CN115047170A - 模拟地震、降雨共同作用下边坡路堤的模拟试验装置 - Google Patents

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CN115047170A CN202210705431.2A CN202210705431A CN115047170A CN 115047170 A CN115047170 A CN 115047170A CN 202210705431 A CN202210705431 A CN 202210705431A CN 115047170 A CN115047170 A CN 115047170A
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李丽华
康浩然
肖衡林
徐维生
周鑫隆
裴尧尧
黄少平
白玉霞
张东方
贾志勇
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Abstract

本申请公开了模拟地震、降雨共同作用下边坡路堤的模拟试验装置。以上提供的模拟试验装置，在模拟试验时，将边坡路堤模型装填至层状剪切箱体内。开启振动台，并通过振动台产生作用于层状剪切箱体的振动来模拟地震条件，开启降雨模拟机构，通过向所述层状剪切箱体的上方喷水形式模拟降雨，此时只需要检测机构检测边坡路堤模型的目标试验参数，这样就能较好地实现对地震和降雨条件下边坡路堤的侵蚀状况的模拟试验。

Description

模拟地震、降雨共同作用下边坡路堤的模拟试验装置
技术领域
本申请涉及岩土工程的技术领域，尤其涉及模拟地震、降雨共同作用下边坡路堤的模拟试验装置。
背景技术
边坡稳定性是岩土工程经典研究问题之一，备受学术界和工程界广泛重视。大量工程实践表明，边坡失稳并非单一因素造成，而是多个因素共同作用的结果。地下水渗流和地震动力作用是边坡失稳的两大外部因素，传统分析方法一般只考虑其中某一项因素作用，两种工况下的边坡失稳研究相对较少。从汶川到芦山的震害现场调查也发现，地下水丰富的边坡在地震发生时破坏严重，边坡的失稳模式、失稳机理以及滑动区域已与单因素下的破坏形式明显不同。对地下水渗流而言，孔隙水压力的消长是边坡失稳的关键，孔隙水压的增长时坡体有效应力将减小，会削弱边坡的稳定。对地震的惯性力而言，坡体将受到水平和竖直的地震力，当水平地震力背离坡体时，会产生横向拉应力，引起坡体开裂，同样会削弱稳定性。在渗流和地震共同作用时，孔隙水压力和水平地震力的最不利组合会严重威胁边坡的安全，此类研究应予以特别关注。
相关技术中，模拟试验装置主要针对雨后地震这一工况，单独改变模型的含水率，模拟实际工程中地震与降雨同时作用主要是通过数值去推演，即无法真正意义上实现对地震和降雨条件下边坡路堤的侵蚀状况的模拟试验。
发明内容
有鉴于此，本申请提供模拟地震、降雨共同作用下边坡路堤的模拟试验装置，能够较好地实现对地震和降雨条件下边坡路堤的侵蚀状况的模拟试验。
本申请提供一种设备垫铁座浆凿坑的施工装置，包括：
本申请提供一种模拟地震、降雨共同作用下边坡路堤的模拟试验装置，包括：
一层状剪切箱体，用以容纳边坡路堤模型，所述层状剪切箱体包括呈线性排布的若干框架单元，各框架单元被配置成能够沿大体垂直于框架单元排布方向活动；
一降雨模拟机构，用以对通过向所述层状剪切箱体的上方喷水形式模拟降雨；
一振动台，用以对所述层状剪切箱体产生振动；
和，一检测机构，用以检测所述边坡路堤模型的相关试验参数。
可选地，所述检测机构为加速度传感器、激光位移传感器、应变片、孔隙水压力计、土压力盒中的一种或至少多种。
可选地，所述供水管道连通有计量泵和压力泵。
可选地，所述层状剪切箱体设有用以界定所述框架单元的极限活动位置的限位组件。
可选地，还包括连接所述层状剪切箱体的倾斜姿态的坡度调节组件。
可选地，还包括用以收集所述层状剪切箱体内边坡路堤模型的脱落颗粒的收集箱。
以上提供的模拟试验装置，在模拟试验时，将边坡路堤模型装填至层状剪切箱体内。开启振动台，并通过振动台产生作用于层状剪切箱体的振动来模拟地震条件，开启降雨模拟机构，通过向所述层状剪切箱体的上方喷水形式模拟降雨，此时只需要检测机构检测边坡路堤模型的目标试验参数，这样就能较好地实现对地震和降雨条件下边坡路堤的侵蚀状况的模拟试验。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例提供的模拟试验的整体结构示意图。
图2为本申请实施例提供的层状剪切箱体的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的轨道组件的结构示意图。
其中，图中元件标识如下：
1-压力泵；2-计量泵；3-供水管道；4-降水管；5-降水管；6-层状剪切箱体；7-坡度调节组件；8-收集箱；9-支架；10-限位组件；11-轨道组件。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，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一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；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。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申请中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
本申请实施例提供的模拟地震、降雨共同作用下边坡路堤的模拟试验装置，包括振动台、层状剪切层状剪切箱体6、降雨模拟机构和检测机构(图中未示出)。
检测机构可根据实际需要采用传感器，诸如加速度传感器、激光位移传感器、孔隙水压力计、土压力盒等等。
作为一种具体的实际需要，振动台所测量的加速度测试范围为0.05～1.5g，频率范围为0～50Hz。
相关技术中，振动台试验所用模型试验装置，往往只能单独考虑地震动作用或断层错动。而且模型装置往往成本较高，不能循环使用，而且安装、拆除施工难度较大。
根据上述现有技术的不足，本申请振动台可采用在断层错动和地震动共同作用下的预制装配式模型箱，也可应用于单独只考虑断层错动或地震动非一致激励振动台试验。在保证模型箱承载力的同时采用了螺栓连接和拼接的方式，预制件可以在现场进行拼接安装，试验完成可以直接拆除以便循环使用。
上述，层状剪切箱采用16层亚克力板材料组成，所述层状剪切层状剪切箱体6由亚克力材质的框架单元(可为矩形)构成。各个矩形钢框架沿竖直方向平行放置。
如图3所述，相邻的框架单元之间设置有轨道组件11，轨道组件11由滚轴和固设于框架单元上的轨道所构成。，使得相邻亚克力框架之间能够产生相对的水平滑动。
为了减少试验时的边界效应，可设置限位组件10。作为一种示范形式，限位组件10可为侧向限位框架形式，其由钢立柱、侧边万向滚轴和系杆组成，钢立柱沿矩形钢框架长边方向固定于底板上，各个侧边万向滚轴沿钢立柱高度方向等间距分布，该间距与相邻矩形钢框架中心线间距一致，同一高度的侧边万向滚轴与对应高度的矩形钢框架接触并产生相对水平滑动，系杆安装于相邻钢立柱以增强侧向限位立柱整体稳定性。
再次参考图1，本实施例提供降雨模拟机构，包括压力泵1、计量泵2、供水管道3、降水管4，层状剪切箱体6和支架9。
上述供水管道3和降水管4设置于所述层状剪切箱体6的上方，所述供水管道3与自来水管相连接，且所述供水管道3上设置所述压力泵1和计量泵2。
所述压力泵1和计量泵2均由遥控控制其流量并通过显示屏记录相应的数值；
所述降水管5设置于所述层状剪切箱体6的上方且与所述降水喷头4相连接；
所述层状剪切箱体6上模拟径流小区，所述坡度升降器7在所述层状剪切箱体6的正下方用以调节坡度值，所述坡度升降器7通过遥控控制并通过显示屏获得其值；分两种测试方法。
第一种是以坡度值为自变量，获得的土体侵蚀为因变量：将坡度升降器设置为某一坡度值，打开自来水，使水流经过供水管道3，流经降水管道5向喷头4供水形成人工降雨进行实验，记录下各遥控显示屏此时的数据和收集桶8内的土体侵蚀量，并将此时收集桶8内的土体侵蚀量记录为R-S**(**为此时的坡度值)；打开坡度调节组件7使坡度值增加或者减少，通过遥控显示屏记录坡度值，打开自来水使压力泵1和计量泵2设置的与初次实验的降雨数据保持一致，并以R-S**(**为此时的坡度值)进行编号；重复这样实验多次，多次调节坡度值，记录各坡度下的土体侵蚀。
第二种是以降雨量为自变量，获得的土体侵蚀为因变量：将坡度为固定值，将坡度调节组件7设置为某一坡度值，打开自来水管，使水流经过供水管道3，降水管5向喷头4形成人工降雨进行实验，记录下此时压力泵1和计量泵2显示屏上的数据和收集箱8内的土体侵蚀量，并将收集桶内的土体侵蚀量以S-R(S-R为此实验下的计量泵2和压力泵1上的数值)；通过遥控控制水流量大小和压力大小，坡度值保持不变，并记录此时收集桶的土体侵蚀量S-R**(**为此时的计量泵2和压力泵1上的数值)；重复多次实验，多次调整水流量和压力量，并记录每次实验下收集桶内的土体侵蚀量。将每次实验下的土体侵蚀量进行烘干，称重；分析不同坡度值下降雨量、降雨强度对土体侵蚀的影响；
本申请模拟试验装置的工作原理是：
本模拟试验装置，通过操作台和液压系统调控和放置在层状剪切箱体的下部的振动台设备提供动力，输入不同地震波波形，模拟不同实际地震工况。降雨装置，通过压力泵控制模拟实际降雨量。层状剪切箱的应用是为了模拟真实的边坡环境，减少了使用传统刚性箱产生的边界效应。检测系统是通过观察剪切箱侧面雨水入渗情况，根据加速度计、激光位移传感器、孔隙水压力计、土压力盒读数，分析在地震和降雨共同作用这一工况下边坡的破坏机理，以及动力响应。
现在针对一个常见的应用场景中，来阐述本申请模拟试验的操作过程。应当注意的是，此常见的实施方案不可作为理解本申请所声称所要解决技术问题的必要性特征认定的依据，其仅仅是示范而已。
该模拟试验操作流程如下：
S1、根据规范要求在层状剪切箱内分层填放边坡模型，在预设位置放置加速度传感器、土压力盒、孔隙水压力计，激光位移传感器监测边坡的沉降以及水平位移；
S2、调试检测机构，记录构成检测机构的各传感器的初始数据且保证传感器正常工作，将控制电脑及数据采集仪数据清零，检查传感器是否固定到位；
S3、根据实际降雨量的模拟需要，通过水泵控制降雨装置的降雨量，可以模拟先降雨后地震、地震降雨同时进行两种工况；
S4、开启振动台操作台，打开控制电脑预设所需地震波，调整振动加速度以及频率，实验开始时打开散热水塔及动力油源；
S5、根据保存记录读数进行计算处理可得到路堤边坡变形情况、雨水入渗情况以及动力响应情况，可总结模型破坏规律。
本申请模拟试验装置，具有下列优点和有效意义：
目前国内外大多数试验是单独模拟地震作用，使用数值模拟方法分析地震和降雨耦合作用。然而这两种危害往往是同时出现，所以本发明可以补充国内这方面试验的不足，可以较好的还原地震和降雨耦合作用；
降雨工况主要通过改变结构含水率以及雨水入渗去影响结构的稳定性，以往的模型试验往往会忽略雨水入渗这一影响因素，本发明可以较好的模拟雨水入渗这一过程；
层状剪切箱的使用可以很好的减少以往使用刚性箱带来的边界效应，采用透明的亚克力板材料可以更好的观察雨水入渗情况，以及边坡的变形情况；
可用于模拟不同地震和降雨工况耦合作用效果，不同震级和降雨量对边坡模型的影响。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模拟地震、降雨共同作用下边坡路堤的模拟试验装置，其特征在于，包括：
一层状剪切箱体，用以容纳边坡路堤模型，所述层状剪切箱体包括呈线性排布的若干框架单元，各框架单元被配置成能够沿大体垂直于框架单元排布方向活动；
一降雨模拟机构，用以对通过向所述层状剪切箱体的上方喷水形式模拟降雨；
一振动台，用以对所述层状剪切箱体产生振动；
和，一检测机构，用以检测所述边坡路堤模型的相关试验参数。
2.根据权利要求1所述模拟试验装置，其特征在于，所述检测机构为加速度传感器、激光位移传感器、应变片、孔隙水压力计、土压力盒中的一种或至少多种。
3.根据权利要求1所述模拟试验装置，其特征在于，所述供水管道连通有计量泵和压力泵。
4.根据权利要求1所述模拟试验装置，其特征在于，所述层状剪切箱体设有用以界定所述框架单元的极限活动位置的限位组件。
5.根据权利要求1所述模拟试验装置，其特征在于，还包括连接所述层状剪切箱体的倾斜姿态的坡度调节组件。
6.根据权利要求1所述模拟试验装置，其特征在于，还包括用以收集所述层状剪切箱体内边坡路堤模型的脱落颗粒的收集箱。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112394022A (zh) * 2020-11-18 2021-02-23 安徽理工大学 模拟不同坡度下的降雨装置

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