CN110634374B - 模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置 - Google Patents

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Abstract

本提供一种模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置，包括实验台固定部和实验台移动部，实验台固定部包括固定承压板、以及设置于固定承压板上的固定容纳槽，固定承压板底部固定设置，固定容纳槽侧面设有固定侧开口；实验台移动部包括移动承压板、设置于移动承压板上的移动容纳槽、以及设置于移动承压板底部的滑轨支架，移动容纳槽侧面设有移动侧开口，滑轨支架上设有垂直设置的张拉滑轨和剪切滑轨，移动承压板可滑动的设置于张拉滑轨和剪切滑轨上，移动侧开口与固定侧开口对齐，拼接为上端开口侧围封闭的样品槽。本发明的有益效果：模拟由滑坡水平位移导致建构筑物变形破坏过程，为研究滑坡水平运动下建构筑物的易损性提供依据。

Description

模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置
技术领域
本发明涉及地质灾害模型实验技术领域，尤其涉及一种模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置。
背景技术
滑坡是我国最常见的地质灾害类型。因受土地资源条件及社会经济政策等多方面因素限制，我国大量地区(例如：三峡库区)只能以滑坡作为居民建筑用地，并有进一步开发利用古老滑坡来满足城镇发展需要的趋势。这些滑坡中的绝大多数并未进入失稳破坏阶段，而是以渐进式的蠕动变形对其上居民房屋、管线、杆塔等建构筑物造成损坏或破坏。由于滑坡对建构筑物的作用机理十分复杂，以往针对滑坡作用下建构筑物变形破坏规律的分析和损坏程度的评估主要是基于历史灾情数据的调查统计分析方法，定量化的研究手段明显不足。2011年吴越等研发了模拟滑坡冲击破坏建筑物全过程的实验装置，为滑坡作用下建构筑物变形破坏规律及损坏程度的定量化研究提供了实验手段，但是，针对滑坡上建构筑物变形破坏过程的实验研究鲜有展开。
目前，涉及模拟建构筑物变形破坏过程的室内模型实验装置主要是针对地震或地面沉降设计构建的，前者主要集中在模拟建构筑物基础振动对上部结构的影响，后者主要集中在模拟建构筑物基础垂直位移对上部结构的影响，例如：中国专利CN108362856A公开了一种模拟城市高密集区地面长期沉降的模型实验装置，CN109545069A公开了一种模拟采空区建筑物不均匀沉降的实验装置及使用方法，以上实验装置未考虑建构筑物基础的不均匀水平运动对其上部结构的影响，而滑坡恰恰会造成其上建构筑物基础的水平运动，因此，现有实验装置不能满足模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的需要，实验装置亟待研发。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置。
本发明的实施例提供一种模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置，包括实验台固定部和实验台移动部，
所述实验台固定部包括固定承压板、以及设置于所述固定承压板上的固定容纳槽，所述固定承压板底部固定设置，所述固定容纳槽上端和侧面均设置开口，其侧面开口为固定侧开口；
所述实验台移动部设置于所述固定侧开口的侧面，包括移动承压板、设置于所述移动承压板上的移动容纳槽、以及设置于所述移动承压板底部的滑轨支架，所述移动容纳槽上端和侧面均设置开口，其侧面开口为移动侧开口，所述滑轨支架上设有垂直设置的张拉滑轨和剪切滑轨，所述移动承压板可滑动的设置于所述张拉滑轨和所述剪切滑轨上，所述移动侧开口与所述固定侧开口对齐，拼接为上端开口侧围封闭的样品槽，所述样品槽用于容置滑体样品，所述滑体样品上部设置建构筑物，所述固定侧开口的朝向为所述张拉滑轨的滑动方向，所述实验台移动部沿着所述张拉滑轨滑动用以模拟滑坡张拉破坏或反方向模拟滑坡鼓胀破坏，以及沿着所述剪切滑轨滑动用以模拟滑坡剪切破坏。
进一步地，包括数据监测系统，所述数据监测系统包括多个摄像头、多个土压力盒和多个应变片，所有摄像头环绕所述实验台固定部和所述实验台移动部设置，所有土压力盒分别设置于所述样品槽内的滑体样品内，所有应变片设置于所述建构筑物上。
进一步地，所述数据监测系统还包括数据采集仪和计算机，所述数据采集仪分别连接所有土压力盒和所有应变片，所述数据采集仪还连接所述计算机，所述计算机用于控制所述数据采集仪采集数据并存储数据。
进一步地，所述移动承压板底部设有移动承压架，所述移动承压架底部设有多个剪切滑轮和多个张拉滑轮，所述剪切滑轨包括平行设置的两滑道，所述张拉滑轨均包括平行设置的四滑道，所有剪切滑轮分为两排分别设置于所述剪切滑轨的两滑道上，所有张拉滑轮分为四列分别设置于所述张拉滑轨的四滑道上。
进一步地，所述移动承压架上还设有剪切电机、剪切螺杆、张拉电机和张拉螺杆，所述剪切电机固定于所述移动承压架上，所述剪切螺杆设置于所述剪切滑轨的两滑道之间，所述剪切螺杆连接所述剪切电机且螺纹连接所述移动承压架，所述张拉电机固定于所述移动承压架上，所述张拉螺杆设置于所述张拉滑轨的两滑道之间，所述张拉螺杆连接所述张拉电机且螺纹连接所述移动承压架。
进一步地，包括电机配电数控数显箱，所述电机配电数控数显箱分别连接所述剪切电机和所述张拉电机。
进一步地，所述固定承压板底部设有固定承压架，所述固定承压架底部设有多个固定支撑部，所述固定支撑部固定于地面。进一步地，所述固定容纳槽包括三槽围挡板和固定侧向挡板，所述三槽围挡板下端固定于所述固定承压上且围成一侧缺口的矩形槽，该缺口为所述固定侧开口，所述固定侧向挡板固定于所述固定侧开口一端并向外侧延伸，所述移动容纳槽为与所述固定容纳槽相同的矩形槽，所述移动侧开口与所述固定侧开口对齐形成侧围封闭的矩形样品槽。
进一步地，所述移动容纳槽还包括水平挡板和移动侧向挡板，所述水平挡板一端可拆卸固定于所述移动承压板上，另一端置于所述固定承压板上，所述移动侧向挡板固定于所述移动侧开口一端并向外侧延伸，且所述移动侧向挡板和所述固定侧向挡板分别设置于所述样品槽两侧。
进一步地，所述样品槽的底部设有刻度标识，所述刻度标识包括长度标识和角度标识。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置，所述装置上布置滑坡滑体及建构筑物结构物理模型，按照滑体沿剪切或张拉(鼓胀)不同模式破坏的实验工况，并通过控制实验台移动端的位移速度设计实验方案，即可模拟由滑坡或地基水平位移导致建构筑物变形破坏的过程，可为研究滑坡上或地基水平运动模式下建构筑物的易损性提供依据。实现了对建构筑物地基水平位移情景工况的模拟，解决了目前缺乏由地基水平位移导致建构筑物变形破坏的模拟实验装置问题，为研究滑坡上或地基水平运动模式下建构筑物的易损性提供了新途径。
附图说明
图1是本发明模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置的立体图；
图2是本发明模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置的俯视图；
图3是本发明模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置的仰视图；
图4是本发明模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置的左视图。
图中：1-固定承压板、2-固定承压架、3-固定支撑部、4-移动承压板、5-移动承压架、6-剪切滑轮、7-张拉滑轮、8-剪切滑轨、9-张拉滑轨、10-固定侧向挡板、11-移动侧向挡板、12-槽围挡板、13-刻度标识、14-剪切螺杆，15-剪切电机、16-张拉螺杆、17-张拉电机、18-电机配电数控数显箱、19-摄像头、20-数据采集仪、21-计算机、22-滑轨支架、23-滑道、24-固定收容槽、25-移动容纳槽、26-固定侧开口、27-移动侧开口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置，包括实验台固定部、实验台移动部和数据监测系统。
请参考图1、2和3，所述实验台固定部与所述实验台移动部组成本实验装置的实验台。所述实验台固定部包括固定承压板1、以及设置于所述固定承压板1上的固定容纳槽24。所述固定承压板1底部设有固定承压架2，这里所述固定承压板1为矩形钢板，所述固定承压架2是由等间距钢管焊接成的矩形框架，表面喷涂防锈涂料，所述固定承压板1通过螺栓固定于所述固定承压架2上。所述固定承压架2底部设有多个固定支撑部3，所述固定支撑部3可通过螺栓固定于地面。本实施例中所述固定支撑部3的数量为八个，八所述固定支撑部3均匀分布于所述固定承压架2底部。
所述固定容纳槽24包括三槽围挡板12和固定侧向挡板10，所述三槽围挡板12下端分别固定于所述固定承压板1的三边，所述槽围挡板12下端与所述固定承压板1通过螺栓固定连接。且所述三槽围挡板12均垂直所述固定承压板1，所述三槽围挡板12围成一侧缺口的矩形槽，该缺口为固定侧开口26，所述固定侧向挡板10固定于所述固定侧开口26一端并向外侧延伸。本实施例中所述槽围挡板12和所述固定侧向挡板10均为透明有机玻璃板。
请参考图1、2和4，所述实验台移动部设置于所述固定侧开口26的侧面，包括移动承压板4、设置于所述移动承压板上的移动容纳槽25、以及设置于所述移动承压板4底部的滑轨支架22。所述移动承压板4底部设有移动承压架5，这里所述移动承压板4是与所述固定承压板1相同的矩形钢板，所述移动承压架5是由等间距钢管焊接成的矩形框架。
所述移动承压架5底部设有多个剪切滑轮6和多个张拉滑轮7，所有剪切滑轮6分为两排，所有张拉滑轮7分为四列，所述剪切滑轮6和所述张拉滑轮7均通过滑轮支架可拆卸固定于所述移动承压架5底部，所述剪切滑轮6和所述张拉滑轮7可根据所述移动承压板4移动方向拆卸安装。本实施例中所述剪切滑轮6和所述张拉滑轮7的数量均为八个。
所述滑轨支架22上设有垂直设置的张拉滑轨9和剪切滑轨8，所述移动承压板4可滑动的设置于所述张拉滑轨9和所述剪切滑轨8上。具体的，所述剪切滑轨8包括平行设置的两滑道23，所述张拉滑轨9包括平行设置的四滑道23，两排所述剪切滑轮6分为两排分别设置于所述剪切滑轨8的两滑道23上，四列所述张拉滑轮7分别设置于所述张拉滑轨9的四滑道23上。
所述移动承压架5上还设有剪切电机15、剪切螺杆14、张拉电机17和张拉螺杆16，所述剪切电机15固定于所述移动承压架5上，所述剪切螺杆14设置于所述剪切滑轨8的两滑道23之间，所述剪切螺杆14与这两滑道23平行，所述剪切螺杆14连接所述剪切电机15且螺纹连接所述移动承压架5，所述剪切电机15驱动所述剪切螺杆14转动进而使所述移动承压架5沿着所述剪切滑轨8的两滑道23滑动。所述张拉电机17固定于所述移动承压架5上，所述张拉螺杆16设置于所述张拉滑轨9的两滑道23之间，所述张拉螺杆16与这两滑道23平行，所述张拉螺杆16连接所述张拉电机17且螺纹连接所述移动承压架5，所述张拉电机17驱动所述张拉螺杆16转动进而使所述移动承压架5沿着所述张拉滑轨9的两滑道23滑动。这里所述剪切电机15和所述张拉电机17均可根据实际需要加装减速器。
请参考图1，本实施例中的实验装置还设有电机配电数控数显箱18，所述电机配电数控数显箱18分别连接所述剪切电机15和所述张拉电机17。所述剪切电机15和所述张拉电机17的运动受所述电机配电数控数显箱18控制，所述电机配电数控数显箱18上可调节并显示电机频率，可换算为移动端运动速度。本实施例中，所述剪切电机15和所述张拉电机17规格型号相同，电机功率为1.5kw,电压220v，频率可调节范围为0-50Hz,对应实验台空载运移速度为0-10mm/s；螺杆半径25mm、长1300mm。
请参考图1、2和4，所述移动容纳槽25为与所述固定容纳槽24相同的矩形槽，所述移动容纳槽25上端和侧面均设置开口，其侧面开口为移动侧开口27，所述移动侧开口27与所述固定侧开口26对齐形成侧围封闭的矩形样品槽，所述样品槽用于容置滑体样品。所述移动容纳槽25还包括水平挡板和移动侧向挡板11，所述水平挡板一端可拆卸固定于所述移动承压板4上，另一端置于所述固定承压板1上。在所述移动承压板4沿着所述张拉滑轨9滑动时，所述水平挡板堵住所述移动承压板4和所述固定承压板1之间的间隙，防止滑体样品向下漏出。所述移动侧向挡板11固定于所述移动侧开口27一端并向外侧延伸，所述移动侧向挡板11和所述固定侧向挡板10延伸方向相反，分别设置于所述样品槽两侧，这样在所述移动承压板4沿着所述剪切滑轨8滑动时，所述移动侧向挡板11和所述固定侧向挡板10堵住所述移动侧开口27和所述固定侧开口26之间的间隙，防止滑体样品侧向漏出。本实施例中，所述水平挡板、所述移动侧向挡板11与所述移动承压板4之间均是通过螺栓固定，所述水平挡板的宽度与所述移动容纳槽27宽度相同，所述移动侧向挡板11、所述固定侧向挡板10的高度与所述样品槽高度相同。
请参考图2，所述样品槽的底部设有刻度标识13，所述刻度标识13包括长度标识和角度标识。具体的，所述长度标识为篆刻于所述固定承压板1和所述移动承压板4表面的长宽方向的长度标记，这里长度标记环绕所述固定承压板1和所述移动承压板4边缘设置；所述角度标识是以所述样品槽槽底中心为圆心的角度等分刻度标志。本实施例中，长度标识间距为100mm×100mm，角度标识间距为15°
请参考图1，所述数据监测系统包括多个摄像头19、多个土压力盒和多个应变片，所有摄像头19环绕所述实验台固定部和所述实验台移动部设置，所有土压力盒分别设置于所述样品槽内的滑体样品内，用于监测滑体样品的土压力，所有应变片设置于建构筑物上，用于监测建构筑物的应力应变。所述数据监测系统还包括数据采集仪20和计算机21，所述数据采集仪20分别连接所有土压力盒和所有应变片，所述数据采集仪还连接所述计算机21，所述计算机21用于控制所述数据采集仪采集数据并存储数据。
本发明的实施例提供了一种模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置在使用时，首先在所述样品槽内布置滑体样品，及在滑体样品上布置建构筑物结构模型，控制所述移动容纳槽25沿着所述剪切滑轨8滑动，所述移动容纳槽25和所述固定收容槽24错开，使所述滑体样品受剪切破坏。或控制所述移动容纳槽25沿着所述张拉滑轨9滑动，所述移动容纳槽25和所述固定收容槽24分离或合拢，使所述滑体样品受张拉或鼓胀破坏。并通过控制所述移动容纳槽25的位移速度设计实验方案，即可模拟由滑坡或地基水平位移导致建构筑物变形破坏的过程，可为研究滑坡上或地基水平运动模式下建构筑物的易损性提供依据。在本实施例中，所述建构筑物模型为缩尺模型。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置，其特征在于：包括实验台固定部和实验台移动部，
所述实验台固定部包括固定承压板、以及设置于所述固定承压板上的固定容纳槽，所述固定承压板底部固定设置，所述固定容纳槽上端和侧面均设置开口，其侧面开口为固定侧开口；
所述实验台移动部设置于所述固定侧开口的侧面，包括移动承压板、设置于所述移动承压板上的移动容纳槽、以及设置于所述移动承压板底部的滑轨支架，所述移动容纳槽上端和侧面均设置开口，其侧面开口为移动侧开口，所述滑轨支架上设有垂直设置的张拉滑轨和剪切滑轨，所述移动承压板可滑动的设置于所述张拉滑轨和所述剪切滑轨上，所述移动侧开口与所述固定侧开口对齐，拼接为上端开口侧围封闭的样品槽，所述样品槽用于容置滑体样品，所述滑体样品上部设置建构筑物，所述固定侧开口的朝向为所述张拉滑轨的滑动方向，所述实验台移动部沿着所述张拉滑轨滑动用以模拟滑坡张拉破坏或反方向模拟滑坡鼓胀破坏，以及沿着所述剪切滑轨滑动用以模拟滑坡剪切破坏。
2.如权利要求1所述的模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置，其特征在于：包括数据监测系统，所述数据监测系统包括多个摄像头、多个土压力盒和多个应变片，所有摄像头环绕所述实验台固定部和所述实验台移动部设置，所有土压力盒分别设置于所述样品槽内的滑体样品内，所有应变片设置于所述建构筑物上。
3.如权利要求2所述的模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置，其特征在于：所述数据监测系统还包括数据采集仪和计算机，所述数据采集仪分别连接所有土压力盒和所有应变片，所述数据采集仪还连接所述计算机，所述计算机用于控制所述数据采集仪采集数据并存储数据。
4.如权利要求1所述的模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置，其特征在于：所述移动承压板底部设有移动承压架，所述移动承压架底部设有多个剪切滑轮和多个张拉滑轮，所述剪切滑轨包括平行设置的两滑道，所述张拉滑轨均包括平行设置的四滑道，所有剪切滑轮分为两排分别设置于所述剪切滑轨的两滑道上，所有张拉滑轮分为四列分别设置于所述张拉滑轨的四滑道上。
5.如权利要求4所述的模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置，其特征在于：所述移动承压架上还设有剪切电机、剪切螺杆、张拉电机和张拉螺杆，所述剪切电机固定于所述移动承压架上，所述剪切螺杆设置于所述剪切滑轨的两滑道之间，所述剪切螺杆连接所述剪切电机且螺纹连接所述移动承压架，所述张拉电机固定于所述移动承压架上，所述张拉螺杆设置于所述张拉滑轨的两滑道之间，所述张拉螺杆连接所述张拉电机且螺纹连接所述移动承压架。
6.如权利要求5所述的模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置，其特征在于：包括电机配电数控数显箱，所述电机配电数控数显箱分别连接所述剪切电机和所述张拉电机。
7.如权利要求1所述的模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置，其特征在于：所述固定承压板底部设有固定承压架，所述固定承压架底部设有多个固定支撑部，所述固定支撑部固定于地面。
8.如权利要求1所述的模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置，其特征在于：所述固定容纳槽包括三槽围挡板和固定侧向挡板，所述三槽围挡板下端固定于所述固定承压板上且围成一侧缺口的矩形槽，该缺口为所述固定侧开口，所述固定侧向挡板固定于所述固定侧开口一端并向外侧延伸，所述移动容纳槽为与所述固定容纳槽相同的矩形槽，所述移动侧开口与所述固定侧开口对齐形成侧围封闭的矩形样品槽。
9.如权利要求8所述的模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置，其特征在于：所述移动容纳槽还包括水平挡板和移动侧向挡板，所述水平挡板一端可拆卸固定于所述移动承压板上，另一端置于所述固定承压板上，所述移动侧向挡板固定于所述移动侧开口一端并向外侧延伸，且所述移动侧向挡板和所述固定侧向挡板分别设置于所述样品槽两侧。
10.如权利要求1所述的模拟滑坡上建构筑物变形破坏过程的物理模型实验装置，其特征在于：所述样品槽的底部设有刻度标识，所述刻度标识包括长度标识和角度标识。
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