CN112885220A - 滑坡滑带模型试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滑坡滑带模型试验系统及方法。滑坡滑带模型试验系统包括模型箱、滑床、滑坡体、加载装置及监测装置。滑床设于模型箱的底部，滑坡体设有滑带，滑坡体设于滑床。加载装置包括设于滑床的第一顶推机构及第二顶推机构，第一顶推机构抵接于滑带，用于带动滑带运动以调节滑带的加载角度。第二顶推机构设于滑坡体的侧部，用于推动滑坡体沿滑床运动。监测装置用于监测滑坡体在不同阶段的变化。如此，通过第一顶推机构及第二顶推机构的配合，能够模拟滑带在不同的加载角度下滑坡体的变形位移等破坏情况，或者若滑坡体设于隧道外，也能够模拟滑带在不同的加载角度下滑坡体对隧道衬砌结构受力的影响，结构简单，模拟实验精度高。

Description

滑坡滑带模型试验系统及方法

技术领域

本发明涉及地质灾害模型技术领域，特别是涉及一种滑坡滑带模型试验系统及方法。

背景技术

随着基础设施建设的推进，公路与铁路工程建设中，为了保证线路的顺直，越来越多的隧道衬砌结构工程穿行大型滑坡区域，形成滑坡－隧道相互作用、相互影响的工程特征。

滑坡具有一个或多个相对明显的滑带，位于滑床与滑坡之间，是滑坡沿其滑动并与滑床相接触的面。滑带上的物理力学性质，是滑坡稳定性分析及评价的必要条件，即滑带对滑坡的稳定性有着显著的影响。然而，传统的模拟试验装置无法模拟滑带在不同加载角度下滑坡的变形位移情况。

发明内容

基于此，有必要提供一种滑坡滑带模型试验系统及方法，能够模拟滑带在不同的加载角度下滑坡体的变形位移，也能够模拟滑带在不同的加载角度下滑坡体对隧道衬砌结构受力的影响，模拟实验精度高。

一种滑坡滑带模型试验系统，包括：

模型箱；

滑坡体及滑床，所述滑床设于所述模型箱的底部，所述滑坡体设有滑带，所述滑坡体设于所述滑床；

加载装置，包括设于所述滑床的第一顶推机构及第二顶推机构，所述第一顶推机构抵接于所述滑带，用于带动所述滑带运动以调节所述滑带的加载角度；所述第二顶推机构设于所述滑坡体的侧部，用于推动所述滑坡体沿所述滑床运动；及

监测装置，所述监测装置用于监测所述滑坡体在不同阶段的变化。

在其中一个实施例中，所述滑坡滑带模型试验系统还包括固定支架，所述固定支架包括多根横杆及多根立杆，多根所述立杆竖向且间隔设置，相邻两根所述立杆通过所述横杆连接，并围成与所述模型箱适配的容纳空间，所述模型箱设于所述容纳空间。

在其中一个实施例中，所述滑坡滑带模型试验系统还包括反力装置，所述反力装置包括固定于所述固定支架的反力件，所述反力件朝向所述模型箱内延伸设置，所述反力件的端部抵接于所述第二顶推机构。

在其中一个实施例中，所述反力装置还包括安装件及连接杆，所述连接杆横向设置并通过所述安装件连接于所述固定支架，所述反力件与所述连接杆交叉设置并延伸至所述模型箱内，所述反力件通过所述安装件连接于所述连接杆。

在其中一个实施例中，所述模型箱的顶部设有开口；所述滑坡滑带模型试验系统还包括龙门吊及用于吊装所述第一顶推机构及第二顶推机构的吊钩，所述吊钩设于所述龙门吊的主梁，所述模型箱设于所述吊钩的下方。

在其中一个实施例中，所述第一顶推机构及所述第二顶推机构包括千斤顶、压力传感器及与所述压力传感器电连接的显示器，所述压力传感器用于检测所述千斤顶的输出力；所述第一顶推机构的千斤顶竖向设置，所述第二顶推机构的千斤顶横向设置。

在其中一个实施例中，所述加载装置还包括升降底座，所述升降底座设于所述滑坡体，所述第一顶推机构设于所述升降底座。

在其中一个实施例中，所述模型箱还包括底板及侧板，所述侧板竖向设于所述底板，并与所述底板围成具有开口的箱体，所述侧板设有可视区。

在其中一个实施例中，所述监测装置包括多点位移计及土压力盒，所述多点位移计与所述滑坡体的表面接触，所述土压力盒设于所述滑坡体内；所述滑坡滑带模型试验系统还包括图像采集装置，所述图像采集装置用于采集所述滑坡体在不同阶段的变化图像。

一种滑坡滑带模型试验方法，采用所述的滑坡滑带模型试验系统，包括如下步骤：

带动滑带运动，来调整滑带的加载角度；

对滑坡体施加推力，直至所述滑坡体被破坏，模拟滑坡体演化的全过程；

实时监测滑坡体在不同阶段的变形情况。

上述的滑坡滑带模型试验系统及方法，使用时，启动第一顶推机构，第一顶推机构带动滑带运动，来调整滑带的加载角度。再启动第二顶推机构，第二顶推机构对滑坡体施加推力，直至滑坡体被破坏，模拟滑坡体演化的全过程。在整个试验过程中，监测装置实时监测滑坡体在不同阶段的变化。如此，通过第一顶推机构及第二顶推机构的配合，能够模拟滑带在不同的加载角度下滑坡体的变形位移等破坏情况，也能够模拟滑带在不同的加载角度下滑坡体对隧道衬砌结构受力的影响，结构简单，模拟试验精度高。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1为本发明一实施例的滑坡滑带模型试验系统的结构示意图；

图2为图1所示的滑坡滑带模型试验系统的侧视图；

图3为图1所示的滑坡滑带模型试验系统的内部结构示意图；

图4为本发明一实施例的滑坡滑带模型试验方法的流程图。

附图说明：

10、模型箱；11、底板；12、侧板；20、滑床；30、滑坡体；31、滑带；40、加载装置；41、第一顶推机构；411、千斤顶；42、第二顶推机构；50、监测装置；51、多点位移计；52、土压力盒；60、固定支架；70、反力装置；71、反力件；72、连接杆；80、升降底座；90、龙门吊。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1和图3，图1示出了本发明一实施例的滑坡滑带模型试验系统的结构示意图，图3示出了图1所示的滑坡滑带模型试验系统的内部结构示意图。本发明一实施例的滑坡滑带模型试验系统，包括模型箱10、滑床20、滑坡体30、加载装置40及监测装置50。滑床20设于模型箱10的底部，滑坡体30设有滑带31，滑坡体30设于滑床20。加载装置40包括设于滑床20的第一顶推机构41及第二顶推机构42，第一顶推机构41抵接于滑带31，用于带动滑带31运动以调节滑带31的加载角度。第二顶推机构42设于滑坡体30的侧部，用于推动滑坡体30沿滑床20运动。监测装置50用于监测滑坡体30在不同阶段的变化。

可以理解的是，上述的加载角度是指滑带31在水平方向的夹角。

上述的滑坡滑带模型试验系统，使用时，启动第一顶推机构41，第一顶推机构41带动滑带31运动，来调整滑带31的加载角度。再启动第二顶推机构42，第二顶推机构42对滑坡体30施加推力，直至滑坡体30被破坏，模拟滑坡体30演化的全过程。在整个试验过程中，监测装置50实时监测滑坡体30在不同阶段的变化。如此，通过第一顶推机构41及第二顶推机构42的配合，能够模拟滑带31在不同的加载角度下滑坡体30的变形位移等破坏情况，也能够模拟滑带31在不同的加载角度下滑坡体30对隧道衬砌结构受力的影响，结构简单，模拟试验精度高。

在一个实施例中，参阅图1和图2，图2示出了图1所示的滑坡滑带模型试验系统的侧视图。滑坡滑带模型试验系统还包括固定支架60。固定支架60包括多根横杆及多根立杆，多根立杆竖向且间隔设置，相邻两根立杆通过横杆连接，并围成与模型箱10适配的容纳空间，模型箱10设于容纳空间。具体地，固定支架60固定于地面，模型箱10连接于固定支架60，或者模型箱10抵靠于固定支架60。如此，通过在模型箱10的外部设置固定支架60，固定支架60对模型箱10起到加固及支撑的作用，并用于承受滑坡体30变形位移过程中对模型箱10产生的推力，限制模型箱10位移，保证模拟试验的准确性。

可选地，上述的立杆及横杆为固定钢管，多根固定钢管连接围成容纳空间。当然，在其它实施例中，立杆及横杆也可为其它具有相同功能的构件。

在一个实施例中，参阅图1和图2，滑坡滑带模型试验系统还包括反力装置70。反力装置70包括固设于固定支架60的反力件71，反力件71朝向模型箱10内延伸设置，反力件71的端部抵接于第二顶推机构42。由于反力件71固设于固定支架60，这样在试验模拟的过程中，反力件71抵接于第二顶推机构42，给第二顶推机构42提供一个反力，从而避免第二顶推机构42位移。

进一步地，参阅图1和图2，反力装置70还包括安装件及连接杆72，连接杆72横向设置并通过安装件连接于固定支架60。反力件71与连接杆72交叉设置并延伸至模型箱10内，反力件71通过安装件连接于连接杆72。如此，通过安装件将反力件71间接地连接于固定支架60，实现反力件71的固定，这样反力件71的安装简单且牢固，从而有效避免第二顶推机构42位移。

可选地，上述的安装件为脚手架扣件。连接杆72通过脚手架扣件固定于固定支架60，反力件71也通过脚手架扣件固定于连接杆72。如此，调节脚手架扣件能够实现反力件71角度的调节，以适应不同规格及不同位置的第二顶推机构42，并且也能适应第二顶推机构42加载不同的角度位置。此外，通过调节脚手架扣件，能够将反力件71调整到合适的角度，以便于更好地抵接第二顶推机构42，有效避免第二顶推机构42位移。当然，在其他实施例中，安装件也可为其它具有相同功能的构件。

可选地，上述的反力件71及连接杆72为钢管。当然，在其它实施例中，反力件71及连接杆72也可为其它具有相同功能的构件。

具体到本实施例中，参阅图1和图2，反力件71设有四个，连接杆72设有两个。两个连接杆72通过安装件横向固设于固定支架60的侧部，且两个连接杆72沿固定支架60的高度方向间隔设置，并对应第二顶推机构42设置。其中两个反力件71通过安装件间隔地固设于其中一个连接杆72，另外两个反力件71通过安装件间隔地固设于另外一个连接杆72。四个反力件71朝向模型箱10内延伸设置，四个反力件71的端部分别抵接于第二顶推机构42。

在一个实施例中，参阅图1和图2，模型箱10的顶部设有开口。滑坡滑带模型试验系统还包括龙门吊90及用于吊装第一顶推机构41及第二顶推机构42的吊钩，吊钩设于龙门吊90的主梁，模型箱10设于吊钩的下方。如此，需要调整第一顶推机构41及第二顶推机构42的位置时，龙门吊90通电，吊钩从开口伸入模型箱10内，吊住第一顶推机构41或第二顶推机构42，并带动第一顶推机构41或第二顶推机构42自由移动，直至移动到合适的位置，这样第一顶推机构41及第二顶推机构42位置的调节更方便。

在一个实施例中，第一顶推机构41及第二顶推机构42包括千斤顶411、压力传感器及与压力传感器电连接的显示器，压力传感器用于检测千斤顶411的输出力。具体地，第一顶推机构41的千斤顶411竖向设置，第二顶推机构42的千斤顶411横向设置。在第一顶推机构41的千斤顶411带动滑带31运动的过程中，及第二顶推机构42的千斤顶411推动滑坡体30运动的过程中，压力传感器实时检测千斤顶411的输出力，并按照预设压力值输出自动调节千斤顶411的输出力；同时，显示器实时显示千斤顶411输出力的大小，便于试验人员实时了解千斤顶411的输出力。

可选地，上述的千斤顶411为液压千斤顶411或者电动千斤顶411。当然，在其它实施例中，第一顶推机构41及第二顶推机构42不局限于包括千斤顶411，也可包括MTS液压式伺服加载组件。

在一个实施例中，参阅图1图2和图3，加载装置40还包括升降底座80，升降底座80设于滑坡体30，第一顶推机构41设于升降底座80。如此，通过升降底座80能够调节第一顶推机构41的加载位置及加载高度。

可选地，上述的升降底座80为手摇式液压升降座。当然，在其它实施例中，升降底座80也可为自动升降座。

在一个实施例中，参阅图2和图3，模型箱10还包括底板11及侧板12，侧板12竖向设于底板11，并与底板11围成具有开口的箱体，侧板12设有可视区。如此，通过底板11及侧板12围设形成模型箱10，便于在模型箱10内进行模拟试验。另外，由于侧板12设有可视区，这样便于观察模型箱10内滑坡体30在不同阶段的变形情况，例如便于实时监测模型箱10内滑坡体30的坡面形态、滑带31的加载角度等，从而有利于实时掌握模拟试验的具体情况。

具体到本实施例中，模型箱10为方形体。具体地，模型箱10包括底板11、侧边木板及多块玻璃板，多块玻璃板竖向设于底板11，底板11与玻璃板围成具有开口的箱体。侧边木板设于玻璃板的外侧，侧边木板抵接于固定支架60。如此，在模拟试验的过程中，可从玻璃板观察模型箱10内滑坡体30、滑带31等的形态。另外，由于玻璃板的外部设置侧边木板，这样能够避免玻璃板直接与固定支架60硬性接触，从而保护玻璃板，同时还便于将模型箱10固定连接于固定支架60。

在一个实施例中，参阅图2和图3，监测装置50包括多点位移计51及土压力盒52，多点位移计51与滑坡体30的表面接触，土压力盒52设于滑坡体30内。具体地，多点位移计51设于固定支架60，并且多点位移计51的端部接触滑坡体30的表面。如此，通过多点位移计51能够监测滑坡体30应变与应力的变化；通过设于滑坡体30内的土压力盒52，能够监测外部滑坡体30产生压力大小，从而对滑坡体30在不同阶段进行监测分析并记录数据。

进一步地，滑坡滑带模型试验系统还包括图像采集装置，图像采集装置用于采集滑坡体30在不同阶段的变化图片。具体地，图像采集装置设于模型箱10的可视区的外侧，例如图像采集装置设于玻璃板的外侧。如此，通过图像采集装置能够实时采集滑坡体30在不同阶段的变化图像，便于模拟试验分析。

可选地，图像采集装置为高分辨率数码相机，用于记录并保持模拟试验图片。当然，图像采集装置也可为其它具有相同功能的部件。

参阅图1和图4，图4示出了本发明一实施例的滑坡滑带模型试验方法的流程图。本发明一实施例的滑坡滑带模型试验方法，采用所述的滑坡滑带模型试验系统，包括如下步骤：

S10、带动滑带31运动，来调整滑带31的加载角度。

具体地，第一顶推机构41抵接于滑带31，通过第一顶推机构41带动滑带31的端部运动，从而实现滑带31加载角度的调节。

S20、对滑坡体30施加推力，直至所述滑坡体30被破坏，模拟滑坡体30演化的全过程。

具体地，第二顶推机构42设于滑坡体30的侧部，并抵接于滑坡体30，用于推动滑坡体30在滑床20运动。其中，第二顶推件通常采用逐级加载的方式，例如第二顶推机构42先加载10KN的力，并稳定30min；之后，再加载20KN的力，稳定30min；再逐级加载作用力，直至滑坡体30被破坏为止。

S30：实时监测滑坡体30在不同阶段的变形情况。

具体地，采用监测装置50实时检测滑坡体30在不同阶段的变形情况。

上述的滑坡滑带模型试验方法，使用时，启动第一顶推机构41，第一顶推机构41带动滑带31运动，来调整滑带31的加载角度。再启动第二顶推机构42，第二顶推机构42对滑坡体30施加推力，直至滑坡体30被破坏，模拟滑坡体30演化的全过程。在整个试验过程中，监测装置50实时监测滑坡体30在不同阶段的变化。如此，通过第一顶推机构41及第二顶推机构42的配合，能够模拟滑带31在不同的加载角度下滑坡体30的变形位移等破坏情况，也能够模拟滑带31在不同的加载角度下滑坡体30对隧道衬砌结构受力的影响，结构简单，模拟试验精度高。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指

示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种滑坡滑带模型试验系统，其特征在于，包括：

模型箱；

滑坡体及滑床，所述滑床设于所述模型箱的底部，所述滑坡体设有滑带，所述滑坡体设于所述滑床；

加载装置，包括设于所述滑床的第一顶推机构及第二顶推机构，所述第一顶推机构抵接于所述滑带，用于带动所述滑带运动以调节所述滑带的加载角度；所述第二顶推机构设于所述滑坡体的侧部，用于推动所述滑坡体沿所述滑床运动；及

监测装置，所述监测装置用于监测所述滑坡体在不同阶段的变化。

2.根据权利要求1所述的滑坡滑带模型试验系统，其特征在于，所述滑坡滑带模型试验系统还包括固定支架，所述固定支架包括多根横杆及多根立杆，多根所述立杆竖向且间隔设置，相邻两根所述立杆通过所述横杆连接，并围成与所述模型箱适配的容纳空间，所述模型箱设于所述容纳空间。

3.根据权利要求2所述的滑坡滑带模型试验系统，其特征在于，所述滑坡滑带模型试验系统还包括反力装置，所述反力装置包括固定于所述固定支架的反力件，所述反力件朝向所述模型箱内延伸设置，所述反力件的端部抵接于所述第二顶推机构。

4.根据权利要求3所述的滑坡滑带模型试验系统，其特征在于，所述反力装置还包括安装件及连接杆，所述连接杆横向设置并通过所述安装件连接于所述固定支架，所述反力件与所述连接杆交叉设置并延伸至所述模型箱内，所述反力件通过所述安装件连接于所述连接杆。

5.根据权利要求1所述的滑坡滑带模型试验系统，其特征在于，所述模型箱的顶部设有开口；所述滑坡滑带模型试验系统还包括龙门吊及用于吊装所述第一顶推机构及第二顶推机构的吊钩，所述吊钩设于所述龙门吊的主梁，所述模型箱设于所述吊钩的下方。

6.根据权利要求1至5任一项所述的滑坡滑带模型试验系统，其特征在于，所述第一顶推机构及所述第二顶推机构包括千斤顶、压力传感器及与所述压力传感器电连接的显示器，所述压力传感器用于检测所述千斤顶的输出力；所述第一顶推机构的千斤顶竖向设置，所述第二顶推机构的千斤顶横向设置。

7.根据权利要求1至5任一项所述的滑坡滑带模型试验系统，其特征在于，所述加载装置还包括升降底座，所述升降底座设于所述滑坡体，所述第一顶推机构设于所述升降底座。

8.根据权利要求1至5任一项所述的滑坡滑带模型试验系统，其特征在于，所述模型箱还包括底板及侧板，所述侧板竖向设于所述底板，并与所述底板围成具有开口的箱体，所述侧板设有可视区。

9.根据权利要求1至5任一项所述的滑坡滑带模型试验系统，其特征在于，所述监测装置包括多点位移计及土压力盒，所述多点位移计与所述滑坡体的表面接触，所述土压力盒设于所述滑坡体内；

所述滑坡滑带模型试验系统还包括图像采集装置，所述图像采集装置用于采集所述滑坡体在不同阶段的变化图像。

10.一种滑坡滑带模型试验方法，其特征在于，采用如权利要求1至9任一项所述的滑坡滑带模型试验系统，包括如下步骤：

带动滑带运动，来调整滑带的加载角度；

对滑坡体施加推力，直至所述滑坡体被破坏，模拟滑坡体演化的全过程；

实时监测滑坡体在不同阶段的变形情况。

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