[发明专利]三维耦合可控滑面边坡稳定性相似试验系统

权利要求书

1.三维耦合可控滑面边坡稳定性相似试验系统，其特征在于：

所述试验系统由水位控制系统、滑面控制系统、表面位移监测系统、深部位移监测系统、滑力补偿私服控制系统、地震效应控制系统、加固方案监测系统和数据采集系统组成。

2.如权利要求1所述的三维耦合可控滑面边坡稳定性相似试验系统，其特征在于：

所述水位控制系统由18个沿滑面均匀分布的喷水口、水位显示器、联接管路和补水控制器组成；打开补水控制器，水流经由管路到达各个喷水口进入滑面岩层中，待渗流稳定后水面高度可由水位控制器实时动态显示；可以调节补水控制器压力改变地下水位高度。

3.如权利要求1所述的三维耦合可控滑面边坡稳定性相似试验系统，其特征在于：

所述滑面控制系统由21个顶升千斤顶和置于千斤顶上的柔性面组成，模型在柔性面上浇筑；试验开始前将各个千斤顶的行程调整在中央位置，并按照实际的地质条件浇筑模型和开挖施工，然后分别调节7组千斤顶使坡体倾角缓慢连续不断增大，在这一过程中观察坡体的位移变形情况，直至坡体开始滑移失稳为止，从而可以获得坡体的潜在滑移面和边坡临界开挖角度；整个过程千斤顶的控制是通过数据采集系统中千斤顶控制部分完成并记录数据。

4.如权利要求1所述的三维耦合可控滑面边坡稳定性相似试验系统，其特征在于：

所述表面位移监测系统由布置于顶部的35个位移监测探头与数据采集系统中的表面位移监测采集部分构成；开始试验时，将调节表面位移监测探头的高度，使其与监测岩体接触良好，开启数据采集系统中的位移采集部分，并使其归零进入测试状态；当表面岩体移动时带动与其接触良好的位移监测探头一起移动，这一位移可由采集系统采集并记录。

5.如权利要求1所述的三维耦合可控滑面边坡稳定性相似试验系统，其特征在于：

所述深部位移监测系统布置于潜在滑面以上岩体中，同样由35个位移监测探头与数据采集系统中的深部位移监测采集部分构成；深部位移监测探头与上部对应的表面位移监测探头在同一平面坐标位置上，以便结合分析滑体位移；开始试验时，开启数据采集系统中的深部位移采集部分，并使其归零进入测试状态；当深部岩体移动时带动深部位移监测探头一起移动，这一位移可由采集系统采集并记录。

6.如权利要求1所述的三维耦合可控滑面边坡稳定性相似试验系统，其特征在于：

所述滑力补偿私服控制系统由15个私服应力控制千斤顶组成；当试验模型不能满足应力相似的条件时，根据相似理论计算所需补偿的应力，然后试验中开启应力补偿系统，施加相应应力使模型应力条件达到试验要求，从而能够更加真实的进行试验，滑力补偿千斤顶由数据采集系统中的相应部分控制并可实施显示。

7.如权利要求1所述的三维耦合可控滑面边坡稳定性相似试验系统，其特征在于：

所述地震效应控制系统由水平地震和竖向地震效应控制系统组成，其中水平地震效应控制系统由16个同步激振器构成，竖向地震效应控制系统由24个同步激振器组成；当需要研究地震作用下边坡的稳定性时，可以开启相应的水平或竖向地震效应激振器，可给模型输入相应的地震模拟振动波形，研究坡体在地震波作用下的稳定性。

8.如权利要求1所述的三维耦合可控滑面边坡稳定性相似试验系统，其特征在于：

所述加固方案监测系统由18个装有位移和应力元件连接接口和线路的装置组成；在加固体上布设相应的应力和位移监测元件，将该元件与加固监测装置连接，可以采集其不同部位受力和变形特性并由采集系统记录，以便分析加固方案的优略。

9.如权利要求1所述的三维耦合可控滑面边坡稳定性相似试验系统，其特征在于：

所述数据采集系统是由水位控制系统、滑面控制系统、表面位移监测系统、深部位移监测系统、滑力补偿私服控制系统、地震效应控制系统和加固方案控制系统的数据采集部分集合组成。

10.如权利要求1-9任意一项所述的三维耦合可控滑面边坡稳定性相似试验系统，其特征在于：本试验系统的工作方法如下：

1)明确研究边坡的地质条件，受力特征和施工工艺，根据地质模型和相似理论确定各个相似量选择合理相似材料；

2)试验系统的滑力补偿私服控制系统复位，滑面控制系统调整到潜在结构面方位，深部位移监测系统复位，然后根据相似比和地质条件浇筑模型；

3)待模型达到试验要求时，调整滑力补偿私服控制系统使模型满足实际受力条件；

4)开启和布置表面位移监测系统，开启深部位移监测系统，并同时调整归零进入监测状态；

5)按照实际施工工艺，进行边坡的开挖和施工，边坡位移可由表面位移监测系统和深部位移监测系统同时监测，获得坡体空间位移特征分析稳定性；

6)如需研究水位变动对坡体稳定性的影响，开启水位控制系统，可以连续改变水位高度研究其对坡体稳定性的影响；

7)如需研究潜在滑面的安全性和搜索滑面方位，开启滑面控制系统，可以连续移动滑面的角度和改变滑面形状，获得坡体滑移面方位与形状；

8)如需研究相应加固方案的合理性，可按实际加固措施进行加固，通过加固监测系统和位移监测系统获得加固体和坡体的受力与位移变形情况；

9)如需研究地震作用对坡体稳定性的影响及破坏严重程度，开启地震效应控制系统，可以同时输入水平和竖向地震波，研究地震影响作用；

10)以上各种或其中几种影响因素共同作用对边坡的影响，只需同时启动相应系统即可研究其耦合作用对坡体稳定性的影响；

11)试验监测数据由数据采集系统采集并保存，以便后续分析研究；

12)试验结束，清理模型，复位各系统。