[发明专利]大型可活动的侧向抬升复合加载滑坡物理模型试验装置

说明书

技术领域

本发明属于地质灾害模型试验领域，涉及滑坡物理模型试验相关的试验仪器，具体的指一种大型可活动的侧向抬升复合加载滑坡物理模型试验装置。

背景技术

我国是滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害多发的国家，其中滑坡这类地质灾害占有较大的比重。此外，由于人类工程活动的不断加剧，滑坡地质灾害已经成为了全球性的主要地质灾害之一。目前，为了有效地防治滑坡，国内外学者试图利用实验方法来探求滑坡的形成机制，其中滑坡物理模型试验是对滑坡生成规律进行研究的有效手段之一，它既可以用来检验理论分析和数值模拟计算结果的准确性，又可以直接指导工程实践的设计与施工。自20世纪90年代以来，我国在滑坡物理模型试验的理论研究、相似材料研制、试验技术等研究方面取得了突出的进展。自21世纪以来，在滑坡物理模型制作上，研究者们对模型框架设计取得了一批研究成果，其中具有代表性的滑坡物理模型试验装置试验平台及系统简介如下。

2004年，张均锋等人以箱体、透水板、挡网、插板为主要构件公开了一种水诱发滑坡模拟试验装置，用于模拟库水位涨落、上游供水、地下水位变化对滑坡的影响，并在此基础上提出了具体的试验方法。

同年，李世海等人发展了水诱发滑坡模型试验，该实验装置主要包括试验台、试验箱、供水系统和设置在试验箱上的滑坡体，可对滑坡失稳时的临界孔隙水压力、滑坡体失稳与承压水面积之间的关系开展研究。

2005年，张强勇等提出了一种组合式地质力学模型试验台架装置，主要是通过若干盒式钢台架体和底盘组合而成，适用于大型交通隧道、水电站地下厂房、矿山高陡边坡等的模拟。

2006年，罗先启等人研发了一种可考虑降雨作用的大型滑坡物理模型试验系统，该系统集起降系统、降雨系统、监测系统于一体，实现了系统的集成化、自动化。

2009年，何满潮等人公开了一种滑坡超前滑动力物理模拟实验方法和装置，主要利用应力传感器和位移传感器探测滑床模型倾斜面上内应力的变化及滑体位移，实现了滑坡发生全过程的模拟。

2010年，刘东燕等人提供了一种由敞口实验箱、水平支架、实验箱驱动装置和自动测角仪组成的滑坡模拟试验装置，能够根据试验要求改变实验箱的宽度，还可以自动测量坡角。

2011年，王世梅等人发明了一种由前面板、后面板、左面板、右面板组成的滑坡模型试验装置，其最大优点在于便于调节、拆卸组装、方便搬运移动及试验后的改装。

2011年，范永波等公开了一种包括库水位涨落模拟单元、滑坡实验槽段、人工降雨模拟单元和测量单元在内的多因素作用下的大型滑坡物理模型实验系统。

虽然上述滑坡物理模型试验装置的研发在一定程度上促进了地质力学模型试验研究方法的发展，但综合考虑上述多个模型试验装置或系统，发现均仍存在一定程度的局限或缺陷：

（1）传统模型试验装置规模尺寸较小，导致在试验过程中滑坡物理模型受两侧框架的边界效应影响显著；部分滑坡物理模型试验装置仅适合运用于教学，采用透明材料制作成小型模型框架以展示滑坡形成过程，无法对实际滑坡进行相似模拟；在试验过程中滑坡物理模型对外力响应敏感，细微的扰动都会使试验数据出现明显的偏差；由于尺寸限制，不能对滑坡-防治结构体系相互作用中的防治结构物进行精细研究；滑坡物理模型堆筑空间狭小，不便于成型与监测设备的布置；

（2）传统模型试验装置大都是固定框架，最多只能在非常有限的范围内改变滑坡物理模型框架的宽度，不能够根据研究需要调整框架的几何尺寸，很难满足一个框架适用于不同滑坡物理模型的要求，以致针对不同的研究对象需要研制不同的滑坡物理模型框架，造成了试验成本的极大浪费；

（3）滑坡应力条件变化难以模拟。滑坡在演化过程中外力边界条件往往并非一成不变，因而需要在试验中施加额外的作用力模拟外力条件的变化，现有试验装置往往不能通过施加外荷载，实现非完整滑坡地质力学模型的模拟；

（4）三维滑坡地质模型难以模拟。目前，滑坡物理模型试验主要是依据滑坡野外现场的勘测资料提取滑坡模型关键剖面建立概化的滑坡物理模型，然而受限于传统滑坡模型框架功能的局限，该概化的滑坡物理模型不能真实反应滑坡的受力变形特征，进行平面应变模型的概化处理后，滑坡物理模型与实际滑坡的模拟相比存在误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种大型可活动的侧向抬升复合加载滑坡物理模型试验装置，能够克服上述现有技术问题，适于较大尺寸的滑坡物理模型，并能实现试验框架的大小调节以及滑体后缘加载的模拟，建立与真实滑坡相比满足几何相似条件的三维空间模型。