[发明专利]一种多场耦合作用下岩质边坡开挖模型试验装置及方法

说明书

本发明涉及一种多场耦合作用下岩质边坡开挖模型试验装置包括：模型箱体、降雨渗流机构、爆破振动机构及水平加载机构，模型箱体用于装载边坡模型；降雨渗流机构用于产生降雨到边坡模型上，以模拟降雨状况；爆破振动机构用于产生振动，并振动作用在边坡模型上，以模拟爆破状况；水平加载机构用于施加水平荷载到边坡模型上，以模拟岩质边坡的初始应力场。该试验装置可用于进行降雨、爆破振动及开挖卸荷耦合作用下岩质边坡模型试验研究，边坡变形破坏的外部影响因素考虑全面，有效地提高了矿山边坡稳定性研究的可靠性。

技术领域

本发明涉及边坡模型实验设备技术领域，特别涉及一种多场耦合作用下岩质边坡开挖模型试验装置及方法。

背景技术

在露天采矿工程中常出现滑坡灾害，矿山边坡的失稳破坏不仅会影响矿山开采工作的正常进行，也会造成大量的人员伤亡和经济损失。因此，露天开采中滑坡灾害机理、控制、监测预警一直以来是矿业边坡工程领域的研究重点。其中降雨渗流、爆破振动及开挖卸荷等一种或多种因素共同作用是诱发矿山边坡变形破坏的主要原因，使得深入研究降雨渗流和爆破振动等多场耦合作用下矿山边坡失稳规律对矿山高效开采具有重要的理论意义和工程实用价值。

边坡模型试验能形象、直观地模拟边坡的受力、变形及破坏的全过程，揭示可控影响因素对滑坡致灾孕育演化过程的影响，一直广受边坡领域的学者青睐，并取得了大量有意义的研究成果，但仍存在一些不足。目前的模型试验装置存在以下几个方面问题：一是边坡模型试验装置功能较单一，只考虑了降雨渗流及爆破振动等单因素作用下岩质边坡的稳定性影响，无法实现多种因素对边坡稳定性影响的研究；二是考虑边坡初始状态不全面，忽略了初始应力场的影响；三是多因素耦合作用下边坡模型受设备、人为因素干扰大，测试结果与真实情况存在一定的偏差。

因此，考虑降雨渗流、爆破振动及开挖卸荷等因素共同作用下的边坡模型试验模拟还存在困难，并对后续开展边坡稳定性及滑坡监测预警等研究产生障碍。

发明内容

本申请提供了一种多场耦合作用下岩质边坡开挖模型试验装置及方法，解决或部分解决了现有技术还无法模拟在降雨渗流、爆破振动及开挖卸荷等因素共同作用下的边坡模型试验的技术问题；实现了提供一种多场耦合作用下岩质边坡开挖模型试验装置，可用于进行降雨、爆破振动及开挖卸荷耦合作用下岩质边坡模型试验研究，边坡变形破坏的外部影响因素考虑全面，有效地提高了矿山边坡稳定性研究的可靠性。

本申请所提供的一种多场耦合作用下岩质边坡开挖模型试验装置，包括：模型箱体、降雨渗流机构、爆破振动机构及水平加载机构，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敞口，底部开设排水孔；所述模型箱体设置有透明材质的前侧板；

所述降雨渗流机构用于产生降雨到所述边坡模型上，以模拟降雨状况；

所述爆破振动机构用于产生振动，并振动作用在所述边坡模型上，以模拟爆破状况；

所述水平加载机构用于施加水平荷载到所述边坡模型上，以模拟岩质边坡的初始应力场。

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，所述边坡模型设置有开挖块体，通过预留开挖面可在试验过程中随时取出所述开挖块体。

作为优选，所述排水孔设置在所述模型箱体的底板右侧位置，所述排水孔连接有排水管，所述排水管上设置有止水阀；

所述模型箱体的前侧板为钢化玻璃，所述前侧板与所述模型箱体的底板、左侧板及右侧板之间的孔隙通过密封胶填充；

所述前侧板上设置有坐标网格；

所述模型箱体的底部设置若干万向轮。

作为优选，所述降雨渗流机构包括：降雨支架、若干喷头、分管路、供水管路、流量调节阀、流量表、水泵及水桶，