CN110530732A - 一种边坡失稳模型反演装置和反演方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种边坡失稳模型反演装置和反演方法。该装置的亚克力面板通过合页与木底板连接，面板上部与木底板通过支架铰接连接，通过支架的可伸缩性与可转动性可以使面板绕合页轴转动；后壁下部与木底板之间有三角支撑，后壁上部与木底板通过支架铰接连接，通过支架的可伸缩性与可转动性可以使后壁移动。数据采集显示器将采集到的土压力与孔隙水压力进行采集并显示。钢化玻璃两侧壁上标有竖直与水平方向的刻度值并有以合页轴为圆心的角度值。本发明可以模拟分析填土在不同工况下可能的最大成坡角度与高度，也可以观测边坡在不同工况下的破坏模式，为边坡稳定性和工程设计提供参考，操作便捷、可视化性强、经济实用。

Description

一种边坡失稳模型反演装置和反演方法
技术领域
本发明一种边坡失稳模型反演装置和反演方法，属于岩土工程技术领域。
背景技术
不稳定的天然斜坡和设计坡角过大的人工边坡，在岩、土体重力，水压力，振动力以及其他外力作用下，常发生滑动或崩塌破坏。大规模的边坡岩、土体破坏能引起交通中断，建筑物倒塌，江河堵塞，水库淤填，给人民生命财产带来巨大损失。边坡常见的失稳破坏形式有圆弧形破坏、平面破坏、楔体破坏和倾倒破坏。因此，预测边坡失稳的破坏时间、规模，以及危害程度，有助于事先采取防治措施，减轻地质灾害，使人工边坡的设计达到安全、经济的目的。
目前现有的关于模拟边坡失稳形式的模型箱功能单一，不能多方面的考虑多种因素同时对边坡失稳模式的影响。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种边坡失稳模型反演装置和反演方法，用于模拟分析填土在不同工况下可能的最大成坡角度和成坡高度，同时观测边坡在不同工况下的破坏模式，为提供边坡稳定性和工程设计提供参考。解决了现有模型箱的功能单一问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种边坡失稳模型反演装置，包括带刻度模型箱和应力监测装置；所述模型箱包括两侧壁、后壁、面板、木底板、螺纹杆；
所述应力监测装置包括：土压力计、孔隙水压力计、应变仪、数据采集显示器；
所述边坡失稳模型反演装置包括两侧壁、后壁、面板、木底板、土压力计、孔隙水压力计、应变仪、数据采集显示器和螺纹杆；
所述面板为亚克力材质，所述面板底部通过合页与木底板连接，所述面板外壁上部设置有伸缩型的前支架，所述前支架顶部与面板通过转轴和转轴架连接，所述前支架底部与所述木底板固定连接；所述面板外壁上部与木底板通过前支架铰接连接；所述面板两侧与两侧壁活动抵触；
所述后壁下部两侧与木底板之间有两个三角支撑，保证其稳定性；后壁外侧上部设置有伸缩型的后支架，所述后支架顶部与后壁外侧上部通过后转轴和后转轴架连接，所述后支架底部与所述木底板固定连接；
所述两侧壁上设置有竖直与水平方向的刻度值和以合页的轴为圆心的角度值，模型箱的所述两侧壁之间设置有螺纹杆；
土压力计与孔隙水压力计作为应变传感器与应变仪相连，应变仪通过USB接口与数据采集显示器相连，数据采集显示器将采集到的土压力与孔隙水压力进行采集并显示。
优选的，所述侧壁和后壁材质为普通玻璃。
优选的，所述两个侧壁分别在两端前部距离上部边缘设置有第三圆孔，所述第三圆孔位于面板外侧；所述两侧壁上的第三圆孔相匹配设置，第三圆孔内穿设有螺纹杆。
优选的，所述前支架和后支架均为伸缩型支架，所述伸缩型支架包括套接的外管和内管，所述外管一侧上部设置有一个孔眼和相配套的固定旋钮。所述外管和内管横截面优选为矩形。
优选的，所述伸缩型支架顶部设置有上底座，上底座连接面板或后壁，上底座上设置有上转轴架，所述上转轴架上设置上转轴，所述伸缩型支架顶端固定设置有上转轴套，所述上转轴套垂直于伸缩型支架，套设于上转轴外；
所述伸缩型支架底部设置有下底座，所述下底座连接木底板，所述下底座上设置有下转轴架，所述下转轴架上设置下转轴，所述伸缩型支架底端固定设置有下转轴套，所述下转轴套垂直于伸缩型支架，套设于下转轴外。
优选的，所述面板上部开设有四个第一圆孔，所述上底座通过第一圆孔安装于面板外壁上。
优选的，所述面板下部开设有六个第二圆孔，所述合页通过螺栓和第二圆孔安装于面板外壁下部。
使用所述的边坡失稳模型反演装置进行边坡反演的方法，包括如下步骤：
步骤1，根据所需的成坡角度与坡肩至坡顶的距离固定面板与后壁，然后分层填土压实，并在填土的过程中分别将多个土压力计与孔隙水压力计埋置在填土中；其中土压力计和孔隙水压力计等间隔均匀布置。
成坡完毕后，拆除面板；自然成坡，读取并记录坡角；将土压力计和孔隙水压力计与应变仪连接，并将应变仪和数据采集显示器连接；
步骤2，试验开始时，首先在横坡面逐步加载多个砝码，加载过程中，每加载一次，观察坡体，记录位移变化值，土压力值与孔隙水压力值；直至边坡失稳破坏，测量并记录破坏时滑动面参数与破坏时的坡角，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照后，结束试验；
步骤3，改变参数，继续进行以下试验：
1）采用同样的砂土参数，调整边坡高度，重复步骤1-2，观测并记录同一填土的加载破坏时临界坡角及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；
2）固定边坡高度，选取类型不同的填土，重复重复步骤1-2，，观测并记录不同填土的临界坡角及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；
3）改变成坡角度，采用相同的砂土参数，调整不同成坡角度，根据所需的成坡角度，固定面板与后壁，分层压实填筑填土，成坡完成后，读取并记录坡高，观测并记录同一填土的加载破坏时临界坡高及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；
4）固定模型成坡角度，选取类型不同的填土，根据所需的成坡角度，固定面板与后壁，分层压实填筑填土，成坡完成后，读取并记录坡高，观测并记录不同填土的加载破坏时临界坡高及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明装置的优点在于可以模拟分析填土在不同工况下可能的最大成坡角度和成坡高度，同时观测边坡在不同工况下的破坏模式，为提供边坡稳定性和工程设计提供参考。
（1）调整边坡高度，观测同一填土的临界坡角及破坏模式；
（2）固定边坡高度，观测不同填土的临界坡角及破坏模式；
（3）调整边坡模型成坡角度，观测同一填土可成坡的临界高度及破坏模式；
（4）固定边坡模型成坡角度，观测不同填土可成坡的临界高度及破坏模式；
（5）同时，可监测每一工况下土压力、孔隙水压力的变化。
附图说明
图1为本发明装置的左侧面图；
图2为本发明装置的右侧面图；
图3为本发明装置模型箱的俯视图。
图4为本发明实施例1的装置结构示意图。
图5为本发明装置的侧壁结构示意图。
图6为本发明装置的面板结构示意图。
图7为本发明装置的伸缩型支架结构示意图。
图8为本发明装置的上底座结构示意图。
图中，侧壁1、后壁2、面板3、木底板5、螺纹杆6、土压力计7、孔隙水压力计8、应变仪9、数据采集显示器10、横坡面11、外管12、内管13、上底座15、上转轴架16、上转轴17、上转轴套18、三角支撑 21、下底座22、下转轴架23、下转轴24、下转轴套25、刻度值28、角度尺29、第一圆孔 30、合页 31、第二圆孔 32、第三圆孔 33、成坡角度34、边坡高度35、前支架 41、后支架 42、固定旋钮47、轴311。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例，凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
一种边坡失稳模型反演装置，包括带刻度模型箱和应力监测装置；
所述模型箱包括两侧壁1、后壁2、亚克力面板3、木底板5、螺纹杆6；
所述应力监测装置包括：土压力计7、孔隙水压力计8、应变仪9、数据采集显示器10；
所述模型箱和应力监测装置为独立两部分，试验时将土压力计7和孔隙水压力计置于模型箱中，并将土压力计7和孔隙水压力计连接应变仪9、数据采集显示器10，共同工作，实现反演过程的监控。
所述亚克力面板 3 底部通过合页 31 与木底板 5 连接，所述面板 3 外壁上部设置有伸缩型的前支架 41 ，所述前支架 41 顶部与面板 3 通过转轴和转轴架连接，所述前支架底部与所述木底板固定连接；所述面板 3 外壁上部与木底板 5 通过前支架 41 铰接连接；所述面板 3 两侧与两侧壁 1 活动抵触；
所述后壁 2 下部两侧与木底板 5 之间有两个三角支撑 21 ，保证其稳定性；后壁 2外侧上部设置有伸缩型的后支架 42 ，所述后支架 42 顶部与后壁 2 外侧上部通过后转轴和后转轴架连接，所述后支架 42 底部与所述木底板固定连接；
所述前支架41和后支架42均为伸缩型支架，所述伸缩型支架包括套接的矩形截面外管12和内管13，所述矩形截面外管一侧上部设置有一个直径为7mm的孔眼和相配套的固定旋钮47。所述伸缩型支架通过旋转外管上的固定旋钮47顶紧内管，使其长度固定。
所述伸缩型支架顶部设置有上底座15，上底座15连接亚克力面板3或后壁2，上底座15上设置有上转轴架16，所述上转轴架16上设置上转轴17，所述伸缩型支架顶端固定设置有上转轴套18，所述上转轴套18垂直于伸缩型支架，套设于上转轴外；
所述伸缩型支架底部设置有下底座22，所述下底座22连接木底板 5 ，所述下底座22上设置有下转轴架23，所述下转轴架23上设置下转轴24，所述伸缩型支架底端固定设置有下转轴套25，所述下转轴套垂直于伸缩型支架，套设于下转轴24外。
所述模型箱的所述两侧壁之间设置有螺纹杆 6 ；所述两侧壁上设置有竖直与水平方向的刻度值28并有以合页 31 的轴311为圆心的角度尺29；
所述侧壁 1 和后壁 2 材质为普通玻璃。所述两个侧壁 1 分别在两端前部距离上部边缘设置有第三圆孔 33 ，所述第三圆孔位于亚克力面板 3 外侧；所述两侧壁上的第三圆孔 33 相匹配设置，第三圆孔 33 内穿设有螺纹杆 6 。
土压力计 7 与孔隙水压力计 8 作为应变传感器与应变仪 9 相连，应变仪 9 通过USB接口与数据采集显示器 10 相连，数据采集显示器 10 将采集到的土压力与孔隙水压力进行采集并显示。
所述亚克力面板3上部开设有四个第一圆孔 30 ，所述上底座通过第一圆孔安装于亚克力面板外壁上。
所述亚克力面板3下部开设有六个第二圆孔 32 ，所述合页通过螺栓和第二圆孔32 安装于亚克力面板外壁下部。
所述前支架 41为伸缩型性与可转动性，可以使面板 3 绕着合页 31 轴转动；
该模型箱普通玻璃侧壁 1 与木底板 5 通过玻璃胶粘结；前支架 41 的下底座22 与木底板 5 通过玻璃胶粘结固定；前支架 41 的上底座 15 设置有四个孔，通过螺栓与亚克力面板 3 固定；后支架 42 的上底座 15 、下底座 22 与木底板 5 和后壁 2 通过玻璃胶粘结连接；支架 4 的可伸缩性通过固定旋钮 47 调解；面板 3 与合页 31 通过螺栓连接；三角支撑 21 与后壁 2 通过玻璃胶粘结固定；侧壁 1 与螺纹杆 6 通过螺栓连接。
使用所述边坡失稳模型进行反演试验的方法，包括如下步骤：
1. 成坡高度设定为300-1000mm，根据所需的成坡角度与坡肩至坡顶的距离固定面板3 与后壁 2 ，然后分层填土压实，并在填土的过程中分别将多个土压力计 7 与孔隙水压力计 8 埋置在距离坡顶深度为50-200mm、200-300mm、300-500mm处，坡高超过500mm时，在500mm-800mm处分别增加一层土压力计与孔隙水压力计，。其中土压力计和孔隙水压力计等间隔均匀布置。
模型箱1内填土的填充方法为：将砂土分为多份，以每层50-100mm的厚度分层击实放入模型箱1内。具体方法为：分别取3次砂土试样进行含水率测定，取平均值，记录含水率；然后以70%的相对密实度计算每层所需砂土重量，分层放入模型箱1内击实，通过击实恒定质量的砂土至设定高度来保证相对密实度的实现。
继续填土压实至目标高度，成坡完毕后，拆除面板3；自然成坡，读取并记录坡角。然后将土压力计 7 和孔隙水压力计 8 与应变仪 9 连接，并将应变仪 9 和数据采集显示器 10 连接。
2.试验开始时，首先在横坡面11上砝码的加载位置处36加5-15kg的砝码，持荷0.5-2min，继续加载。前期每次加载5-15kg，加载过程中，每加载一次，观察坡体，记录位移变化值，土压力值与孔隙水压力值；加载至位移超过6-15mm时，每次加载改为2-5kg，直至边坡失稳破坏，测量并记录破坏时滑动面参数与破坏时的坡角，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照后，即结束试验。
3.改变所需的参数，继续进行以下试验：
（1）采用同样的砂土参数，调整边坡高度35为300-1000mm，重复以上试验步骤，观测并记录同一填土的加载破坏时临界坡角及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；通过调整边坡高度，观测得到同一填土的临界坡角及破坏模式；
（2）固定边坡高度35，选取类型不同的填土（如黄土、粉土、黏土），重复以上试验步骤，观测并记录不同填土的临界坡角及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；观测得到不同填土的临界坡角及破坏模式；
（3）改变成坡角度34时，采用与实施例1相同的砂土参数，调整边坡角度（30°-75°），根据所需的成坡角度，固定面板 3 与后壁 2，分层压实填筑填土，成坡完成后，读取并记录坡高，其余试验步骤与实施例1相同，观测并记录同一填土的加载破坏时临界坡高及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；观测得到同一填土可成坡的临界高度及破坏模式；
（4）固定模型成坡角度34，选取类型不同的填土（如黄土、粉土、黏土），根据所需的成坡角度，固定面板 3 与后壁 2，分层压实填筑填土，成坡完成后，读取并记录坡高，其余试验步骤与实例1相同，观测并记录不同填土的加载破坏时临界坡高及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照。可监测每一工况下土压力、孔隙水压力的变化。
本发明装置的优点在于可以模拟分析填土在不同工况下可能的最大成坡角度和成坡高度，同时观测边坡在不同工况下的破坏模式，为提供边坡稳定性和工程设计提供参考。
实施例1
所述模型箱中，第一圆孔 30 的直径为7mm，左右第一圆孔 30 之间的孔心距为52mm，上下第一圆孔 30的孔心距为160mm；
第二圆孔 32 的直径为5.3mm，第二圆孔 32 之间的孔心距为26mm，第二圆孔 33 的螺纹直径为8mm。
所述的支架 4 上底座 15 的尺寸为：长度175mm，宽度为110mm；下底座22 的尺寸为：长度为230mm，宽度为100mm；支架外管上设置有带内螺纹的孔眼和与之配套的带外螺纹的固定旋钮，所述固定旋钮 47 直径为7mm；固定旋钮与内管接触端设置有弹性橡胶层，有助于增大固定旋钮与内管的摩擦力，对内管和外管的位置进行有效固定。
模型箱的侧壁 1 、后壁 2 均为普通玻璃，面板 3 采用亚克力材料。侧壁 1 的长度为1000mm，高度为750mm，厚度为8mm，后壁 2 的长度为500mm，高度为750mm，厚度为8mm，面板 3 的长度为500mm，高度为750mm，厚度为5mm，底板 5 为木制底板，其长度为1000mm，宽度为516mm，厚度为18mm，两根螺纹杆 6 的长度为600mm。
本实施例中模型箱1的尺寸为1000mm×500mm×750mm（长×宽×高），选用砂土为填土，成坡高度设定为500mm。
使用所述边坡失稳模型进行反演试验的方法，包括如下步骤：
1.根据所需的成坡角度与坡肩至坡顶的距离固定面板 3 与后壁 2 ，然后分层填土压实，并在填土的过程中分别将多个土压力计 7 与孔隙水压力计 8 埋置在距离坡顶深度为150mm、250mm、350mm处。其中土压力计和孔隙水压力计等间隔均匀布置。
模型箱1内填土的填充方法为：将砂土分为多份，以每层50mm的厚度分十层分别击实放入模型箱1内。具体方法为：分别取3次砂土试样进行含水率测定，取平均值，记录含水率；然后以70%的相对密实度计算每层所需砂土重量，分层放入模型箱1内击实，通过击实恒定质量的砂土至设定高度来保证相对密实度的实现。
继续填土压实至目标高度，成坡完毕后，拆除面板3；自然成坡，读取并记录坡角。然后将土压力计 7 和孔隙水压力计 8 与应变仪 9 连接，并将应变仪 9 和数据采集显示器 10 连接。
2.试验开始时，首先在横坡面11上砝码的加载位置处36加10kg的砝码，持荷1min，继续加载。前期每次加载10kg，加载过程中，每加载一次，观察坡体，记录位移变化值，土压力值与孔隙水压力值；加载至位移超过15mm时，每次加载改为5kg，直至边坡失稳破坏，测量并记录破坏时滑动面参数与破坏时的坡角，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照后，即结束试验。
3.改变所需的参数，继续进行以下试验：
（1）采用同样的砂土参数，调整边坡高度35（450，550mm,600mm,700mm），重复以上试验步骤，观测并记录同一填土的加载破坏时临界坡角及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；
（2）固定边坡高度35，选取类型不同的填土（如黄土、粉土、黏土），重复以上试验步骤，观测并记录不同填土的临界坡角及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；
（3）改变成坡角度34时，采用与实施例1相同的砂土参数，调整边坡角度（30°，45°，60°），根据所需的成坡角度，固定面板 3 与后壁 2，分层压实填筑填土，成坡完成后，读取并记录坡高，其余试验步骤与实施例1相同，观测并记录同一填土的加载破坏时临界坡高及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；
（4）固定模型成坡角度34，选取类型不同的填土（如黄土、粉土、黏土），根据所需的成坡角度，固定面板 3 与后壁 2，分层压实填筑填土，成坡完成后，读取并记录坡高，其余试验步骤与实例1相同，观测并记录不同填土的加载破坏时临界坡高及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照。
实施例2
使用所述边坡边坡失稳模型进行反演试验的方法，包括如下步骤：
1. 成坡高度设定为300mm，根据所需的成坡角度与坡肩至坡顶的距离固定面板 3 与后壁 2 ，然后分层填土压实，并在填土的过程中分别将多个土压力计 7 与孔隙水压力计8 埋置在距离坡顶深度为50mm、100mm、150mm处。其中土压力计和孔隙水压力计等间隔均匀布置。
模型箱1内填土的填充方法为：将砂土分为多份，以每层50mm的厚度分六层分别击实放入模型箱1内。具体方法为：分别取3次砂土试样进行含水率测定，取平均值，记录含水率；然后以70%的相对密实度计算每层所需砂土重量，分层放入模型箱1内击实，通过击实恒定质量的砂土至设定高度来保证相对密实度的实现。
继续填土压实至目标高度，成坡完毕后，拆除面板3；自然成坡，读取并记录坡角。然后将土压力计 7 和孔隙水压力计 8 与应变仪 9 连接，并将应变仪 9 和数据采集显示器 10 连接。
2.试验开始时，首先在横坡面11上砝码的加载位置处36加5kg的砝码，持荷0.5min，继续加载。前期每次加载5kg，加载过程中，每加载一次，观察坡体，记录位移变化值，土压力值与孔隙水压力值；加载至位移超过6mm时，每次加载改为2kg，直至边坡失稳破坏，测量并记录破坏时滑动面参数与破坏时的坡角，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照后，即结束试验。
3.改变所需的参数，继续进行以下试验：
（1）采用同样的砂土参数，调整边坡高度35为300-1000mm，重复以上试验步骤，观测并记录同一填土的加载破坏时临界坡角及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；
（2）固定边坡高度35，选取类型不同的填土（如黄土、粉土、黏土），重复以上试验步骤，观测并记录不同填土的临界坡角及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；
（3）改变成坡角度34时，采用与实施例1相同的砂土参数，调整边坡角度（30°，45°，60°），根据所需的成坡角度，固定面板 3 与后壁 2，分层压实填筑填土，成坡完成后，读取并记录坡高，其余试验步骤与实施例1相同，观测并记录同一填土的加载破坏时临界坡高及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；
（4）固定模型成坡角度34，选取类型不同的填土（如黄土、粉土、黏土），根据所需的成坡角度，固定面板 3 与后壁 2，分层压实填筑填土，成坡完成后，读取并记录坡高，其余试验步骤与实例1相同，观测并记录不同填土的加载破坏时临界坡高及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照。
实施例3
使用所述边坡边坡失稳模型进行反演试验的方法，包括如下步骤：
成坡高度设定为1000mm，根据所需的成坡角度与坡肩至坡顶的距离固定面板 3 与后壁 2 ，然后分层填土压实，并在填土的过程中分别将多个土压力计 7 与孔隙水压力计 8埋置在距离坡顶深度为150mm、300mm、500mm、650mm、处。其中土压力计和孔隙水压力计等间隔均匀布置。
模型箱1内填土的填充方法为：将砂土分为多份，以每层100mm的厚度分十层分别击实放入模型箱1内。具体方法为：分别取3次砂土试样进行含水率测定，取平均值，记录含水率；然后以70%的相对密实度计算每层所需砂土重量，分层放入模型箱1内击实，通过击实恒定质量的砂土至设定高度来保证相对密实度的实现。
继续填土压实至目标高度，成坡完毕后，拆除面板3；自然成坡，读取并记录坡角。然后将土压力计 7 和孔隙水压力计 8 与应变仪 9 连接，并将应变仪 9 和数据采集显示器 10 连接。
2.试验开始时，首先在横坡面11上砝码的加载位置处36加15kg的砝码，持荷2min，继续加载。前期每次加载15kg，加载过程中，每加载一次，观察坡体，记录位移变化值，土压力值与孔隙水压力值；加载至位移超过15mm时，每次加载改为10kg，直至边坡失稳破坏，测量并记录破坏时滑动面参数与破坏时的坡角，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照后，即结束试验。
3.改变所需的参数，继续进行以下试验：
（1）采用同样的砂土参数，调整边坡高度35为300-1000mm，重复以上试验步骤，观测并记录同一填土的加载破坏时临界坡角及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；
（2）固定边坡高度35，选取类型不同的填土（如黄土、粉土、黏土），重复以上试验步骤，观测并记录不同填土的临界坡角及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；
（3）改变成坡角度34时，采用与实施例1相同的砂土参数，调整边坡角度（30°，45°，60°，75°），根据所需的成坡角度，固定面板 3 与后壁 2，分层压实填筑填土，成坡完成后，读取并记录坡高，其余试验步骤与实施例1相同，观测并记录同一填土的加载破坏时临界坡高及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；
（4）固定模型成坡角度34，选取类型不同的填土（如黄土、粉土、黏土），根据所需的成坡角度，固定面板 3 与后壁 2，分层压实填筑填土，成坡完成后，读取并记录坡高，其余试验步骤与实例1相同，观测并记录不同填土的加载破坏时临界坡高及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照。
本发明不会限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽范围。

Claims (10)

1.一种边坡失稳模型反演装置，其特征在于，包括带刻度模型箱和应力监测装置；
所述模型箱包括两侧壁（1）、后壁（2）、面板（3）、木底板（5）、螺纹杆（6）；
所述应力监测装置包括：土压力计（7）、孔隙水压力计（8）、应变仪（9）、数据采集显示器（10）；
所述面板为亚克力材质，所述面板（3）底部通过合页（31）与木底板（5）连接，所述面板（3）外壁上部设置有伸缩型的前支架（41），所述前支架（41）顶部与面板（3）通过转轴和转轴架连接，所述前支架底部与所述木底板固定连接；所述面板（3）外壁上部与木底板（5）通过前支架（41）铰接连接；所述面板（3）两侧与两侧壁（1）活动抵触；
所述后壁（2）下部两侧与木底板（5）之间有两个三角支撑（21），后壁（2）外侧上部设置有伸缩型的后支架（42），所述后支架（42）顶部与后壁（2）外侧上部通过后转轴和后转轴架连接，所述后支架（42）底部与所述木底板固定连接；
所述两侧壁（1）上设置有竖直与水平方向的刻度值和以合页（31）的轴为圆心的角度尺，模型箱的所述两侧壁之间设置有螺纹杆（6）；
土压力计（7）与孔隙水压力计（8）作为应变传感器与应变仪（9）相连，应变仪（9）通过USB接口与数据采集显示器（10）相连，数据采集显示器（10）将采集到的土压力与孔隙水压力进行采集并显示。
2.根据权利要求1所述的一种边坡失稳模型反演装置，其特征在于：所述侧壁（1）和后壁（2）材质为普通玻璃。
3.根据权利要求1所述的一种边坡失稳模型反演装置，其特征在于：所述两个侧壁（1）分别在两端前部距离上部边缘设置有第三圆孔（33），所述第三圆孔位于面板（3）外侧；所述两侧壁上的第三圆孔（33）相匹配设置，第三圆孔（33）内穿设有螺纹杆（6）。
4.根据权利要求1所述的一种边坡失稳模型反演装置，其特征在于：所述前支架和后支架均为伸缩型支架，所述伸缩型支架包括套接的外管（12）和内管（13），所述外管一侧上部设置有一个孔眼和相配套的固定旋钮。
5.根据权利要求4所述的一种边坡失稳模型反演装置，其特征在于：所述外管（12）和内管（13）横截面为矩形。
6.根据权利要求4所述的一种边坡失稳模型反演装置，其特征在于：所述伸缩型支架顶部设置有上底座（15），上底座连接面板或后壁，上底座上设置有上转轴架（16），所述上转轴架上设置上转轴（17），所述伸缩型支架顶端固定设置有上转轴套（18），所述上转轴套垂直于伸缩型支架，套设于上转轴外；
所述伸缩型支架底部设置有下底座（22），所述下底座连接木底板（5），所述下底座上设置有下转轴架（23），所述下转轴架上设置下转轴（24），所述伸缩型支架底端固定设置有下转轴套（25），所述下转轴套垂直于伸缩型支架，套设于下转轴外。
7.根据权利要求1所述的一种边坡失稳模型反演装置，其特征在于：所述面板上部开设有四个第一圆孔（30），所述上底座通过第一圆孔安装于面板外壁上。
8.根据权利要求1所述的一种边坡失稳模型反演装置，其特征在于：所述面板下部开设有六个第二圆孔（32），所述合页通过螺栓和第二圆孔（32）安装于面板外壁下部。
9.使用权利要求1-8任一所述的边坡失稳模型反演装置进行边坡反演的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，根据所需的成坡角度与坡肩至坡顶的距离固定面板与后壁，然后分层填土压实，并在填土的过程中分别将多个土压力计与孔隙水压力计埋置在填土中；
成坡完毕后，拆除面板；自然成坡，读取并记录坡角；将土压力计和孔隙水压力计与应变仪连接，并将应变仪和数据采集显示器连接；
步骤2，试验开始时，首先在横坡面逐步加载多个砝码，加载过程中，每加载一次，观察坡体，记录位移变化值，土压力值与孔隙水压力值；直至边坡失稳破坏，测量并记录破坏时滑动面参数与破坏时的坡角，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照后，结束试验；
步骤3，改变参数，继续进行以下试验：
1）采用同样的砂土参数，调整边坡高度，重复步骤1-2，观测并记录同一填土的加载破坏时临界坡角及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；
2）固定边坡高度，选取类型不同的填土，重复重复步骤1-2，，观测并记录不同填土的临界坡角及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；
3）改变成坡角度，采用相同的砂土参数，调整不同成坡角度，根据所需的成坡角度，固定面板与后壁，分层压实填筑填土，成坡完成后，读取并记录坡高，观测并记录同一填土的加载破坏时临界坡高及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照；
4）固定模型成坡角度，选取类型不同的填土，根据所需的成坡角度，固定面板与后壁，分层压实填筑填土，成坡完成后，读取并记录坡高，观测并记录不同填土的加载破坏时临界坡高及滑动面参数，记录土压力值与孔隙水压力值，拍照。
10.根据权利要求9所述的边坡反演的方法，其特征在于，步骤1中所述土压力计和孔隙水压力计等间隔均匀布置。
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