[发明专利]一种新型模拟超重力边坡模型试验装置及方法

说明书

本发明涉及一种新型模拟超重力边坡模型试验装置，包括：模型箱体、加载机构及摩擦机构，模型箱体用于装载边坡模型；模型箱体的顶部、前侧及后侧都设置为敞口；加载机构用于施加水平载荷到边坡模型上，以提供摩擦所需的法向压力；摩擦机构用于产生竖直向下的摩擦力到边坡模型上，以模拟岩质边坡的重力场。该试验装置可通过摩擦力等效重力，较真实地重现现场边坡的应力应变特征，为开展降雨、开挖及爆破等室内模拟提供良好的前置条件，有效解决了当前模型试验的操作复杂、模拟不够真实等问题，为边坡模型试验研究提供了一种全新的思路。

技术领域

本发明涉及边坡模型实验设备技术领域，特别涉及一种新型模拟超重力边坡模型试验装置及方法。

背景技术

滑坡是一种在山区频发的地质灾害。在我国，每年因滑坡造成大量的人员伤亡和经济损失。因此，对于滑坡的研究和防治成为非常重要的研究课题。边坡失稳破坏物理模拟是研究边坡岩体变形破坏过程的一个重要手段，众多学者通过物理模拟方法对边坡的变形破坏过程及形成机制进行研究。

迄今为止，边坡模型试验主要包括普通1g模型试验和Ng离心模型试验。普通1g模型试验是在1g的重力加速度下进行的，由于模型与原型相比几何尺寸缩小了数倍，因此在正常重力条件下模型的应力水平与原型相差较大；另外边坡模型的变形破坏特征很小，不易观察。

Ng离心模型试验将模型置于高速旋转的离心机中，让模型承受大于重力加速度的离心加速度作用，来补偿因模型尺寸缩小而导致实际边坡自重的损失，惯性力与重力等效，因而模型与原型的应力应变相等、变形相似、破坏机理相同，能再现原型特性，从而可以较好地预测边坡变形破坏特征。但是，边坡进行后续研究时，需要离心机试验停止再对边坡模型施加降雨、开挖等工况，这与工程实际的应力路径不符，导致存在测试结果失真的问题。

发明内容

本申请提供了一种新型模拟超重力边坡模型试验装置及方法，解决或部分解决了现有技术无法在离心机试验持续的情况下，对边坡模型施加降雨、开挖工况，与工程实际的应力路径不符，导致测试结果失真的技术问题；实现了提供一种新型模拟超重力边坡模型试验装置，可用于模拟现场边坡的超重力场，为边坡模型试验研究提供了一种新的思路。

本申请所提供的一种新型模拟超重力边坡模型试验装置，包括：模型箱体、加载机构及摩擦机构，其中，

所述模型箱体用于装载边坡模型；所述模型箱体的顶部、前侧及后侧都设置为敞口；

所述加载机构用于施加水平载荷到所述边坡模型上，以提供摩擦所需的法向压力；

所述摩擦机构用于产生竖直向下的摩擦力到所述边坡模型上，以模拟岩质边坡的重力场。

作为优选，所述边坡模型通过重晶石粉、石英砂及铁粉为骨料的预制块体堆砌而成。

作为优选，所述模型箱体通过竖直设置的支柱固定在底座上；所述支柱为可伸缩结构。

作为优选，所述模型箱体的右侧设置为半封闭结构。

作为优选，所述加载机构设置在所述模型箱体的前侧，所述加载机构包括：液压设备、油缸及压板，

所述液压设备通过油管与所述油缸连接，以输送高压油至所述油缸；

所述油缸的活塞杆连接所述压板，所述压板对应所述模型箱体的前侧设置；所述油缸带动所述压板向所述边坡模型施加水平压应力。

作为优选，还包括：钢化玻璃板及塑料薄膜，

所述钢化玻璃板活动设置在所述模型箱体的前侧位置；所述压板固定在所述钢化玻璃板的一侧，带动所述钢化玻璃板在所述模型箱体的前侧与后侧之间直线移动，使所述钢化玻璃板向所述边坡模型施加水平压应力；

所述塑料薄膜设置在所述钢化玻璃板与所述边坡模型之间。