CN113074892A - 一种高边坡支护抗震实验装置及实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高边坡支护抗震实验装置及实验方法，试验装置包括振动台，振动台上安装有外框架，外框架内通过若干支撑杆安装有内框架；内框架包括底面，底面相对的两侧分别为低矮面和背坡面，背坡面两侧分别与观察面邻接；内框架上设置有有若干安装孔，安装孔内填充有固定块；试验方法包括在内框架内制作土体模型，并在内框架中布置应变传感器；根据土体模型安装各监测系统；静置设定时长后，启动振动台并热机；向振动台中输入设定的地震波形，并根据设定调节加速度值，直至完成设定测试内容。本发明能够解决现有技术中地震模拟实验装置不适用于高陡边坡的问题，覆盖影响因素全面、测试可靠、适用范围广。

Description

一种高边坡支护抗震实验装置及实验方法
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种高边坡支护抗震实验装置及实验方法。
背景技术
高陡边坡的地震稳定性研究是岩土工程的重要课题之一，目前国内外对高陡边坡地震稳定性的适应主要是通过常规岩体模型实验来获取数据的，但现有实验装置在模拟地震时，主要适用于常规边坡结构，而对于高陡边坡，由于岩层分布差异性较大，难以设置支护结构，且观察记录不便，实验效果不佳。
发明内容
本发明针对现有技术中的上述不足，提供了一种能够解决现有技术中地震模拟实验装置不适用于高陡边坡的问题的高边坡支护抗震实验装置。
为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：
提供了一种高边坡支护抗震实验装置，其包括振动台，振动台上安装有外框架，外框架内通过若干支撑杆安装有内框架；
内框架包括底面，底面相对的两侧分别为低矮面和背坡面，背坡面两侧分别与观察面邻接；
内框架上设置有若干安装孔，安装孔内填充有固定块；
内框架外侧设置有监测系统，所述监测系统包括设置于内框架外侧面和内侧面的速度传感器和位移传感器、设置于支撑杆末端的压力传感器、设置于内框架内的应变传感器，所述速度传感器、位移传感器、压力传感器和应变传感器分别与主控制器电连接。
本发明还提供了一种基于上述实验装置的实验方法，其包括如下步骤：
S1、在内框架内制作土体模型，并在内框架中布置应变传感器；
S2、根据土体模型安装各监测系统；
S3、静置设定时长后，启动振动台并热机；
S4、向振动台中输入设定的地震波形，并根据设定调节加速度值，直至完成设定测试内容；
S5、结束停机后，观测记录模型的破坏模式，移除支护结构和内框架内侧面的测量装置，完成实验。
本发明提供的上述高边坡支护抗震实验装置和实验方法的主要有益效果在于：
本发明通过将岩质边坡的构成及对应物理力学参数纳入考虑，能有效保证对地震危险的分析准确性，通过基于自重应力场进行分析，将滑体结构面的内摩擦角、内聚力、投射和反射系数等均纳入考虑，保证计算的全面性。同时还将地震P波的各种影响因素纳入考虑，方便计算准确性的同时，也方便建立方程，实现自动化计算分析，保证分析效率。
进一步地，本发明通过将背坡面、低矮面设置为角度互不相同，使得整体在实验中，能获得各不同的取值，通过多个位置和角度的取值比较，有效得到准确的测试参数，提高最终结果的可靠性。
附图说明
图1为本发明高边坡支护抗震实验装置的结构示意图。
图2为本发明提供的试验方法的流程图。
其中，1、振动台，2、外框架，21、支撑杆，22、观察板，3、内框架，31、低矮面，32、底面，33、背坡面，34、观察面，35、安装孔，36、固定块，4、监测系统，41、速度传感器，42、压力传感器，43、应变传感器，44、位移传感器，45、主控制器，5、支护结构，51、预应力锚杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，其为本发明高陡边坡地震稳定性时频分析方法的流程图。
本发明的高边坡支护抗震实验装置包括振动台1，振动台1上安装有外框架2，外框架2内通过若干支撑杆21安装有内框架3。内框架用于盛放边坡土体模型。
内框架3包括底面32，底面32相对的两侧分别为低矮面31和背坡面33，背坡面33两侧分别与观察面34邻接，低矮面31用于布置土体的底部，背坡面33用于布置土体模型高面。
内框架3上设置有有若干安装孔35，安装孔35内填充有固定块36，固定块用于插设预应力锚杆51。
内框架3外侧设置有监测系统4，监测系统4包括设置于内框架3外侧面和内侧面的速度传感器41和位移传感器44、设置于支撑杆21末端的压力传感器42、设置于内框架3内的应变传感器43，速度传感器41、位移传感器44、压力传感器42和应变传感器43分别与主控制器45电连接。
进一步地，底面32与振动台1平行，低矮面31和背坡面33均与底面32呈倾斜布置，且低矮面31与背坡面33的斜率不同。
优选的，观察面34为透明玻璃，外框架2上与观察面34相邻的侧面也为透明玻璃。
其中，与内框架3每一个侧面相抵接的支撑杆21各至少有五个，且各支撑杆21间相互平行。底面32、背坡面33和低矮面31上的支撑杆21的长度均互不相同。
特别的，底面32、背坡面33和低矮面31上的位移传感器44和速度传感器41均与相邻侧面贴合。
固定块36上可拆卸地安装有预应力锚杆51。预应力锚杆51的上端与支护结构5固定连接。
本发明还提供了一种基于上述实验装置的实验方法，如图2所示，其包括如下步骤：
S1、在内框架3内制作土体模型，并在内框架3中布置应变传感器43。
进一步地，制作土体模型的方法包括：
S1-1、获取土体模型的材质、密度和形状参数，准备相应土体材料。
S1-2、获取支护结构5参数，预制预应力锚杆51。
S1-3、根据支护结构5参数，绑扎预应力锚杆51，预制支护结构5的框格。
S1-4、根据土体模型的形状参数，向内框架3内填入土体材料，得到模型土层，并进行压实。
S1-5、根据支护结构5参数，向土体材料中埋入预应力锚杆51。
按照填土一层，就埋入一层预应力锚杆51的顺序进行。
S1-6、重复步骤S1-4至S1-5，直至完成土体模型。
S2、根据土体模型安装各监测系统4。
S3、静置设定时长后，启动振动台1并热机。
S4、向振动台1中输入设定的地震波形，并根据设定调节加速度值，直至完成设定测试内容。
S5、结束停机后，观测记录土体模型的破坏模式，移除支护结构5和内框架3内侧面的测量装置，完成实验。
本发明通过将背坡面33、低矮面31设置为角度互不相同，使得整体在实验中，能获得各不同的取值，通过多个位置和角度的取值比较，有效得到准确的测试参数，提高最终结果的可靠性。
上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。

Claims (10)

1.一种高边坡支护抗震实验装置及实验方法，其特征在于，包括振动台，振动台上安装有外框架，外框架内通过若干支撑杆安装有内框架；
内框架包括底面，底面相对的两侧分别为低矮面和背坡面，背坡面两侧分别与观察面邻接；
内框架上设置有有若干安装孔，安装孔内填充有固定块；
内框架外侧设置有监测系统，所述监测系统包括设置于内框架外侧面和内侧面的速度传感器和位移传感器、设置于支撑杆末端的压力传感器、设置于内框架内的应变传感器，所述速度传感器、位移传感器、压力传感器和应变传感器分别与主控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的高边坡支护抗震实验装置，其特征在于，所述底面与振动台平行，所述低矮面和背坡面均与底面呈倾斜布置，且低矮面与背坡面的斜率不同。
3.根据权利要求1所述的高边坡支护抗震实验装置，其特征在于，所述观察面为透明玻璃。
4.根据权利要求3所述的高边坡支护抗震实验装置，其特征在于，所述外框架上与观察面相邻的侧面也为透明玻璃。
5.根据权利要求3所述的高边坡支护抗震实验装置，其特征在于，与内框架每一个侧面相抵接的支撑杆各至少有五个，且各支撑杆间相互平行。
6.根据权利要求5所述的高边坡支护抗震实验装置，其特征在于，所述底面、背坡面和低矮面上的支撑杆的长度均互不相同。
7.根据权利要求6所述的高边坡支护抗震实验装置，其特征在于，所述底面、背坡面和低矮面上的位移传感器和速度传感器均与相邻侧面贴合。
8.根据权利要求7所述的高边坡支护抗震实验装置，其特征在于，所述固定块上可拆卸地安装有预应力锚杆。
9.一种高边坡支护抗震实验装置的实验方法，包括权利要求1至8任一所述的高边坡支护抗震实验装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在内框架内制作土体模型，并在内框架中布置应变传感器；
S2、根据土体模型安装各监测系统；
S3、静置设定时长后，启动振动台并热机；
S4、向振动台中输入设定的地震波形，并根据设定调节加速度值，直至完成设定测试内容；
S5、结束停机后，观测记录模型的破坏模式，移除支护结构和内框架内侧面的测量装置，完成实验。
10.根据权利要求9所述的高边坡支护抗震实验装置，其特征在于，所述制作土体模型的方法包括：
S1-1、获取土体模型的材质、密度和形状参数，准备相应土体材料；
S1-2、获取支护结构参数，预制预应力锚杆；
S1-3、根据支护结构参数，绑扎预应力锚杆，预制支护结构的框格；
S1-4、根据土体模型的形状参数，向内框架内填入土体材料，得到模型土层，并进行压实；
S1-5、根据支护结构参数，向土体材料中埋入预应力锚杆；
S1-6、重复步骤S1-4至S1-5，直至完成土体模型。
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