CN110940792A - 一种双向倒梯形路堑边坡滑坡模型试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向倒梯形路堑边坡滑坡模型试验方法，属于边坡工程与滑坡灾害试验领域，以解决现有模型试验装置普遍存在的因侧向摩阻过大而导致模型模拟结果失真或失误的问题。该方法包括下列步骤：模型材料采用填筑或砌筑的方式构建于模型试验装置的中后部和中下方空间内，后起后挡板，前止前挡板，下接底板，两侧由左右侧板约束，模拟自然斜坡；在自然斜坡体上采用开挖切坡的方法形成路堑和开挖边坡，开挖边坡在人工降雨或地下水模拟等因素作用下诱发路堑边坡滑坡，形成滑坡和滑床。本发明解决了一般模型试件因侧向约束导致其变形和破坏失真的问题，其侧向摩阻因断面扩容而有效消减，制做简单，操作方便，效果显著，结果可靠，成本低廉。

Description

一种双向倒梯形路堑边坡滑坡模型试验方法

技术领域

本发明属于边坡工程与滑坡灾害试验领域，尤其涉及一种路堑边坡滑坡模型试验装置及方法。

背景技术

我国是一个多山国家，山地灾害十分发育，随着道路工程向山区拓展和延伸，深挖高填不可避免，特别是因路堑开挖而产生的滑坡灾害尤为突出。路堑边坡滑坡的形成机理有其必然的普遍性和复杂性，为了再现其滑坡发生的现象与规律，模型试验方法是其最为有效的研究手段之一。

滑坡模型试验是一种典型的地质力学模型试验，是基于一定的相似原理对滑坡灾害现象进行缩尺研究的一种物理模拟方法。滑坡模型试验有槽架式模型试验、底摩擦模型试验、现场足尺模型试验、土工离心模型试验等，其中槽架式模型试验又以二维平面应变模型试验较为普遍。由于二维平面应变模型试验需要对模型模拟材料进行侧向约束，存在侧向摩阻影响坡体变形和破坏的边界效应，如何减少侧向摩阻是二维平面应变模型试验的关键技术之一。

现有模型试验装置一般采用光滑、润滑或者滚动的侧向挡板以降低摩阻，但其降阻效果对于低强度、高粘度模拟材料不甚明显，特别是对于路堑开挖卸荷回弹扩容和滑坡向前滑移变形和破坏扩容的情况，侧向压应力显著增大，侧向摩阻也相应增大，其较大的侧向摩阻将导致模型模拟结果失真或失误，当前侧向摩阻已成为模型试验装置设计的一个技术瓶颈。因此，如何有效降低模型槽架的侧向摩阻是路堑边坡滑坡模型试验需要优先解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的是提出一种双向倒梯形路堑边坡滑坡模型试验方法，以解决现有模型试验装置普遍存在的因侧向摩阻过大而导致模型模拟结果失真或失误的问题。

本发明所采取的技术方案是: 一种双向倒梯形路堑边坡滑坡模型试验方法，包括下列步骤：模型材料采用填筑或砌筑的方式构建于模型试验装置的中后部和中下方空间内，后起后挡板，前止前挡板，下接底板，两侧由左右侧板约束，模拟自然斜坡；在自然斜坡体上采用开挖切坡的方法形成路堑和开挖边坡，开挖边坡在人工降雨或地下水模拟等因素作用下诱发路堑边坡滑坡，形成滑坡和滑床。

进一步的，所述模型试验装置，包括呈六面体的槽架，槽架上设有左侧板、右侧板、后挡板、底板，槽架的后面为矩形，槽架的正面、底面、顶面均为倒梯形，槽架的两个侧面均为梯形。

进一步的，所述槽架的正面设有前挡板。

进一步的，后挡板顶部宽度大于后挡板底部宽度，前挡板顶部宽度大于前挡板底部宽度，前挡板底部宽度大于后挡板底部宽度，后挡板顶底宽差值等于前部顶底宽差值。

本发明一种超低侧向摩阻滑坡模型试验装置，即力图使侧向摩阻力降为零。本发明基本上解决了一般模型试件因侧向约束导致其变形和破坏失真的问题，其侧向摩阻因断面扩容而有效消减，制做简单，操作方便，效果显著，结果可靠，成本低廉。

附图说明

图1为一种双向倒梯形路堑边坡滑坡模型试验装置的结构示意图。

图2为一种双向倒梯形路堑边坡滑坡模型试验装置的正面图；

图3为一种双向倒梯形路堑边坡滑坡模型试验装置的俯视图。

图中：P1-左侧板；P2-右侧板；P3-后挡板；P4-前挡板；P5-底板；C1-开挖边坡；C2-路面；C3-自然斜坡；S1-滑体；S2-滑床；B1-后挡板顶部宽度；B2-后挡板底部宽度；B3-前挡板顶部宽度； B4:前挡板底部宽度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

模型材料可以采用填筑或砌筑的方式构建于模型试验装置内的中后部之中下方空间，后起后挡板，前止前挡板，下接底板，两侧由左右侧板约束，模拟自然斜坡（C3）。

在自然斜坡体上采用人工开挖切坡的方法形成路堑（C2）和开挖边坡（C1），因开挖边坡在人工降雨或地下水模拟等因素作用下诱发路堑边坡滑坡，形成滑坡（S1）和滑床（S2）。

如图所示，上述模型试验装置，包括呈六面体的槽架，槽架上设有左侧板（P1）、右侧板（P2）、后挡板（P3）、底板（P5），槽架的后面为矩形，槽架的正面、底面、顶面均为倒梯形，槽架的两个侧面均为梯形。

后挡板顶部宽度（B1）大于后挡板底部宽度（B2），前挡板顶部宽度（B3）大于前挡板底部宽度（B4），前挡板底部宽度（B4）大于后挡板底部宽度（B2），而且为保证侧面为平面，后挡板顶底宽差值等于前部顶底宽差值。即：B1>B2,B3>B4，B4>B2,且B1-B2=B3-B4。

顶面设计为敞开，正面设计为敞开或封闭，正面封闭或半封闭时即设有前挡板（P4）。槽架底面为等腰梯形，其上设置有底板（P5）.槽架平面（俯视图）和立面（正面图）均为倒梯形，即双向倒梯形。立面倒梯形（正面图）将显著减少路堑开挖卸荷向上回弹扩容所产生的侧向摩阻力，平面倒梯形（俯视图）将显著减少路堑边坡滑坡向前滑移扩容所产生的侧向摩阻力，模型材料与侧板之间还可以铺设单层微塑滚珠等以进一步消减侧向摩阻，使变形块体的侧向摩阻力几乎接近于零。

槽架与侧板活动连接，采用现有技术球铰或限位拉杆连接固定，可以控制侧板张开度。槽架与后挡板用螺栓、螺母和垫片紧固。正面槽架与前挡板用螺栓、螺母和垫片紧固。底面槽架与底板用螺栓、螺母和垫片紧固。

由于路堑（C2）开挖的卸荷作用，开挖边坡（C1）岩土体首先将存在向上方和向临空即前方的回弹变形和扩容，边坡岩土体扩容势必增大侧向压应力，而其向上和向前的回弹变形将相应地在侧向界面上产生增大的摩擦阻力。特别是，在大气降雨、地下水、地震等诱发因素作用下造成边坡失稳产生滑坡（S1），其滑动变形和破坏块体将产生显著的扩容，相应部位侧向压应力显著增大，对于浇筑、夯填或者粘性材料的滑坡相似材料模型，其滑体与侧面板的摩擦系数的降低方法与效果均是很有限的，因而其侧向摩阻力也将显著增大。

由于本发明模型槽架平面（俯视图）和立面（正面图）均设计为倒梯形，即向上和向前均为渐变扩大开口，在其向上和向前两个方向相应的断面都是逐渐扩大的，以满足或适应边坡岩土体变形或破坏扩容，相应地保持侧向压应力不变甚至降低为零，从而可以实现侧向超低摩阻甚至零摩阻。

《滑坡模型试验》

滑坡模型试验是一种典型的地质力学模型试验，是基于一定的相似原理对滑坡灾害现象进行缩尺研究的一种物理模拟方法。在槽架式模型试验中，受模型尺寸、侧向摩阻力、回弹扩容等众多因素的影响，一些复杂的物理现象无法按相似要求进行模拟，特别是路堑边坡模型开挖所产生的回弹扩容摩阻力和前滑移扩容所产生的侧向摩阻力等影响，可能会使模拟结果失真或失误。同样是槽架式模型试验，双向倒梯形模型试验装置比起普通框架式边坡模型装置将显著减少回弹扩容和边坡向前滑移扩容所产生的侧向摩阻力，更有利于边坡变形破坏现象在物理模型上的试验。试验方法如下：

步骤1：设计所需尺寸的双向倒梯形模型箱，进行力学验算，选取符合强度要求的钢骨架、钢板和玻璃板，制作模型箱。

步骤2：根据模型箱尺寸计算试验材料用量，并按试验目的，准备模型试验相似材料。

步骤3：根据实际路堑边坡滑坡坡体结构，铺设相应的岩土体材料，制作边坡模型，铺设岩土体材料时可埋设所需传感器（如应力、应变或水传感器），对模拟过程中的坡体应力、位移、岩土体含水率等进行监测。

步骤4：视要求对边坡模型进行加工或试验，如进行开挖-支护、堆载、降雨或干湿循环等处理，观察记录路堑边坡滑坡的变形破坏特征。

步骤5：根据模型试验所得数据，对路堑边坡滑坡的现象和规律进行分析，与现场实际情况进行对比，研究总结其灾变机理、过程和模式。有条件下，利用数值软件，对试验结果进行反演分析计算，进一步研究路堑边坡卸荷松弛区、剪应变等结果。

Claims (4)

1.一种双向倒梯形路堑边坡滑坡模型试验方法，其特征在于包括下列步骤：模型材料采用填筑或砌筑的方式构建于模型试验装置的中后部和中下方空间内，后起后挡板，前止前挡板，下接底板，两侧由左右侧板约束，模拟自然斜坡；在自然斜坡体上采用开挖切坡的方法形成路堑和开挖边坡，开挖边坡在人工降雨或地下水模拟等因素作用下诱发路堑边坡滑坡，形成滑坡和滑床。

2.根据权利要求1所述的一种双向倒梯形路堑边坡滑坡模型试验方法，其特征在于：所述模型试验装置，包括呈六面体的槽架，槽架上设有左侧板、右侧板、后挡板、底板，槽架的后面为矩形，槽架的正面、底面、顶面均为倒梯形，槽架的两个侧面均为梯形。

3.根据权利要求2所述的一种双向倒梯形路堑边坡滑坡模型试验方法，其特征在于：所述槽架的正面设有前挡板。

4.根据权利要求2或3所述的一种双向倒梯形路堑边坡滑坡模型试验方法，其特征在于：后挡板顶部宽度大于后挡板底部宽度，前挡板顶部宽度大于前挡板底部宽度，前挡板底部宽度大于后挡板底部宽度，后挡板顶底宽差值等于前部顶底宽差值。

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