[发明专利]一种研究有潜在破坏面的岩土工程模拟试验平台

说明书

本发明提出一种岩土工程模拟试验平台，包括模拟模型系统、加载系统、雨水模拟系统和数据采集系统。模拟模型系统采用各种岩土相似模拟材料堆砌或浇筑岩土工程模型；岩土工程模型内可植入加固构件模拟治理工程；也可植入观测仪器，结合外部观测设备测量构成模型变形数据采集系统。雨水模拟系统可以模拟岩土软化、溶蚀，观测岩土工程稳定性。加载系统可模拟地质应力场假三轴加载。因而，本系统具有可实现地质应力场模拟、大比尺模拟、水土耦合模拟、数据自动采集的多功能，可塑性强、制作简单、操作方便，可以模拟有潜在破坏面的各类岩土工程在雨水作用下发生浸蚀、溶蚀等软化现象，通过三维模拟试验再现地质灾害破坏过程和工程加固治理效果。

技术领域

本发明涉及一种岩土工程模拟试验平台，具体涉及有潜在破坏面的岩土工程破坏过程与加固效果的岩土工程物理模拟试验平台，属于土木建筑类和地质灾害治理技术领域。

背景技术

公路、铁路、采矿、水利、城市建设的地面地下岩土工程研究重点集中于岩土体的稳定性评判和加固效果两个方面。岩土工程稳定性评判在理论解析法计算和数值模拟试验过程中，数学计算方法都要采用抽象化假设条件，许多岩土力学参数都采用平均值和力学换算，其结果是研究对象的工程环境过于简单和理想，脱离现实甚远。工程界转向工程试验寻求稳定性评判和预测效果，这必然存在工程浪费和不能重复试验验证结果。

在室内试验平台采用相似理论可以很大程度地折减工程原型尺寸、材料参数，减少材料用量和工作量。截至目前的国内报道，边坡模拟试验大多针对特定的工程填筑固体实体模型，在滑体上码砌重物施加重力造成潜在滑体滑移；但是，不可能模拟工程实体以外的地质构造应力场对滑体的实际作用，也不能观察地下水体对软弱结构面和滑面的作用，更不能对同一个工程改变弱面和边界条件进行重复试验以探寻实际不可知的弱面形状。另一个应用市场‐‐‐地下工程模拟试验多是x,h二维的平面试验，注重于地质构造应力场对硐室围岩的作用；但是，二维的平面固体模型的尺寸效应不能形成地下水流场，也就不能模拟地下水对地质构造弱面的软化、溶蚀作用，更不能模拟岩体在地质构造应力作用下的地下水渗流网的形成和变化；特别是二维模型破坏后不能对其加固修复，所以也不能预测同一个模型加固修复后的效果。

地质构造面或地质体弱面是岩土工程的力学弱面，而且大多是地下水通道，正是弱面控制着岩土体稳固性。研究和控制潜在弱面作用下的工程模型破坏过程可以得到岩土工程的破坏规律；对同一个研究工程实体的重复研究是验证试验结果的唯一方法；在不改变工程条件的同一个实体上进行加固试验是预测加固效果的最好方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有室内岩土工程相似材料物理模拟二维模型试验存在的技术缺点与不足，提供一种建模周期短，可模拟三轴加载、液固耦合，主控因素多水平重复试验的岩土工程模拟试验平台。

本发明采用三维模型和假三轴加载代替二维模型的平面应力平面应变试验，较好的复原了岩土工程单元的实际工程条件和力学边界条件；液固耦合的模型和三维受力条件下的地下水渗流场可模拟岩土体在水作用下的局部软化现象，解决了目前整体弱化岩土体力学性质的建模方法；利用改变潜在破坏面的倾角，实现同一个模型的主控因素多水平的重复试验，解决了破坏面产状不稳定导致结果失效问题，也减小了试验模型工程量和降低了试验成本，缩短了模拟模型成型的工期。

本发明一种岩土工程模拟试验平台的技术方案为：

本发明的一种研究有潜在破坏面的岩土工程模拟试验平台，包括模拟模型系统、加载系统、雨水模拟系统及数据采集系统；

模拟模型系统包括模型基座和模型平面板，所述模型平面板的一端与所述模型基座活动铰接，模型平面板与模型基座之间的夹角可调；在所述模型平面板上设置有岩土工程模型；

所述加载系统包括垂直加载装置、侧向加载装置、后端加载装置，所述加载装置分别对岩土工程模型的上表面、两侧表面、后端面施加载荷；