[发明专利]一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置及方法

说明书

本发明提供一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置，包括模型箱、应力加载系统及监控系统；模型箱内部设有滑动设置的应力加载板，应力加载板与模型箱的一侧面之间形成容置空间；应力加载系统包括至少三个液压伸缩臂及控制器，每一液压伸缩臂的输出端连接应力加载板，控制器分别连接各液压伸缩臂，控制伸缩速率使应力加载板倾斜对反倾岩质边坡模型施加倾斜作用力；监控系统包括高速摄像机、红外摄像仪和普通摄像机。本发明的有益效果：可以通过调节各液压伸缩臂位移及伸缩速率推动应力加载板给反倾岩质边坡模型后部施加围压模拟反倾岩质边坡真实状态下的地应力，同时可以通过调整不同高度的液压伸缩臂位移大小来模拟线性分布的地应力。

技术领域

本发明涉及室内边坡物理模型试验技术领域，尤其涉及一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置及方法。

背景技术

随着我国经济快速发展，土木工程活动范围的不断扩大，已经在我国青藏高原区域规划建设了大量水电工程项目，并且暴露出大量反倾岩质边坡。这些边坡形成机理复杂，影响因素众多，往往会演化成大规模滑坡，严重威胁了水电、交通及其他项目的建设及运营。因此，反倾岩质边坡变形演化过程及稳定性分析已经成为了国内外学者主要研究内容。数值模拟、物理模型试验及力学分析方法已经成为反倾岩质边坡稳定性分析的主要手段。由于物理模型试验不仅可以控制边坡的影响因素，还能从全局和局部角度观察边坡变形演化过程，已经成为了反倾岩质边坡变形演化过程及稳定性分析的常规手段。

目前，常规模拟反倾岩质边坡的物理模型试验主要包括倾斜台试验、离心机试验、底摩擦试验及固定框架物理模型试验。由于固定框架物理模型试验简单易行、造价低廉，能够模拟反倾岩质边坡假三维变形特征，使得该种方法已经成为了分析反倾岩质边坡及其他地质灾害最常用的物理模型试验方法。尤其近几年，随着工程建设的不断发展及滑坡边坡地质灾害频发，使得固定框架物理模型试验已经在高校科研及工程单位广泛使用。

采用固定框架物理模型试验往往模拟反倾岩质边坡在自重作用或开挖状态下变形演化机理及稳定性分析。然而现有方式存在以下不足：青藏地区反倾岩质边坡往往受构造运动影响处于高地应力区，常规固定框架物理模型试验无法模拟反倾岩质边坡地应力，也就是说常规固定框架物理模型试验仪器无法反应反倾岩质边坡真实破坏过程；其次，传统固定框架物理模型试验系统在模拟边坡自重作用或开挖状态下变形演化过程中，耗时较长往往无法加速边坡变形演化过程。由于传统固定框架物理模型试验系统仍然存在上述不足，因此急需开发一种较能反应真实应力状态的新型的固定框架物理模型试验系统。

发明内容

有鉴于此，为了解决常规模拟反倾岩质边坡的物理模型试验采用固定框架物理模型的不足之处，本发明的实施例提供了一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置及方法。

本发明的实施例提供一种反倾岩质边坡模型试验的模拟地应力试验装置，包括模型箱、应力加载系统及监控系统；

所述模型箱内部设有滑动设置的应力加载板，所述应力加载板与所述模型箱的一侧面之间形成反倾岩质边坡模型的容置空间，且所述模型箱该侧面上部设有缺口；

所述应力加载系统包括沿着竖直方向间隔设置的至少三个液压伸缩臂及控制器，其中所有液压伸缩臂均设置于所述应力加载板背离所述容置空间的一侧，且每一所述液压伸缩臂的输出端连接所述应力加载板，所述控制器分别连接各所述液压伸缩臂，用以控制各所述液压伸缩臂的伸缩速率使所述应力加载板倾斜对反倾岩质边坡模型施加倾斜作用力；

所述监控系统设置于所述模型箱的外部，包括用于监测反倾岩质边坡模型破坏瞬时边坡速度场的高速摄像机、用于监测边坡温度场确定滑坡破坏面位置的红外摄像仪、以及用于监测反倾岩质边坡模型整个变形演化过程的普通摄像机。

进一步地，所述应力加载板靠近所述容置空间一侧的侧面设有沿着竖直方向间隔设置的多个土压力传感器。