CN220473243U - 一种模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置，包括：模型框架、加载装置、位移场测量系统、红外热像仪及待测模型，所述，模型框架中心放置所述待测模型，所述加载装置穿过并固定于所述模型框架，且所述加载装置与所述待测模型相接触，所述位移场测量系统、红外热像仪正对所述待测模型设置，所述位移场测量系统用于获取所述待测模型表面位移场变化信息，所述红外热像仪用于获取所述待测模型表面红外场变化信息。本实用新型提供的模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置，结构简单、满足边坡初始地应力场的相似模拟要求，能实现位移场和红外场实时监测。

Description

一种模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置

技术领域

本实用新型涉及边坡模型试验设备技术领域，特别是涉及一种模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置。

背景技术

在水利水电、交通运输、露天矿山开采等工程中常出现滑坡灾害，滑坡灾害的机理、控制及监测预警一直是岩土工程领域研究的重点和难点。边坡岩土体开挖是导致边坡变形破坏的主要原因，进行开挖下边坡变形破坏规律研究具有重要理论意义和工程实用价值。边坡开挖模型试验是进行边坡变形破坏规律研究的直观有效的方法，国内外诸多专家进行了边坡稳定性的模型试验研究，取得了大量有意义的研究成果，但仍存在一些不足：

1、初始地应力场会对边坡的变形破坏会产生重要影响，现有模型试验系统多在边坡模型堆砌后再施加荷载，不能保证初始应力场与原型相似，影响模型试验的准确性。

2、边坡变形破坏过程中伴随着红外温度场的变化，进行红外温度场监测分析是研究边坡变形破坏规律的有效方法，现有模型试验系统多进行单一位移场的监测，不能进行位移场和红外场多参量实时监测。因此设计一种模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置是十分有必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置，结构简单、满足边坡初始地应力场的相似模拟要求，能实现位移场和红外场实时监测。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置包括：模型框架、加载装置、位移场测量系统、红外热像仪及待测模型，所述，模型框架中心放置所述待测模型，所述加载装置穿过并固定于所述模型框架，且所述加载装置与所述待测模型相接触，所述位移场测量系统、红外热像仪正对所述待测模型设置，所述位移场测量系统用于获取所述待测模型表面位移场变化信息，所述红外热像仪用于获取所述待测模型表面红外场变化信息；

所述加载装置包括液压油缸组及加载板组，所述液压油缸组穿过并固定于所述模型框架，所述液压油缸组的输出端与所述待测模型相接触，且所述液压油缸组的输出端与所述待测模型之间设置所述加载板组。

可选的，所述模型框架包括上梁、下梁、左柱、右柱、前支板及后支板，所述上梁、下梁、左柱、右柱连接组成矩形框架，所述前支板分别连接所述左柱底部及右柱底部的前部，所述后支板分别连接所述左柱底部及右柱底部的后部，矩形框架中心放置所述待测模型，所述液压油缸组分别穿过并固定于所述上梁、左柱及右柱，并通过加载板组分别与待测模型的侧面与顶面相接触。

可选的，所述位移场测量系统包括高速摄像机及位移监测点，所述待测模型上设置所述位移监测点，所述高速摄像机用于获取位移监测点的位置信息。

可选的，所述液压油缸组包括两个竖向加载液压油缸、两个左侧水平加载液压油缸及两个右侧水平加载液压油缸，所述加载板组包括竖向加载板、左侧水平加载板及右侧水平加载板，所述竖向加载液压油缸的输出端与所述待测模型顶部相接触，且二者之间设置所述竖向加载板，所述左侧水平加载液压油缸的输出端与所述待测模型左侧相接触，且二者之间设置所述左侧水平加载板，所述右侧水平加载液压油缸的输出端与所述待测模型右侧相接触，且二者之间设置所述右侧水平加载板。

可选的，所述竖向加载液压油缸包括竖向加载顶法兰、竖向加载活塞杆、竖向加载固定法兰、竖向加载缸体，所述上梁的顶部对应所述竖向加载液压油缸设置有两个通孔，所述竖向加载缸体穿过所述通孔并固定连接所述竖向加载固定法兰，且通过所述竖向加载固定法兰将所述竖向加载缸体固定在所述上梁上，所述竖向加载缸体的内部设置竖向加载活塞杆的一端，所述竖向加载活塞杆的另一端穿过所述竖向加载缸体及竖向加载固定法兰连接所述竖向加载顶法兰，所述竖向加载顶法兰与所述待测模型顶部相接触，且二者之间设置所述竖向加载板。

可选的，所述左侧水平加载液压油缸包括左侧水平加载顶法兰、左侧水平加载活塞杆、左侧水平加载固定法兰、左侧水平加载缸体，所述左柱的左侧对应所述左侧水平加载液压油缸设置有两个通孔，所述左侧水平加载缸体穿过所述通孔并固定连接所述左侧水平加载固定法兰，且通过所述左侧水平加载固定法兰将所述左侧水平加载缸体固定在所述左柱上，所述左侧水平加载缸体的内部设置左侧水平加载活塞杆的一端，所述左侧水平加载活塞杆的另一端穿过所述左侧水平加载缸体及左侧水平加载固定法兰连接所述左侧水平加载顶法兰，所述左侧水平加载顶法兰与所述待测模型左侧相接触，且二者之间设置所述左侧水平加载板。

可选的，所述右侧水平加载液压油缸包括右侧水平加载顶法兰、右侧水平加载活塞杆、右侧水平加载固定法兰、右侧水平加载缸体，所述右柱的右侧对应所述右侧水平加载液压油缸设置有两个通孔，所述右侧水平加载缸体穿过所述通孔并固定连接所述右侧水平加载固定法兰，且通过所述右侧水平加载固定法兰将所述右侧水平加载缸体固定在所述右柱上，所述右侧水平加载缸体的内部设置右侧水平加载活塞杆的一端，所述右侧水平加载活塞杆的另一端穿过所述右侧水平加载缸体及右侧水平加载固定法兰连接所述右侧水平加载顶法兰，所述右侧水平加载顶法兰与所述待测模型右侧相接触，且二者之间设置所述右侧水平加载板。

可选的，所述待测模型包括开挖块体及边坡模型，所述待测模型为长方体，所述边坡模型右上角设置所述开挖块体，所述开挖块体由低强度石膏粉、水为材料的预制块体堆砌而成，所述边坡模型由低强度石膏粉、水为材料的预制块体堆砌而成。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型提供的模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置，通过模型框架来装载及支撑边坡模型，借助由加载液压油缸和加载板组成的加载系统来模拟边坡应力场，利用由位移监测点和高速摄像机组成的位移场测量系统获取边坡模型变形破坏过程中的位移场信息，借助红外热像仪获取边坡模型变形破坏过程中的红外场信息。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置的结构主视图；

图2为本实用新型实施例模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置的结构左视图；

图3为本实用新型实施例模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置的结构俯视图；

图4为本实用新型实施例的右侧水平加载液压油缸主视图；

图5为本实用新型实施例的右侧水平加载液压油缸左视图。

附图标记：1.上梁；2.左柱；3.右柱；4.下梁；5.前支板；6.后支板；7.左侧水平加载板；8.右侧水平加载板；9.竖向加载板；10.左侧水平加载液压油缸；11.右侧水平加载液压油缸；12.竖向加载液压油缸；13.右侧水平加载顶法兰；14.右侧水平加载活塞杆；15.右侧水平加载固定法兰；16.开挖块体；17.右侧水平加载缸体；18.位移监测点；19.高速摄像机；20.红外热像仪；21.边坡模型。

具体实施方式

本实用新型的目的是提供一种模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置，结构简单、满足边坡初始地应力场的相似模拟要求，能实现位移场和红外场实时监测。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-3所示，一种模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置，包括：模型框架、加载装置、高速摄像机19、红外热像仪20及待测模型，所述模型框架中心放置所述待测模型，所述加载装置穿过并固定于所述模型框架，且所述加载装置与所述待测模型相接触，所述高速摄像机19、红外热像仪20正对所述待测模型设置，所述红外热像仪20用于获取所述待测模型表面红外场变化信息；

所述加载装置包括液压油缸组及加载板组，所述液压油缸组穿过并固定于所述模型框架，所述液压油缸组的输出端与所述待测模型相接触，且所述液压油缸组的输出端与所述待测模型之间设置所述加载板组。

所述待测模型包括边坡模型21和开挖块体16，所述边坡模型21右上角设置所述开挖块体16，所述边坡模型21表面均匀设置有黑色圆点，作为位移监测点18配合高速摄像机19获取边坡模型21变形破坏过程中的位移场信息。

模型框架包括上梁1、下梁4、左柱2、右柱3、前支板5及后支板6，所述上梁1、下梁4、左柱2、右柱3连接组成矩形框架，所述前支板5分别连接所述左柱2底部及右柱3底部的前部，所述后支板6分别连接所述左柱2底部及右柱3底部的后部，矩形框架中心放置所述待测模型，所述液压油缸组分别穿过并固定于所述上梁1、左柱2及右柱3，并通过加载板组分别与待测模型的侧面与顶面相接触。

所述液压油缸组包括两个竖向加载液压油缸12、两个左侧水平加载液压油缸10及两个右侧水平加载液压油缸11，所述加载板组包括竖向加载板9、左侧水平加载板7及右侧水平加载板8，所述竖向加载液压油缸12的输出端与所述待测模型顶部相接触，且二者之间设置所述竖向加载板9，所述左侧水平加载液压油缸10的输出端与所述待测模型左侧相接触，且二者之间设置所述左侧水平加载板7，所述右侧水平加载液压油缸11的输出端与所述待测模型右侧相接触，且二者之间设置所述右侧水平加载板8。

所述竖向加载液压油缸12包括竖向加载顶法兰、竖向加载活塞杆、竖向加载固定法兰、竖向加载缸体，所述上梁1的顶部对应所述竖向加载液压油缸12设置有两个通孔，所述竖向加载缸体穿过所述通孔并固定连接所述竖向加载固定法兰，且通过所述竖向加载固定法兰将所述竖向加载缸体固定在所述上梁1上，所述竖向加载缸体的内部设置竖向加载活塞杆的一端，所述竖向加载活塞杆的另一端穿过所述竖向加载缸体及竖向加载固定法兰连接所述竖向加载顶法兰，所述竖向加载顶法兰与所述待测模型顶部相接触，且二者之间设置所述竖向加载板9，所述左侧水平加载液压油缸10及右侧水平加载液压油缸11结构与所述竖向加载液压油缸12结构相同。

所述左侧水平加载液压油缸10包括左侧水平加载顶法兰、左侧水平加载活塞杆、左侧水平加载固定法兰、左侧水平加载缸体，所述左柱2的左侧对应所述左侧水平加载液压油缸10设置有两个通孔，所述左侧水平加载缸体穿过所述通孔并固定连接所述左侧水平加载固定法兰，且通过所述左侧水平加载固定法兰将所述左侧水平加载缸体固定在所述左柱2上，所述左侧水平加载缸体的内部设置左侧水平加载活塞杆的一端，所述左侧水平加载活塞杆的另一端穿过所述左侧水平加载缸体及左侧水平加载固定法兰连接所述左侧水平加载顶法兰，所述左侧水平加载顶法兰与所述待测模型左侧相接触，且二者之间设置所述左侧水平加载板7。

如图4及图5所示，所述右侧水平加载液压油缸11包括右侧水平加载顶法兰13、右侧水平加载活塞杆14、右侧水平加载固定法兰15及右侧水平加载缸体16，所述右柱3的右侧对应所述右侧水平加载液压油缸11设置有两个通孔，所述右侧水平加载缸体16穿过所述通孔并固定连接所述右侧水平加载固定法兰15，且通过所述右侧水平加载固定法兰15将所述右侧水平加载缸体16固定在所述右柱3上，所述右侧水平加载缸体16的内部设置右侧水平加载活塞杆14的一端，所述右侧水平加载活塞杆14的另一端穿过所述右侧水平加载缸体16及右侧水平加载固定法兰15连接所述右侧水平加载顶法兰15，所述右侧水平加载顶法兰15与所述待测模型右侧相接触，且二者之间设置所述右侧水平加载板8。

本实用新型的一个实施例为，应用上述模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置，进行一种模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验系统进行试验，具体包括如下步骤：

步骤1：用高强度石膏粉、水为材料制作第一预制块体，用低强度石膏粉、水为材料制作第二预制块体。

步骤2：用第一预制块体堆砌边坡模型21，用第二预制块体堆砌开挖块体16，边坡模型21、开挖块体16与顶法兰间预留加载板放置空间；

步骤3：在开挖块体16、边坡模型21表面制作均匀分布的黑色圆点；

步骤4：左侧水平加载板7置于左侧水平加载顶法兰和边坡模型21间，右侧水平加载板8置于右侧水平加载顶法兰13和边坡模型21间，竖向加载板9置于竖向加载顶法兰和边坡模型21间，加载板尺寸由边坡模型21和开挖块体16确定；

步骤5：根据相似模拟实际情况，选择合适的油缸压力和加载路径，通过水平加载液压油缸和竖向加载液压油缸12对加载板施加压力，生成边坡初始应力场；

步骤6：依次抽出开挖块体16第一步开挖部分、开挖块体16第二步开挖部分、开挖块体16第三步开挖部分，实现分布开挖，同时，通过高速摄像机19和红外热像仪20对边坡模型21表面进行连续监测；

步骤7：处理高速摄像机19拍摄得到的位移监测点18数据，得到边坡模型21表面位移场变化信息，提取红外热像仪20数据，得到边坡模型21表面红外场变化信息，分析应力对边坡变形破坏规律。

本实用新型提供的模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置，通过模型框架来装载及支撑边坡模型，借助由加载液压油缸和加载板组成的加载系统来模拟边坡应力场，利用由位移监测点和高速摄像机组成的位移场测量系统获取边坡模型变形破坏过程中的位移场信息，借助红外热像仪获取边坡模型变形破坏过程中的红外场信息。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (1)

1.一种模拟开挖下边坡变形破坏的模型实验装置，其特征在于，包括：模型框架、加载装置、位移场测量系统、红外热像仪及待测模型，所述模型框架中心放置所述待测模型，所述加载装置穿过并固定于所述模型框架，且所述加载装置与所述待测模型相接触，所述位移场测量系统、红外热像仪正对所述待测模型设置，所述位移场测量系统用于获取所述待测模型表面位移场变化信息，所述红外热像仪用于获取所述待测模型表面红外场变化信息；

所述加载装置包括液压油缸组及加载板组，所述液压油缸组穿过并固定于所述模型框架，所述液压油缸组的输出端与所述待测模型相接触，且所述液压油缸组的输出端与所述待测模型之间设置所述加载板组；所述液压油缸组包括两个竖向加载液压油缸、两个左侧水平加载液压油缸及两个右侧水平加载液压油缸，所述加载板组包括竖向加载板、左侧水平加载板及右侧水平加载板，所述竖向加载液压油缸的输出端与所述待测模型顶部相接触，且二者之间设置所述竖向加载板，所述左侧水平加载液压油缸的输出端与所述待测模型左侧相接触，且二者之间设置所述左侧水平加载板，所述右侧水平加载液压油缸的输出端与所述待测模型右侧相接触，且二者之间设置所述右侧水平加载板；

所述模型框架包括上梁、下梁、左柱、右柱、前支板及后支板，所述上梁、下梁、左柱、右柱连接组成矩形框架，所述前支板分别连接所述左柱底部及右柱底部的前部，所述后支板分别连接所述左柱底部及右柱底部的后部，矩形框架中心放置所述待测模型，所述液压油缸组分别穿过并固定于所述上梁、左柱及右柱，并通过加载板组分别与待测模型的侧面与顶面相接触；

所述竖向加载液压油缸包括竖向加载顶法兰、竖向加载活塞杆、竖向加载固定法兰、竖向加载缸体，所述上梁的顶部对应所述竖向加载液压油缸设置有两个通孔，所述竖向加载缸体穿过所述通孔并固定连接所述竖向加载固定法兰，且通过所述竖向加载固定法兰将所述竖向加载缸体固定在所述上梁上，所述竖向加载缸体的内部设置竖向加载活塞杆的一端，所述竖向加载活塞杆的另一端穿过所述竖向加载缸体及竖向加载固定法兰连接所述竖向加载顶法兰，所述竖向加载顶法兰与所述待测模型顶部相接触，且二者之间设置所述竖向加载板；

所述左侧水平加载液压油缸包括左侧水平加载顶法兰、左侧水平加载活塞杆、左侧水平加载固定法兰、左侧水平加载缸体，所述左柱的左侧对应所述左侧水平加载液压油缸设置有两个通孔，所述左侧水平加载缸体穿过所述通孔并固定连接所述左侧水平加载固定法兰，且通过所述左侧水平加载固定法兰将所述左侧水平加载缸体固定在所述左柱上，所述左侧水平加载缸体的内部设置左侧水平加载活塞杆的一端，所述左侧水平加载活塞杆的另一端穿过所述左侧水平加载缸体及左侧水平加载固定法兰连接所述左侧水平加载顶法兰，所述左侧水平加载顶法兰与所述待测模型左侧相接触，且二者之间设置所述左侧水平加载板；

所述右侧水平加载液压油缸包括右侧水平加载顶法兰、右侧水平加载活塞杆、右侧水平加载固定法兰、右侧水平加载缸体，所述右柱的右侧对应所述右侧水平加载液压油缸设置有两个通孔，所述右侧水平加载缸体穿过所述通孔并固定连接所述右侧水平加载固定法兰，且通过所述右侧水平加载固定法兰将所述右侧水平加载缸体固定在所述右柱上，所述右侧水平加载缸体的内部设置右侧水平加载活塞杆的一端，所述右侧水平加载活塞杆的另一端穿过所述右侧水平加载缸体及右侧水平加载固定法兰连接所述右侧水平加载顶法兰，所述右侧水平加载顶法兰与所述待测模型右侧相接触，且二者之间设置所述右侧水平加载板；

所述位移场测量系统包括高速摄像机及位移监测点，所述待测模型上设置所述位移监测点，所述高速摄像机用于获取位移监测点的位置信息。