CN113789753A - 水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置及试验方法，试验装置包括：模型框架、多层滑带滑坡模型、抗滑桩模型、多层加载组件和水位升降组件，多层滑带滑坡模型铺设于模型框架的底部，抗滑桩模型埋设于所述多层滑带滑坡模型中，多层加载装置设置于模型框架边缘，对多层滑带滑坡模型施加载荷，水位升降组件用于调节模型框架内水位高度。本发明的有益效果为：该试验装置可灵活改变各滑带层加载速度，能够有效模拟多层滑带滑坡的相对运动特征，且能够模拟不同高度水位波动和不同速度水位波动对不同深度滑体运动的影响，模拟复杂水位波动时多层滑带滑坡演化过程，同时能够模拟多层滑带滑坡‑抗滑桩体系在不同状态下的相互作用机理。

Description

水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及滑坡模型试验装置技术领域，尤其涉及一种水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置及试验方法。

背景技术

滑坡治理是一个复杂的工程地质问题，目前在滑坡治理工程采用的抗滑措施主要为抗滑桩工程。但当前抗滑桩治理对象主要为单层滑带滑坡，多层滑带滑坡抗滑桩加固机理有待深入研究。目前滑坡模型试验已成为研究滑坡演化过程和抗滑桩防治措施的重要手段，国内外学者基于模型试验取得了一定的进展，但在大型室内滑坡模型试验装置或方法中尚存在一定局限性：

(1)多层滑带滑坡模型试验运动特征较为复杂，现有模型试验加载装置或方法不能模拟其多层加载分层运动效果，难以真实模拟多层滑带滑坡实际运动特征。

(2)现有水库型滑坡模型试验装置或方法未涉及库水位波动下多层滑带滑坡不同层位滑坡演化和变形特征，难以真实模拟复杂水位波动时多层滑带滑坡演化过程。

(3)现有滑坡模型加载试验装置或方法，未考虑抗滑桩在不同桩长和不同位移作用下抗滑桩变形和受力特征，难以充分模拟多层滑带滑坡-抗滑桩体系不同状态下体系相互作用机理。

因此，迫切需要提出一种水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置及方法，提高多层滑带滑坡模型试验的有效性和准确性。

发明内容

有鉴于此，为多层滑带水库滑坡的研究提供参考，提高抗滑桩治理工程的有效性和安全性，本发明提供一种水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置，包括模型框架、多层滑带滑坡模型、抗滑桩模型、多层加载组件和水位升降组件；模型框架为一无盖容器，且其一侧面材质为透明材质；所述多层滑带滑坡模型包括基岩模型以及依次堆叠于基岩模型上深层滑带、深层滑体、浅层滑带和浅层滑体，其中所述基岩模型的上表面为斜面；所述抗滑桩模型埋设于所述多层滑带滑坡模型中；所述多层加载组件包括上伸缩液压缸和下伸缩液压缸，所述上伸缩液压缸两端分别与一上固定块和一上推板铰接，所述下伸缩液压缸两端分别与一下固定块和一下推板铰接，所述上固定块和下固定块均固定于模型框架内壁上，所述上推板和下推板分别固定于浅层滑体和深层滑体端部，所述上伸缩液压缸和下伸缩液压缸分别用于对浅层滑体和深层滑体施加推力载荷；水位升降组件用于调节模型框架内水位高低。

进一步地，所述水位升降组件包括一进出水泵和储水箱，储水箱与模型框架通过进水管和出水管相连，进出水泵位于储水箱内，且进水管和出水管均连接于进出水泵上。

进一步地，所述进水管和出水管位于模型框架内的端部均设有过滤网，过滤网用于防止所述多层滑带滑坡模型上落下的固体杂质进水进出水泵内。

进一步地，所述基岩模型由混泥土和砖石堆砌而成，所述深层滑带和浅层滑带由玻璃珠、实际滑坡土体和水混合搅拌而成，所述深层滑体和深层滑体为均为实际滑坡土体。

进一步地，所述基岩模型上表面设有一砂浆层，且所述基岩模型上设有一排抗滑桩植入孔。

进一步地，所述抗滑桩模型材质为聚乙烯材质，所述抗滑桩模型下端植入于所述深层滑体或所述基岩模型内。

进一步地，所述上伸缩液压缸和下伸缩液压缸同时与一控制器连接，所述控制器用于控制所述上伸缩液压缸和下伸缩液压缸的伸缩速度。

本发明还提供一种基于上述水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置的试验方法，包括如下步骤：

S1：堆制多层滑带滑坡模型；依据现场滑坡勘查确定滑坡模型试验尺寸和滑坡相似材料，依据多层滑带滑坡空间展布特征依次分层堆制基岩模型、深层滑带、深层滑体、浅层滑带、浅层滑体，在所述多层滑坡模型中植入抗滑桩模型，抗滑桩模型下端植入所述基岩模型或所述深层滑体内，抗滑桩模型长度根据其下端植入位置调整；

S2：安装多层加载组件，使上伸缩液压缸和下伸缩液压缸上的上推板和下推板分别固定于浅层滑体和深层滑体的端部，从而使上伸缩液压缸和下伸缩液压缸能分别独立地对浅层滑体和深层滑体施加推力载荷；

S3：调节水位位置；启动储水箱中的进出水泵，使储水箱中的水进入模型框架内，使模型框架内的水达到低水位范围或高水位范围；

S4：启动上伸缩液压缸和下伸缩液压缸，使上伸缩液压缸和下伸缩液压缸分别以设定的伸长速度比对浅层滑体和深层滑体施加推力载荷，同时使进出水泵不断的上下调节水为高度，模拟水位波动从而研究不同运动运动速度下多层滑带滑坡的运动特征及模拟不同水位波动时对不同深度滑体的影响。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的多层自动加载装置可设置自动加载速度并灵活调整固定位置，可灵活改变各层滑体厚度及加载速度，能够有效模拟多层滑带滑坡的相对运动特征。

(2)本发明的多层滑带滑坡水库控制装置包括低水位波动和高水位波动，低水位波动影响深层滑带，高水位波动影响多层滑带，能够模拟不同高度水位波动和不同速度水位波动对不同深度滑体运动的影响，能够有效模拟复杂水位波动时多层滑带滑坡演化过程。

(3)本发明的试验装置和方法，通过设计不同桩长的嵌固深度，能够对比研究不同桩长和不同位移作用下抗滑桩变形和受力特征，能够模拟多层滑带滑坡-抗滑桩体系在不同状态下的相互作用机理。

附图说明

图1是本发明实施例一种水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置的结构图。

上述图中：1-模型框架，2-多层滑带滑坡模型，21-基岩模型；22-深层滑带；23-深层滑体；24-浅层滑带；25-浅层滑体，3-抗滑桩模型，4-上伸缩液压缸，41-上固定块，42-上推板，43-下伸缩液压缸，44-下固定块，45-下推板，5-储水箱，51-进出水泵，52-进水管，53-出水管。

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。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置，所述试验装置包括：模型框架1、多层滑带滑坡模型2、抗滑桩模型3、多层加载组件和水位升降组件，模型框架1为一无盖容器，多层滑带滑坡模型2铺设于模型框架1的底部，抗滑桩模型3埋设于所述多层滑带滑坡模型2中，多层加载装置设置于模型框架1边缘，用于对多层滑带滑坡模型2施加载荷，水位升降组件于模型框架1连通，用于调节模型框架1内水位高度。

具体地，所述模型框架1为不锈钢板容器，且其一侧面为透明钢化玻璃，模型框架1与水位升降组件相连。

所述多层滑带滑坡2模型包括基岩模型21以及依次堆叠于基岩模型21上的深层滑带22、深层滑体23、浅层滑带24和浅层滑体25，其中所述基岩模型21由混泥土和砖石堆砌而成，其上表面为斜面，且其上表面进行砂浆抹面以减少其摩擦力，同时基岩模型21上还留有一排抗滑桩植入孔，用于供抗滑桩模型3植入，所述深层滑带22和浅层滑带24由颗粒直径为0.5mm-1mm玻璃珠(质量占比70％)、颗粒直径为0.075-2mm实际滑坡土体(质量占比20％)和水(质量占比10％)混合搅拌而成，所述深层滑体23和浅层滑体25为颗粒直径为0.075-2mm实际滑坡土体。

所述抗滑桩模型3材质聚乙烯材料制成，聚乙烯桩能够较好地模拟抗滑桩受力变形特征；所述抗滑桩3为研究对不同深度滑体的抗滑效果，可设计不同长度，分别嵌固在深层滑体23或者基岩模型21中。

所述多层加载组件包括上伸缩液压缸4和下伸缩液压缸43，上伸缩液压缸4两端分别一上固定块41和一上推板42铰接，下伸缩液压缸43两端分别一下固定块44和一下推板45铰接，上固定块41和下固定块44均固定于模型框架1内壁上，上推板42和下推板45分别固定于浅层滑体25和深层滑体23端部，上伸缩液压缸4和下伸缩液压缸43分别用于对浅层滑体和深层滑体施加推力载荷，且上伸缩液压缸4和下伸缩液压缸43均一控制器连接，控制器可控制二者的伸缩速度。

所述水位升降组件包括一储水箱5和进出水泵51，储水箱5与模型框架1通过进水管52和出水管53相连，进出水泵51位于储水箱内，且进水管52和出水管53均连接于进出水泵51上，所述进出水泵51用于将储水箱5内的水输入至模型框架1内和将模型框架1内的水输送至储水箱5内，从而达到调节模型框架1内水位高度以模拟模型框架1内的水位波动的效果。进水管52和出水管53位于模型框架1内的端部均设有过滤网，过滤网用于防止多层滑带滑坡模型2上落下的固体杂质进水进出水泵内。水位升降组件模拟水位高度时，模型框架1内水位包括两种水位状态即高位状态和低水位状态，其中高水位状态时，模型框架1水面高位位于浅层滑带24最低点以上，其中低水位状态时，模型框架1水面高位位于浅层滑带24最低点以下并位于深层滑带22最低点以上。

本发明的实施例还提供了基于上述试验装置的试验方法，该方法包括：如下步骤：

S1：堆制多层滑带滑坡模型2；依据现场滑坡勘查确定滑坡模型试验尺寸和滑坡相似材料，依据多层滑带滑坡空间展布特征依次分层堆制基岩模型21、深层滑带22、深层滑体23、浅层滑带24、浅层滑体25，在所述多层滑坡模型中植入抗滑桩模型3，抗滑桩模型3下端植入所述基岩模型21或所述深层滑体23内，抗滑桩模型3长度根据其下端植入位置调整；

S2：安装多层加载组件，使上伸缩液压缸4和下伸缩液压缸43上的上推板42和下推板45分别固定于浅层滑体25和深层滑体23的端部，从而使上伸缩液压缸4和下伸缩液压缸43能分别独立地对浅层滑体25和深层滑体23施加推力载荷；

S3：调节水位位置；启动储水箱5中的进出水泵51，使储水箱5中的水进入模型框架1内，并模型框架1内的水达到低水位范围或高水位范围；

S4：启动上伸缩液压缸4和下伸缩液压缸43，使上伸缩液压缸4和下伸缩液压缸43分别以预定的伸长速度比对浅层滑体25和深层滑体23施加推力载荷，同时使进出水泵51不断地上下调节水为高度，模拟水位波动，从而研究不同运动运动速度下多层滑带滑坡的运动特征及模拟不同水位波动时对不同深度滑体的影响。

其中上述试验进行多次中，其中每次试验的抗滑桩模型3植入状态与水位波动方案参考表1，上、下伸缩液压缸的伸长速度比例参考表2，本实施例中，抗滑桩模型3植入状态为7种，上、下伸缩液压缸的伸长速度比为3种，即重复上述试验21次即可得到不同运动运动速度下多层滑带滑坡的运动特征及模拟不同水位波动时对不同深度滑体的影响，为多层滑带水库滑坡的研究提供参考，从而提高抗滑桩治理工程的有效性和安全性。

表1

库水位波动	抗滑桩植入	嵌固长度
			低水位	\	\
高水位	\	\
			低水位	有	H/3(嵌固段为基岩模型)
高水位	有	H/3(嵌固段为基岩模型)
			高水位	有	H/3(嵌固段为深层滑体)
高水位	有	H/2(嵌固段为深层滑体)
			高水位	有	H(嵌固段为深层滑体)

注：上表中H为抗滑桩模型的总长度，嵌固长度为植入基岩模型或深层滑体中的长度。

表2

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 (8)

1.一种水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置，其特征在于：包括模型框架、多层滑带滑坡模型、抗滑桩模型、多层加载组件和水位升降组件；模型框架为一无盖容器，且其一侧面材质为透明材质；所述多层滑带滑坡模型包括基岩模型以及依次堆叠于基岩模型上深层滑带、深层滑体、浅层滑带和浅层滑体，其中所述基岩模型的上表面为斜面；所述抗滑桩模型植入于所述多层滑带滑坡模型中；所述多层加载组件包括上伸缩液压缸和下伸缩液压缸，所述上伸缩液压缸两端分别与一上固定块和一上推板铰接，所述下伸缩液压缸两端分别与一下固定块和一下推板铰接，所述上固定块和下固定块均固定于模型框架内壁上，所述上推板和下推板分别固定于浅层滑体和深层滑体端部，所述上伸缩液压缸和下伸缩液压缸分别用于对浅层滑体和深层滑体施加推力载荷；水位升降组件用于调节模型框架内水位高低。

2.根据权利要求1所述的一种水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置，其特征在于：所述水位升降组件包括一进出水泵和储水箱，储水箱与模型框架通过进水管和出水管相连，进出水泵位于储水箱内，且进水管和出水管均连接于进出水泵上。

3.根据权利要求2所述的一种水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置，其特征在于：所述进水管和出水管位于模型框架内的端部均设有过滤网。

4.根据权利要求3所述的一种水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置，其特征在于：所述基岩模型包括混泥土和砖石，所述深层滑带和浅层滑带包括玻璃珠、实际滑坡土体和水。

5.根据权利要求4所述的一种水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置，其特征在于：所述基岩模型上表面设有一砂浆层，且所述基岩模型上设有一排抗滑桩植入孔。

6.根据权利要求5所述的一种水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置，其特征在于：所述抗滑桩模型材质为聚乙烯材质，所述抗滑桩模型下端植入于所述深层滑体或所述基岩模型内。

7.根据权利要求6所述的一种水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置，其特征在于：所述上伸缩液压缸和下伸缩液压缸同时与一控制器连接，所述控制器用于控制所述上伸缩液压缸和下伸缩液压缸的伸缩速度。

8.一种基于上述权利要求7所述的水库型多层滑带滑坡抗滑桩模型试验装置的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：堆制多层滑带滑坡模型；依据现场滑坡勘查确定滑坡模型试验尺寸和滑坡相似材料，依据多层滑带滑坡空间展布特征依次分层堆制基岩模型、深层滑带、深层滑体、浅层滑带、浅层滑体，在所述多层滑坡模型中植入抗滑桩模型，抗滑桩模型下端植入所述基岩模型或所述深层滑体内，抗滑桩模型长度根据其下端植入位置调整；

S2：安装多层加载组件，使上伸缩液压缸和下伸缩液压缸上的上推板和下推板分别固定于浅层滑体和深层滑体的端部，从而使上伸缩液压缸和下伸缩液压缸能分别独立地对浅层滑体和深层滑体施加推力载荷；

S3：调节水位位置；启动储水箱中的进出水泵，使储水箱中的水进入模型框架内，使模型框架内的水达到低水位范围或高水位范围；

S4：启动上伸缩液压缸和下伸缩液压缸，使上伸缩液压缸和下伸缩液压缸分别以设定的伸长速度比对浅层滑体和深层滑体施加推力载荷，同时使进出水泵不断的上下调节水为高度，模拟水位波动从而研究不同运动运动速度下多层滑带滑坡的运动特征及模拟不同水位波动时对不同深度滑体的影响。

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