CN109490512A - 一种基覆型边坡失稳模拟试验装置 - Google Patents

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杨兵
梁嘉文
罗扬
邹晗轩
郑东生
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials

Abstract

本发明提供了一种基覆型边坡失稳模拟试验装置，涉及边坡稳定性研究试验技术领域，其包括透明的箱体，箱体的底板上铰接有第一斜板，第一斜板与第二斜板铰接，第二斜板与箱体的侧板铰接，第一斜板和第二斜板的中部通过可调支撑杆支撑于箱体底板上方；第一斜板、第二斜板与箱体相对的两个侧板合围成放置岩土的岩土腔，岩土腔的顶部设置有加载板，加载板上设置有漏水孔，加载板的上方设置有加载机构，岩土腔的上方设置有降雨器。解决了现有技术中没有与基覆型边坡实际条件相吻合的模拟实验装置的问题。

Description

一种基覆型边坡失稳模拟试验装置
技术领域
本发明涉及边坡稳定性研究试验技术领域，特别是涉及一种基覆型边坡失稳模拟试验装置。
背景技术
边坡稳定性对于铁路、公路、大坝等工程的安全至关重要，一旦边坡发生事故，则将可能带来巨大的经济损失。在实际工程中，底部为基岩上部为堆积体覆盖层的基覆型边坡占了很大比例，如何准确评价基覆型边坡稳定性是许多科研工作者需要解决的重大问题之一。而基覆型边坡稳定性是一个非常复杂的问题，受地质因素、环境条件、外力等多种因素影响。目前主要采用理论分析、数值模拟、模型试验和现场测试的方法对其进行研究。在上述方法中，模型试验是研究该问题的重要而有效的方法之一。而目前的模型试验方法，主要考虑均质边坡，与实际条件差异较大。鉴于目前情况，需要找到一种能考虑基覆界面影响的模型试验方法及相应的试验装置，以便于较为准确地模拟基覆型边坡失稳现象和深刻地理解失稳机理。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种基覆型边坡失稳模拟试验装置，解决了现有技术中没有与基覆型边坡实际条件相吻合的模拟实验装置的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
提供一种基覆型边坡失稳模拟试验装置，其包括透明的箱体，箱体的底板上铰接有第一斜板，第一斜板与第二斜板铰接，第二斜板与箱体的侧板铰接，第一斜板和第二斜板的中部通过可调支撑杆支撑于箱体底板上方；
第一斜板、第二斜板与箱体相对的两个侧板合围成放置岩土的岩土腔，岩土腔的顶部设置有加载板，加载板上设置有漏水孔，加载板的上方设置有加载机构，岩土腔的上方设置有降雨器。
进一步地，箱体包括通过钢件制成的框架，框架的正面和背面通过嵌装玻璃制成透明面。钢件用于增强箱体的强度，正面与背面由玻璃制成透明面使观测的范围更宽更全面。
进一步地，箱体通过支架支撑于地面上，支架上设置有加强板，加强板与箱体的底板之间固定设置有多个工字钢支撑块。加强板与工字钢提高了箱体底板的强度以承受加载机构的加载压力。
进一步地，支架与地面接触端连接有底座墩。底座墩用于降低整个试验装置的重心，提高稳定性。
进一步地，第二斜板与可调支撑杆接触的面上设置有锯齿槽。锯齿槽用于给可调支撑杆提供支撑平面，防止可调支撑杆支撑于斜面上打滑使试验失败。
进一步地，第一斜板或第二斜板通过至少两个可调支撑杆支撑，以提高第一斜板或第二斜板的平衡性。
进一步地，可调支撑杆为液压缸，其活塞杆的端面支撑于第一斜板或第二斜板上。液压缸的传动平稳，不会在改变第一斜板或第二斜板的倾斜角度时产生振动影响岩土的构造。
进一步地，降雨器包括封闭的条形箱，条形箱的底部通过硬水管连接有喷洒头，硬水管与条形箱连通，硬水管上连接有电动阀。通过电动阀控制喷洒头的开闭和通过其的水量，使喷洒头喷出的雨量可调可控。
进一步地，条形箱的底部密集设置有多个喷洒头，每个喷洒头均设置有一个电动阀。多个喷洒头密集分布，使降雨器所降的雨更加均匀地洒在岩土腔中的岩土上，更加接近于真实的下雨过程。每个喷洒头可通过其上设置的电动阀单独控制其流量，从而可更加精确地控制降雨量，以研究不同降雨量对基覆型边坡失稳的影响。
进一步地，加载机构包括竖直设置的加载液压缸，加载液压缸通过加载支架固定支撑于箱体的上方，加载液压缸的活塞杆伸入到箱体中且位于加载板的上方。采用液压缸作为加载机构，可以获得较大的荷载，且易于调节控制，操作安全方便。
本发明的有益效果为：在本试验装置的岩土腔中装入与基覆型边坡对应的岩土体模拟自然界中的基覆型边坡的结构形态，可以试验基覆界面倾角、坡顶超载、降雨对基覆型边坡失稳的影响规律。通过调节第一斜板和/或第二斜板的倾斜角度，可探讨不同基覆界面倾角下边坡的失稳模式及机理；通过调节降雨器的流量，可模拟各种降雨强度下边坡的变形失稳特征；通过调节加载机构的荷载，可模拟不同应力条件下基覆型边坡的变形与破坏特征。该装置同时进行降雨、坡顶超载、基覆界面倾角变化的试验，这样便可以探讨降雨入渗效应-土体非饱和效应-超载附加应力效应-基覆界面效应的多物理效应条件下基覆型边坡的变形失稳机理。
另外，本装置中采用透明的箱体，方便试验人员观察试验过程和视觉上的试验结果，有利于提高试验的准确性。加载板能够使加载机构加载到所模拟的基覆型边坡上的载荷更均匀，加载板上设置的漏水孔不会影响加载板上方所降的水进入到下方的岩土中。
附图说明
图1为基覆型边坡失稳模拟试验装置的结构示意图。
其中，1、箱体；11、框架；12、透明面；2、第一斜板；3、第二斜板；31、锯齿槽；5、可调支撑杆；6、岩土腔；7、加载板；71、漏水孔；8、加载机构；81、加载液压缸；82、加载支架；9、降雨器；91、条形箱；92、硬水管；93、喷洒头；94、电动阀；10、支架；101、加强板；102、工字钢支撑块；103、底座墩。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，该基覆型边坡失稳模拟试验装置包括透明的箱体1，箱体1包括通过钢件制成的矩形框架11，该钢件为方钢型材。框架11的正面和背面通过嵌装整块有机玻璃制成透明面12，四个侧面上均间隔焊接有与其厚度等长的加强杆，底面的加强杆之间的间隙更小，在底面的加强杆上铺设较厚的钢板并与框架11焊接固定。
在箱体1的底板上沿箱体1厚度方向间隔焊接两个短圆管，在第一斜板2的一端的中部焊接一个长圆管，将长圆管置于两个短圆管之间，使用一根外径小于圆管内径的螺栓穿过短圆管和长圆管并在端部用螺母锁紧，使得第一斜板2的一端与箱体1的底端铰接。第一斜板2的另一端与第二斜板3的一端铰接，第二斜板3的另一端与箱体1左侧面上的一根加强杆铰接，铰接方式均同第一斜板2与箱体1底端的铰接，以方便更换具有不同表面粗糙度的第一斜板2和第二斜板3。
第一斜板2和第二斜板3的中部通过可调支撑杆5支撑，可调支撑杆5优选为液压缸，液压缸的活塞杆端面支撑于第一斜板2或第二斜板3的底面上，通过控制液压缸活塞杆的伸长长度控制第一斜板2或第二斜板3的倾斜角度。由于第二斜板3倾斜得较陡，在其底面上加工有锯齿槽31用于防止可调支撑杆5支撑时滑脱，锯齿槽31的结构如图1所示。
被用作可调支撑杆5的液压缸的底端固定于箱体1的底板上，在第一斜板2或第二斜板3的下方沿其宽度方向并排固定有至少两个液压缸来支撑，不仅用来增加支撑强度，还用来使其支撑的对应斜板保持平衡。
箱体1通过支架10支撑于地面上，支架10与地面接触端连接有底座墩103。底座墩103为铸铁加工而成的方锥体，其顶部有容纳并固定支架10底端的方形腔，主要用于稳定支架10和起防滑的作用。
在支架10焊接有一块加强板101，加强板101位于箱体1底板与地面之间，在加强板101上焊接有多个工字钢支撑块102用来加强和支撑箱体1
第一斜板2和第二斜板3的宽度相同均等于箱体1的厚度，使第一斜板2、
第二斜板3与箱体1的两个透明面12合围成放置岩土的岩土腔6，在岩土腔6中按照基覆型边坡的结构形态堆积岩土，在岩土顶部放置一块钢板作为加载板7，加载板7上密集分布有贯穿其厚度的通孔作为漏水孔71。
加载板7的上方设置有加载机构8，加载机构8包括竖直设置的加载液压缸81，加载液压缸81通过加载支架82固定支撑于箱体1的上方，加载液压缸81的活塞杆伸入到箱体1中且位于加载板7的上方，为了增大该活塞杆与加载板7的接触面积，在活塞杆的端部固定有一块方形钢板，有利于荷载的均匀分布。
在箱体1的顶部固定有降雨器9，降雨器9包括封闭的条形箱91，条形箱91的底部通过硬水管92连接有多个喷洒头93，硬水管92与条形箱91连通，每个喷洒头93均独立对应设置有一个电动阀94。电动阀94采用电磁流量阀ZS10。将水泵送到条形箱91中进行储存，需要进行降雨试验时，由控制系统打开对应的电动阀94，并控制其开度，以控制降雨量。

Claims (10)

1.一种基覆型边坡失稳模拟试验装置，其特征在于，包括透明的箱体(1)，所述箱体(1)的底板上铰接有第一斜板(2)，所述第一斜板(2)与第二斜板(3)铰接，所述第二斜板(3)与所述箱体(1)的侧板铰接，所述第一斜板(2)和所述第二斜板(3)的中部通过可调支撑杆(5)支撑于箱体底板上方；
所述第一斜板(2)、第二斜板(3)与所述箱体(1)相对的两个侧板合围成放置岩土的岩土腔(6)，所述岩土腔(6)的顶部设置有加载板(7)，所述加载板(7)上设置有漏水孔(71)，所述加载板(7)的上方设置有加载机构(8)，所述岩土腔(6)的上方设置有降雨器(9)。
2.根据权利要求1所述的基覆型边坡失稳模拟试验装置，其特征在于，所述箱体(1)包括通过钢件制成的框架(11)，所述框架(11)的正面和背面通过嵌装玻璃制成透明面(12)。
3.根据权利要求1所述的基覆型边坡失稳模拟试验装置，其特征在于，所述箱体(1)通过支架(10)支撑于地面上，所述支架(10)上设置有加强板(101)，所述加强板(101)与所述箱体(1)的底板之间固定设置有多个工字钢支撑块(102)。
4.根据权利要求3所述的基覆型边坡失稳模拟试验装置，其特征在于，所述支架(10)与地面接触端连接有底座墩(103)。
5.根据权利要求1所述的基覆型边坡失稳模拟试验装置，其特征在于，所述第二斜板(3)与所述可调支撑杆(5)接触的面上设置有锯齿槽(31)。
6.根据权利要求1所述的基覆型边坡失稳模拟试验装置，其特征在于，所述第一斜板(2)或所述第二斜板(3)通过至少两个所述可调支撑杆(5)支撑。
7.根据权利要求1或6所述的基覆型边坡失稳模拟试验装置，其特征在于，所述可调支撑杆(5)为液压缸，其活塞杆的端面支撑于所述第一斜板(2)或第二斜板(3)上。
8.根据权利要求1所述的基覆型边坡失稳模拟试验装置，其特征在于，所述降雨器(9)包括封闭的条形箱(91)，所述条形箱(91)的底部通过硬水管(92)连接有喷洒头(93)，所述硬水管(92)与所述条形箱(91)连通，所述硬水管(92)上连接有电动阀(94)。
9.根据权利要求8所述的基覆型边坡失稳模拟试验装置，其特征在于，所述条形箱(91)的底部密集设置有多个所述喷洒头(93)，每个喷洒头(93)均设置有一个所述电动阀(94)。
10.根据权利要求1所述的基覆型边坡失稳模拟试验装置，其特征在于，所述加载机构(8)包括竖直设置的加载液压缸(81)，所述加载液压缸(81)通过加载支架(82)固定支撑于所述箱体(1)的上方，所述加载液压缸(81)的活塞杆伸入到所述箱体(1)中且位于所述加载板(7)的上方。
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