CN109164243B - 一种确定杂填土细观阻尼参数的试验模型 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种确定杂填土细观阻尼参数的试验模型，包括基座、滑槽装置、支撑装置、控制装置、记录模拟滑坡体倾斜轨迹的观测单元及实现观测单元与控制装置同步操作的联动单元。滑槽装置包括首尾相连的三段式斜坡滑槽，其中中间段斜坡可收缩或伸长，控制装置包括控制台、竖向支撑、斜向支撑和调节控制台升降装置、设置在控制台上的驱动部件及启动装置，启动装置执行部件的底部设置在斜坡滑槽内并与斜坡滑槽密封配合，竖向支撑与滑槽底部的自动测角仪联动，共同控制滑槽的倾斜角度，斜向支撑控制中间段滑槽长度。本发明的三段滑槽之间的夹角可以任意调节，通过中间段的伸长，使得滑坡路径更加多样化，适用性更广，从而更准确的得到杂填土的细观阻尼参数。

Description

一种确定杂填土细观阻尼参数的试验模型
技术领域
本发明涉及杂填土滑坡地质灾害研究领域，尤其是一种确定杂填土细观阻尼参数的试验模型，属于土木工程岩土技术和地质工程技术领域。
背景技术
我国是地质灾害多发的国家，灾害类型多、分布范围广，而随着城市化进程的加快，城市内部产生的渣土、建筑垃圾日益增多，造成大量杂填土填埋和堆放。杂填土组成成分复杂，其主要性质受地质环境、碎石含量、堆积时间和方式等因素影响。不同地区的土石性质也存在差别，多年来，相关领域的教研以及工程实践人员从不同方面对杂填土滑坡进行研究，发现现场的杂填土边坡不同于普通边坡，其中的混凝土块、废旧砖石、碎石含量较大，无论何种外因导致滑坡，滑坡过程中产生的破坏力巨大且难以预测，往往具有高速、远程的特点，所以对杂填土边坡中“硬性介质”块体运动耗能机制的研究是十分有价值的。因此，不仅要研究杂填土介质本身的物理力学性质，也要研究滑坡过程中碎石的耗能机制，这样才能对防灾减灾具有指导意义。滑坡过程中碎石等岩土体主要通过颗粒间的摩擦和非弹性碰撞耗能，其耗能机制主要在摩擦系数和阻尼两个参数体现。但是，目前国内对杂填土复杂的力学性质研究较少，且所谓的“硬性介质”很难界定，由于其成分的复杂，本文仅选取碎石作为“硬性介质”的典型代表。所以通过对不同粗糙度、不同粒径、不同质量（个数）的碎石块进行滑槽试验分析，得到不同工况下的最远滑行距离和堆积中心距离，并结合颗粒流数值模拟得到阻尼系数的变化规律，为边坡失稳冲击致灾能量分析提供试验依据。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种可根据不同实验需求，对边坡模型的边坡长度和边坡倾斜角度进行调节，可以对边坡长度和边坡角度进行实时测量，并且可以通过摄像装置对滑坡过程进行完整记录的试验模型。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种确定杂填土细观阻尼参数的试验模型，包括基座，所述基座上设置有支撑柱，所述支撑柱与基座之间同向设置有前段滑槽、中段上滑槽、中段下滑槽、尾段滑槽，所述前段滑槽的一端铰接在支撑柱上，另一端铰接在中段上滑槽上，所述中段下滑槽的两个槽边上分别设有插槽，中段上滑槽位于中段下滑槽内滑动，中段上滑槽的槽边置于对应的中段下滑槽插槽内，所述中段下滑槽远离前段滑槽的端部铰接在尾段滑槽上，所述尾段滑槽远离中段下滑槽的端部下设置有第三滑座，所述中段上滑槽的下部和中段下滑槽的下部分别设置有挡板，两块挡板之间设置有可调节长度的伸缩支撑，中段上滑槽下部的挡板与基座之间设置有第一升降支撑，第一升降支撑的底部具有第一滑座，中段下滑槽下部的挡板与基座之间设置有第二升降支撑，第二升降支撑的底部具有第二滑座，所述基座上具有平行于前段滑槽的滑轨，所述第一滑座、第二滑座、第三滑座均在滑轨上滑动。
作为进一步的优选方案，所述前段滑槽、中段下滑槽、尾段滑槽的底部均设置有自动测角仪。
作为进一步的优选方案，所述前段滑槽下方、中段下滑槽上方、尾段滑槽上方分别设置有高速摄影记录仪。
作为进一步的优选方案，所述支撑柱上设置有竖向轨道，竖向轨道上具有可沿支撑柱上下滑动的料斗，料斗置于前段滑槽的端部。
本发明的有益效果为：第一，所有滑槽的正面板采用透明材料支撑，方便对滑槽内的试样运动过程的观察，也方便摄像机和照相机对试验过程的拍摄记录；第二，前段滑槽、中段下滑槽、尾段滑槽的底面设置自动测角仪，可在试验进行过程中实时测定滑槽与水平方向的夹角；第三，采用高速摄影仪对实验过程进行全程记录，可以准确观察不同级配的碎石在所有滑槽内的运动、颗粒块石的最远运动距离、颗粒堆积中心距离以及堆积形态，更好的研究块石体的耗能机制；第四，通过中段上滑槽和中段下滑槽的相对伸缩，能够测得不同滑坡长度下碎石在滑槽内的运动、滑行距离、堆积中心距离并观察堆积形态，更全面的摩擦及阻尼机制的耗能作用，为试验的细观参数的标定提供试验依据，本发明模拟滑坡路径更加多样化，真实模拟杂填土滑坡的状态，，适用性更广，从而更准确的得到杂填土的细观阻尼参数，有利于土体滑坡问题的深入研究。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是中段上滑槽和中段下滑槽的剖视图；
图3是料斗的结构示意图；
其中，1-基座，2-支撑柱，3-前段滑槽，4-中段上滑槽，5-中段下滑槽，6-尾段滑槽，7-第三滑座，8-伸缩支撑，9-第一升降支撑，10-第一滑座，11-第二升降支撑，12-第二滑座，13-自动测角仪，14-高速摄影记录仪，15-竖向轨道，16-料斗。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步地详述，以使本发明的技术方案更易于理解和掌握。
参见图1至图3，一种确定杂填土细观阻尼参数的试验模型系统，包括基座、滑槽装置、支撑装置、 控制装置、记录模拟滑坡体倾斜轨迹的观测单元及实现观测单元与控制装置同步操作的联动单元；
滑槽装置包括实验箱和首尾相连的三段式斜坡滑槽，相邻斜坡滑槽可转动连接，三段式斜坡滑槽分为共四个滑槽，为前段滑槽、中段上滑槽、中段下滑槽、尾段滑槽，其中中间段斜坡分为中段上滑槽和中段下滑槽，中段上滑槽在中段下滑槽内限位滑动，中段上滑槽和中段下滑槽可相对收缩或伸长。
控制装置包括控制台、竖向支撑（包括第一升降支撑和第二升降支撑）、斜向支撑（伸缩支撑）和调节控制台升降装置、设置在控制台上的驱动部件及启动装置，启动装置执行部件的底部设置在斜坡滑槽内并与斜坡滑槽密封配合，竖向支撑与滑槽底部的自动测角仪联动，共同控制滑槽的倾斜角度，斜向支撑控制中间段滑槽长度。该模型与水平段的夹角以及两端斜坡滑槽间夹角可以任意调节，斜向支撑装置为带有刻度的可伸缩杆件，通过转动较粗段进行伸缩，侧面沿轴向方向设置有刻度，与记录系统连动，可记录中间段滑槽长度，通过中间段的伸长，使得滑坡路径更加多样化，适用性更广。竖向支撑装置为电动液压泵，从而能够更快的改变滑坡的倾斜程度，竖向支撑装置与底座水平滑动连接，竖向支撑装置设有水平向移动的支撑基座，同时底座设有水平向的轨道，在确定斜向支撑的长度以后，通过竖向支撑装置的水平向移动支撑基座保证竖向支撑一方面能保持竖直方向，另一方面在确定位置后，通过旋紧螺丝增加对水平向轨道的压力，用于固定竖向支撑对应于基座的位置。
控制装置包括控制台上的驱动部件及启动装置，启动装置与滑槽底部的自动测角仪及高速摄影记录仪联动工作。采集单元采集到驱动部件的动作信号，联动单元根据该动作信号控制控制观测单元工作，将模拟的滑坡体倾泻的整个过程记录下来。联动单元能实现正反转电机和多不高速摄像机的联动，达到同时释放启动和拍摄。
观测单元包括至少四部高速摄影记录仪，其中两部高速摄影记录仪分别布设在装置的左右两侧（斜向滑槽宽度方向的两侧），一部高速摄像机位于滑槽装置的上方（用于记录倾泻过程中试样的运动），一部高速摄影记录仪位于滑槽装置的前方（用于记录颗粒最终堆积时的形成过程与最终形态），四部高速摄影记录仪共同记录模拟滑坡体倾泻过程中的几何位置图像信息。
利用本发提供的模拟实验系统进行确定杂填土细观阻尼参数的试验的操作过程如下：
1、选取不同粒径的颗粒装入料斗，测定其基本物理性质。
2、根据相似性实验要求，搭设安装前段滑槽、中段上滑槽、中段下滑槽、尾段滑槽，主要过程为：通过滑槽升降装置调整每段滑槽的高度。
3、调节斜向支撑的长度，即调节中段上滑槽和中段下滑槽相对伸缩的距离。
4、安装第一升降支撑、第二升降支撑、第一滑座、第二滑座、第三滑座，调节第一升降支撑和第二升降支撑的高度，实现改变三段滑槽与水平方向的角度。
5、通过人工辅助操作和正反转电机将启动装置中的执行部件安置在模拟滑坡体的起滑点,滑坡长度，并通过坡角控制板,调整好起滑坡角。在坡角控制板以上的槽段上按实验需要铺设模拟滑坡体。
6、将筑物模拟模型与基座平台连接。并在筑物模拟模型的正受力面上布设土压力盒、在筑物模拟模型的背对正受力面上布设位移传感器,并将压力盒和位移传感器的信号输出端分别与计算机相连。
7、在滑槽装置左右两侧分别布设一台高速摄像机,在滑槽装置水平滑槽的上方及前方布设一台高速摄像机。
8、通过联控单元,正反转电机反转释放启动绳快速启动模拟滑坡体倾泻,高速摄像机的拍摄也同时开启。
整理计算机收回的数据和高速摄像机所得图像用于确定杂填土细观阻尼参数的分析研究。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种确定杂填土细观阻尼参数的试验模型，其特征在于：包括基座(1)、滑槽装置、控制装置、记录模拟滑坡体倾斜轨迹的观测单元及实现观测单元与控制装置同步操作的联动单元；所述滑槽装置包括料斗(16)和首尾相连的三段式斜坡滑槽，所述三段式斜坡滑槽分为前段滑槽(3)、中段上滑槽(4)、中段下滑槽(5)、尾段滑槽(6)，所述基座(1)上设置有支撑柱(2)，所述支撑柱(2)与基座(1)之间同向设置前段滑槽(3)、中段上滑槽(4)、中段下滑槽(5)、尾段滑槽(6)，所述前段滑槽(3)的一端铰接在支撑柱(2)上，另一端铰接在中段上滑槽(4)上，所述支撑柱(2)上设置有竖向轨道(15)，竖向轨道(15)上设置可沿支撑柱(2)上下滑动的料斗(16)，料斗(16)置于前段滑槽(3)的端部，所述中段下滑槽(5)的两个槽边上分别设有插槽，中段上滑槽(4)位于中段下滑槽(5)内滑动，中段上滑槽(4)的槽边置于对应的中段下滑槽(5)插槽内，所述中段下滑槽(5)远离前段滑槽(3)的端部铰接在尾段滑槽(6)上，所述尾段滑槽(6)远离中段下滑槽(5)的端部下设置有第三滑座(7)，所述中段上滑槽(4)的下部和中段下滑槽(5)的下部分别设置有挡板，两块挡板之间设置有可调节长度的伸缩支撑(8)，中段上滑槽(4)下部的挡板与基座(1)之间设置有第一升降支撑(9)，第一升降支撑(9)的底部具有第一滑座(10)，中段下滑槽(5)下部的挡板与基座(1)之间设置有第二升降支撑(11)，第二升降支撑(11)的底部具有第二滑座(12)，所述基座(1)上具有平行于前段滑槽(3)的滑轨，所述第一滑座(10)、第二滑座(12)、第三滑座(7)均在滑轨上滑动；观测单元包括至少四部高速摄影记录仪(14)，其中两部高速摄影记录仪分别布设在滑槽装置滑槽宽度方向的两侧，一部高速摄像机位于滑槽装置的上方，一部高速摄影记录仪位于滑槽装置的前方。
2.根据权利要求1所述的一种确定杂填土细观阻尼参数的试验模型，其特征在于：所述前段滑槽(3)、中段下滑槽(5)、尾段滑槽(6)的底部均设置有自动测角仪(13)。
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