[发明专利]一种用于大型振动台实验平台的土体流动模型试验系统

说明书

本发明涉及一种用于大型振动台实验平台的土体流动模型试验系统，该试验系统包括：模型箱：用以模拟不同坡度的山体表面和不同摩擦强度下，土体在地震荷载作用下的运动情况；数据采集装置：包括计算机、设置在模型箱正面且与计算机连接的高速摄像机、设置在模型箱一侧的三维激光扫描仪以及分别通过数据线与现有的大型振动台数据采集装置连接的埋设在模型箱土体内的传感器、设置在模型箱侧面和底部的监控摄像机。与现有技术相比，本发明具有方便自动、开门便捷可调、避免撞击和摇摆、准确捕捉数据等优点。

技术领域

本发明涉及工程地质领域，尤其是涉及一种用于大型振动台实验平台的土体流动模型试验系统。

背景技术

地震触发土体大变形流动，如高速远程滑坡、碎屑流、砂土液化等，因其具有运动速度快、波及范围广、致灾能力强等特点，往往导致大规模的建(构)筑完全摧毁甚至直接掩埋，造成毁灭性的灾难后果。因此，开展地震作用下土体流动行为研究，对于此类灾害的防灾减灾具有重要作用。基于严格相似设计的模型试验，因其具有较高的安全性、可重复性及可控性，克服了现场观测危险性高、不确定性强及数值计算复杂等缺点，成为研究土体流动问题的重要手段。目前关于动力作用下土体流动问题的研究主要基于小型简易振动台开展，通过手动抽挡板或者直接通过电机转轴带动挡板打开的方式进行试验，初步探讨了动力作用下土体流动的规律。但是，该类振动台仅可产生正弦激震，无法模拟真实地震动；其次，此类试验由于尺寸太小，边界效应明显，严重影响试验效果。大型振动台作为研究地震地质灾害最先进的研究手段，逐渐受到国内外学者的广泛关注。然而，目前尚缺少一种可直接在大型振动台实验平台上使用的土体流动模型试验系统。

此类系统的研制的难点在于：

(1)随着模型尺寸急剧增大，土体在斜面上产生的下滑力将急剧增加，直接采用电机自身的自锁力将无法平衡土体产生的下滑力，因此如何保证制样时挡板处于关闭紧锁状态是该系统研制的难点之一；

(2)在强地震荷载作用下，如何保证挡板快速打开并进入固定状态，使土体开始在地震作用下产生流动，是该系统研制的另一难点；

(3)坡面角度是影响滑坡运动行为的关键因素，传统技术常通过螺杆等直接改变模型箱实现坡面角度的改变，但随着模型质量增加，惯性力不断增强，该方式无法保证模型箱与振动台的紧固连接，从而影响地震动的施加，因此可靠的变角度功能是该系统必须具备的功能；

(4)基于大型振动台的模型试验需进行时间缩尺，如何保证在极短的时间内准确获取地震作用下土体流动的高精度图像资料是保证试验成功的关键。因此，亟待解决上述关键技术难题，发明一种能够用于振动台实验平台的土体流动模型试验系统，从而深入研究地震作用下土体流动行为，揭示其流动演化规律，为此类地质灾害的防灾减灾提供科学依据。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于大型振动台实验平台的土体流动模型试验系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于大型振动台实验平台的土体流动模型试验系统，该试验系统包括：

模型箱：用以模拟不同坡度的山体表面和不同摩擦强度下，土体在地震荷载作用下的运动情况；

数据采集装置：包括计算机、设置在模型箱正面且与计算机连接的高速摄像机、设置在模型箱一侧的三维激光扫描仪以及分别通过数据线与现有的大型振动台数据采集装置连接的埋设在模型箱土体内的传感器、设置在模型箱侧面和底部的监控摄像机。

所述的模型箱包括模型箱框架、设置在模型箱框架四面的钢化玻璃以及设置在模型箱框架底面的模型箱底板，所述的模型箱底部通过压板与振动台固定，其内部设有挡板和倾斜滑面，当挡板关闭时，其与倾斜滑面形成放置土体的空间，所述的挡板通过自动开门装置控制挡板开闭。