平直线段和第二弧形撞击段，所述第二弧形撞击段的弧形拐点固连于反力框架底部；所述第二滑槽底部设有至少一个用以固定第二滑槽的第二支架。

优选的，所述水平滑轨机构第一滑槽的第一竖直加速段高度可调节，所述第一滑槽上设有第一可升降平台，所述第一可升降平台设有可让小球滑动的小槽，所述小槽一端与第一滑槽的第一竖直加速段连接；

所述竖直滑轨机构第二滑槽的第二竖直加速段高度可调节，所述第二滑槽上设有第二可升降平台，所述第二可升降平台设有可让小球滑动的小槽，所述小槽一端与第二滑槽的第二竖直加速段连接。

优选的，所述水平滑轨机构第一滑槽的第一水平弧形撞击段以试验箱右侧壁的形心处法线为对称轴呈镜像对称。

优选的，所述水平滑轨机构第一滑槽的第一水平弧形撞击段与试验箱右侧壁的形心处法线的夹角为θ，30°≤θ≤60°。

优选的，所述试验箱上部与反力框架的上部钢板之间、试验箱左侧壁与反力框架左侧钢板之间、试验箱右侧壁与反力框架右侧钢板之间、试验箱底部与反力框架的底部钢板之间每个面的弹簧个数N由以下公式得到：

其中K为边坡的弹性抗力系数，k₀为单个弹簧的弹性系数。

一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试方法，包括以下步骤，

(a)提供上述任一项所述的一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置，按照试验方案中的边坡的参数对试验土样进行合理配比，将试验土样及边坡模型安置于试验箱内，使边坡模型的轴线与试验箱轴线重合；

(b)将小球在水平滑轨机构上释放，小球在第一滑槽内依次经过第一竖直加速段、第一弧形加速段、第一水平直线段和第一水平弧形撞击段，然后穿过反力框架右侧壁的碰撞矩形开口在第一水平弧形撞击段的弧形拐点撞击试验箱，观察边坡模型的力学响应；

(c)将小球在竖直滑轨机构上释放，小球在第二滑槽内依次经过第二竖直加速段、第二弧形加速段、第二水平直线段和第二弧形撞击段，然后撞击反力框架底部，观察边坡模型的力学响应；

(d)通过周期性的同时在水平滑轨机构和竖直滑轨机构上释放小球撞击试验箱，模拟在地震波作用下边坡的动力响应。

优选的，所述步骤(b)或(c)中小球撞击试验箱的平均撞击力由以下公式得到：

其中M为小球的质量，单位为kg；为小球撞击试验箱后的速度，为小球撞击试验箱前的速度，单位为m/s；Δt为小球撞击试验箱的时间，单位为s；即为模拟地震横波或纵波作用在边坡模型的作用力；

其中由以下公式得到：

h₁为小球释放点与撞击点之间的垂直距离，单位为m；g＝9.8m/s²。

优选的，当考虑单一地震横波作用时，在水平滑轨机构第一滑槽第一竖直加速段的同一位置、经过不同的时间间隔释放小球；当考虑单一地震纵波作用时，在竖直滑轨机构第二滑槽第二竖直加速段的同一位置、经过不同的时间间隔释放小球。

优选的，当考虑不同强度地震波作用时，在水平滑轨机构第一滑槽第一竖直加速段和竖直滑轨机构第二滑槽第二竖直加速段的不同位置、经过不同的时间间隔同时释放小球。

本发明的有益效果是：本发明的一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置，从滑槽下落的小球将势能转化为动能，周期性的撞击试验箱，并通过小球开始下落时的高度、释放小球的不同时间间隔，来模拟地震区水平、竖直地震动耦合作用下不同地震强度、不同持续时间和不同周期条件下边坡地震动力响应试验，真实地再现地震区边坡地震波动力作用响应过程和响应方式，为工程结构设计、地质灾害预测等提供准确可靠的建议，对工程建设进行抗震设防；

滑槽的四段设计既可以将小球势能转化为动能，又可以调整小球方向撞击试验箱来模拟地震波，且小球回收方便，可连续不断回收，从而实现小球的连续不断撞击，真实地模拟地震波的作用；

本发明结构简单容易制作、易操作，测试方法简单、经济、可重复。

附图说明

图1是本发明一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置的示意图；

图2是本发明一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置试验箱的左视图(m)和右视图(n)；

图3是本发明一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置的俯视图；

图4是本发明一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置的边坡模型的右视图；

图中标记为：1-箱体、11-试验箱、12-边坡模型、13-路堤、14-钢球、15-弹簧、16-反力框架、2-水平滑轨机构、21-第一滑槽、22-第一竖直加速段、23-第一弧形加速段、24-第一水平直线段、25-第一水平弧形撞击段、5-弧形拐点、26-第一支架、27-第一可升降平台、 3-竖直滑轨机构、31-第二滑槽、32-第二竖直加速段、33-第二弧形加速段、34-第二水平直线段、35-第二弧形撞击段、36-第二支架、37-第二可升降平台、8-钢板、9-小球、10-弹簧安装点、4-碰撞矩形开口、41-小球回收端、42-撞击点、43-小球入射端、θ-小球水平撞击试验箱的入射方向与试验箱右侧壁的形心处法线的夹角。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置，包括箱体1、滑轨机构，所述箱体包括反力框架16、试验箱11、弹簧15；

所述试验箱11内设置有边坡模型12，所述边坡模型12包括放置于试验箱11底部的路堤13及置于路堤13上的边坡，所述边坡截面为直角梯形状，试验箱11上部与边坡斜面及路堤13对应部分为开口设置，所述试验箱11前壁上设有观察窗口，以便观察试验箱内边坡模型的变形情况。所述边坡模型12斜面一侧朝向观察窗口；所述试验箱11置于反力框架16内，所述反力框架16的上部、底部、左侧及右侧设有钢板8，所述反力框架16上部与边坡斜面及路堤13对应部分为开口设置，所述反力框架16右侧钢板8上设有碰撞矩形开口4；边坡模型2底部设有路堤3，模拟了隧道洞口边坡的真实状态，边坡的右侧截面为直角梯形，直角梯形的上底与试验箱1的上部接触，下底与试验箱1的下部接触，直角的一个面与试验箱后壁接触，弹簧模拟了边坡被人为截断的面的实际弹性抗力，试验箱1的顶部为开口设置，顶部没有荷载作用，边坡存在临空面，在远场地震作用下，地震波沿水平方向传播过来，通过钢板均匀地将作用力施加到边坡上，边坡在地震作用下可能发生抛出，垮塌，滑动等破坏。

所述试验箱11上部、左侧壁及右侧壁通过弹簧15与反力框架16的上部、左侧及右侧钢板8对应连接，所述试验箱11与反力框架16底部钢板8之间设置有弹簧15及可沿左右侧方向水平自由滑动的钢球，所述试验箱11底部外侧和反力框架16底部钢板8内侧沿左右侧方向设置有对应的用于容纳钢球的滑轨，所述滑轨与弹簧间隔设置；即沿左右方向设置一个滑轨、设置一排弹簧，试验箱放置于弹簧上，弹簧压缩后的高度等于小球的直径，既保证了在水平方向撞击时水平方向上阻力小，实验准确，又保证了在竖直方向撞击时，模拟边坡的弹性抗力。

所述滑轨机构包括水平滑轨机构2和竖直滑轨机构3，所述的水平滑轨机构2包括第一滑槽21、第一支架26，所述第一滑槽21分为第一竖直加速段22、第一弧形加速段23、第一水平直线段24和第一水平弧形撞击段25，所述第一水平弧形撞击段25的弧形拐点5穿过碰撞矩形开口4固连于试验箱11右侧壁的形心处；所述第一滑槽21底部设有至少一个用以固定第一滑槽21的第一支架26；所述第一支架26每隔一段距离设置，以固定第一滑槽21，防止第一滑槽21倾斜或倾倒。

所述的竖直滑轨机构3包括第二滑槽31、第二支架36，所述第二滑槽31分为第二竖直加速段32、第二弧形加速段33、第二水平直线段34和第二弧形撞击段35，所述第二弧形撞击段35的弧形拐点固连于反力框架16底部；所述第二滑槽31底部设有至少一个用以固定第二滑槽31的第二支架36；所述第二支架36每隔一段距离设置，以固定第二滑槽31，防止第二滑槽31倾斜或倾倒。

所述水平滑轨机构2第一滑槽21的第一竖直加速段22高度可调节，所述第一滑槽21上设有第一可升降平台27，所述第一可升降平台27设有可让小球滑动的小槽，所述小槽一端与滑槽21的第一竖直加速段22连接；所述的小槽一端高、一端低，较低一端与第一竖直加速段22连接，用于引导小球滚向所述第一竖直加速段22。

所述竖直滑轨机构3第二滑槽31的第二竖直加速段32高度可调节，所述第二滑槽31上设有第二可升降平台37，所述第二可升降平台37设有可让小球9滑动的小槽，所述小槽一端与第二滑槽31的第二竖直加速段32连接。所述的小槽一端高、一端低，较低一端与第二竖直加速段32连接，用于引导小球滚向所述第二竖直加速段32，以供小球沿第二滑槽31下落。

所述水平滑轨机构2第一滑槽21的第一水平弧形撞击段25以试验箱11右侧壁的形心处法线为对称轴呈镜像对称。所述水平滑轨机构2第一滑槽21的第一水平弧形撞击段25与试验箱11右侧壁的形心处法线的夹角为θ，30°≤θ≤60°。夹角θ越小，水平撞击力越大，但是θ小于30°会引起小球弹出时有可能在撞击点附近反复撞击，致使地震波的强度不准确，从而观察到的隧道围岩动力响应也就与实际情况存在偏差；θ小于30°不利于小球的回收，从而影响小球的连续、周期性撞击；而θ大于60°时在水平方向对试验箱的撞击力太小，对于较大的地震波强度必须提高小球释放点的高度，从而提高了试验难度。通过物理实验结果得到，当管道为100cm直径，小球为60cm直径时，撞击角度为45°时，水平撞击力大，小球回收方便，可连续撞击来模拟不同周期、不同强度的地震波。

其中试验箱11的上部与反力框架16的上部钢板之间、试验箱11右侧壁与反力框架16 的右侧钢板之间、试验箱11左侧壁与反力框架16的左侧钢板之间每个面的弹簧个数由以下公式得到：

其中K为边坡模型的弹性抗力系数，k₀为单个弹簧的弹性系数。

所述试验箱11上部与反力框架16的上部钢板之间采用大小一致均匀分布的36根弹簧 15连接。所述试验箱11右侧壁与反力框架16的右侧钢板之间采用大小一致均匀分布的36 根弹簧15连接；所述试验箱11左侧壁与反力框架16的左侧钢板之间采用大小一致均匀分布的36根弹簧15连接。

一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试方法，包括以下步骤，

(a)提供上述任一项所述的一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置，按照试验方案中的边坡参数对试验土样进行合理配比，将试验土样及边坡模型12安置于试验箱11内；

(b)将小球9在水平滑轨机构2上释放，小球在第一滑槽21内依次经过第一竖直加速段22、第一弧形加速段23、第一水平直线段24和第一水平弧形撞击段25，然后穿过反力框架16右侧壁的碰撞矩形开口4在第一水平弧形撞击段25的弧形拐点5撞击试验箱11，观察边坡模型12的力学响应；

(c)将小球9在竖直滑轨机构3上释放，小球在第二滑槽31内依次经过第二竖直加速段32、第二弧形加速段33、第二水平直线段34和第二弧形撞击段35，然后撞击反力框架16底部，观察边坡模型12的力学响应；

(d)通过周期性的同时在水平滑轨机构2和竖直滑轨机构3上释放小球9撞击试验箱 11，模拟在地震波作用下边坡的动力响应。

所述步骤(b)或(c)中小球9撞击试验箱11的平均撞击力由以下公式得到：

其中M为小球的质量，单位为kg；为小球撞击试验箱后的速度，为小球撞击试验箱 11前的速度，单位为m/s；Δt为小球撞击试验箱的时间，单位为s；即为模拟地震横波或纵波作用在边坡模型的作用力；

其中由以下公式得到：

h₁为小球释放点与撞击点之间的垂直距离，单位为m；g＝9.8m/s²。

当考虑单一地震横波作用时，在水平滑轨机构2第一滑槽21第一竖直加速段22的同一位置、经过不同的时间间隔释放小球9；当考虑单一地震纵波作用时，在竖直滑轨机构3第二滑槽31第二竖直加速段32的同一位置、经过不同的时间间隔释放小球9，在单一地震强度作用下，隧道支护结构及边坡模型将发生应力调整，甚至产生破坏，从试验箱11观察窗口可以直接观察到隧道支护结构及边坡模型13的变形情况。

当考虑不同强度地震波作用时，在水平滑轨机构2和竖直滑轨机构3滑槽竖直加速段的不同位置、经过不同的时间间隔同时释放小球9，在水平滑轨机构2和竖直滑轨机构3滑槽内的小球将会以不同的动能以及冲击力分别撞击到试验箱11的侧壁及底部，通过调整释放小球的数量、释放小球的高度、释放小球的时间间隔来实现模拟、观察一次地震频谱作用下极震区边坡模型的力学响应。

实施例：

如图1、图2、图3和图4所示，安装本发明的一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置，如图1所示，将模拟边坡模型12的土样装于试验箱11中；试验箱11前壁上安装有机玻璃观察窗，以便观察试验箱11内边坡模型12的变形情况。

装置安装好后，调节水平滑轨机构2的第一可升降平台27，至h₁的位置，将直径为6cm、质量为887.81g的小球在第一可升降平台27上释放。使小球沿着第一滑槽21撞击试验箱11 右壁，撞击后沿着第一水平弧形撞击段25弹出,第一滑槽21的第一水平弧形撞击段25与试验箱11右侧壁的形心处法线的夹角θ为45°。

调节竖直滑轨机构3的第二可升降平台37至h₁的位置，将直径为6cm、质量为887.81g 的小球在第二可升降平台37上释放。使小球沿着第二滑槽31撞击试验箱底部，撞击后沿着第二弧形撞击段35弹出,第二滑槽31的第二弧形撞击段35与竖直方向的夹角为45°。

根据动能方程计算得到小球滑至撞击试验箱前的速度v₁：

以垂直钢板向外一侧为正方向；

由动量方程计算撞击过程中的平均撞击力

其中M为小球的质量，单位为kg；为小球撞击试验箱后的速度，为小球撞击试验箱前的速度，单位为m/s；Δt为小球撞击试验箱的时间，单位为s；即为模拟地震波作用在边坡模型的作用力；h₁为小球释放点与撞击点之间的垂直距离，单位为m；g＝9.8m/s²。

其中，小球撞击试验箱1的速度后的速度撞击时间Δt均由测速雷达测得，Δt的单位为s；即为模拟地震波作用在边坡模型土样的作用力；

即PΔt＝M(v₂+v₁)cos45°，以垂直钢板向外一侧为正方向；释放第一个小球后，立即调整可升降平台高度至h₁，间隔时间Δt_s释放第二个小球，重复上述操作；

释放多个小球后，模拟出地震波对土层的作用以及土层边坡的响应。

透过有机玻璃观察窗观察边坡的变形情况，探究边坡的变形破坏机理，对于不同高度h₁，小球所获得的能量也将不同，h₁越大，能量越大；当高度较小时，边坡仅有局部发生掉块或者在局部发育小型裂隙现象；而当高度增大到一定程度时，边坡表面裂隙继续发育，扩张，甚至产生部分滑落或者整体失稳的现象。

Claims (9)

1.一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置，其特征在于：包括箱体、滑轨机构，所述箱体包括反力框架、试验箱、弹簧；所述试验箱内设置有边坡模型，所述边坡模型包括放置于试验箱底部的路堤及置于路堤上的边坡，所述边坡截面为直角梯形状，试验箱上部与边坡斜面及路堤对应部分为开口设置，所述试验箱前壁上设有观察窗口，所述边坡模型斜面一侧朝向观察窗口；所述试验箱置于反力框架内，所述反力框架的上部、底部、左侧及右侧设有钢板，所述反力框架上部与边坡斜面及路堤对应部分为开口设置，所述反力框架右侧钢板上设有碰撞矩形开口；

所述试验箱上部、左侧壁及右侧壁通过弹簧与反力框架的上部、左侧及右侧钢板对应连接，所述试验箱与反力框架底部钢板之间设置有弹簧及可沿左右侧方向水平自由滑动的钢球，所述试验箱底部外侧和反力框架底部钢板内侧沿左右侧方向设置有对应的用于容纳钢球的滑轨，所述滑轨与弹簧间隔设置；

所述滑轨机构包括水平滑轨机构和竖直滑轨机构，所述的水平滑轨机构包括第一滑槽、第一支架，所述第一滑槽分为第一竖直加速段、第一弧形加速段、第一水平直线段和第一水平弧形撞击段，所述第一水平弧形撞击段的弧形拐点穿过碰撞矩形开口固连于试验箱右侧壁的形心处；所述第一滑槽底部设有至少一个用以固定第一滑槽的第一支架；

所述的竖直滑轨机构包括第二滑槽、第二支架，所述第二滑槽分为第二竖直加速段、第二弧形加速段、第二水平直线段和第二弧形撞击段，第二所述弧形撞击段的弧形拐点固连于反力框架底部；所述第二滑槽底部设有至少一个用以固定第二滑槽的第二支架。

2.根据权利要求1所述的一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置，其特征在于：所述水平滑轨机构第一滑槽的第一竖直加速段高度可调节，所述第一滑槽上设有第一可升降平台，所述第一可升降平台设有可让小球滑动的小槽，所述小槽一端与第一滑槽的第一竖直加速段连接；

所述竖直滑轨机构第二滑槽的第二竖直加速段高度可调节，所述第二滑槽上设有第二可升降平台，所述第二可升降平台设有可让小球滑动的小槽，所述小槽一端与第二滑槽的第二竖直加速段连接。

3.根据权利要求1所述的一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置，其特征在于：所述水平滑轨机构第一滑槽的第一水平弧形撞击段以试验箱右侧壁的形心处法线为对称轴呈镜像对称。

4.根据权利要求2-3任一项所述的一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置，其特征在于：所述水平滑轨机构第一滑槽的第一水平弧形撞击段与试验箱右侧壁的形心处法线的夹角为θ，30°≤θ≤60°。

5.根据权利要求1所述的一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置，其特征在于：所述试验箱上部与反力框架的上部钢板之间、试验箱左侧壁与反力框架左侧钢板之间、试验箱右侧壁与反力框架右侧钢板之间、试验箱底部与反力框架的底部钢板之间每个面的弹簧个数N由以下公式得到：

其中K为边坡的弹性抗力系数，k₀为单个弹簧的弹性系数。

6.一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试方法，其特征在于：包括以下步骤，

(a)提供如权利要求1-5任一项所述的一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试装置，按照试验方案中的边坡的参数对试验土样进行合理配比，将试验土样及边坡模型安置于试验箱内，使边坡模型的轴线与试验箱轴线重合；

(b)将小球在水平滑轨机构上释放，小球在第一滑槽内依次经过第一竖直加速段、第一弧形加速段、第一水平直线段和第一水平弧形撞击段，然后穿过反力框架右侧壁的碰撞矩形开口在第一水平弧形撞击段的弧形拐点撞击试验箱，观察边坡模型的力学响应；

(c)将小球在竖直滑轨机构上释放，小球在第二滑槽内依次经过第二竖直加速段、第二弧形加速段、第二水平直线段和第二弧形撞击段，然后撞击反力框架底部，观察边坡模型的力学响应；

(d)通过周期性的同时在水平滑轨机构和竖直滑轨机构上释放小球撞击试验箱，模拟在地震波作用下边坡的动力响应。

7.根据权利要求6所述的一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试方法，其特征在于：所述步骤(b)或(c)中小球撞击试验箱的平均撞击力由以下公式得到：

其中M为小球的质量，单位为kg；为小球撞击试验箱后的速度，为小球撞击试验箱前的速度，单位为m/s；Δt为小球撞击试验箱的时间，单位为s；即为模拟地震横波或纵波作用在边坡模型的作用力；

其中由以下公式得到：

h₁为小球释放点与撞击点之间的垂直距离，单位为m；g＝9.8m/s²。

8.根据权利要求6或7所述的一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试方法，其特征在于：当考虑单一地震横波作用时，在水平滑轨机构第一滑槽第一竖直加速段的同一位置、经过不同的时间间隔释放小球；当考虑单一地震纵波作用时，在竖直滑轨机构第二滑槽第二竖直加速段的同一位置、经过不同的时间间隔释放小球。

9.根据权利要求6或7所述的一种模拟极震区边坡遭受底入式侧向式耦合的动力响应测试方法，其特征在于：当考虑不同强度地震波作用时，在水平滑轨机构第一滑槽第一竖直加速段和竖直滑轨机构第二滑槽第二竖直加速段的不同位置、经过不同的时间间隔同时释放小球。