本發(fā)明涉及滑坡模型實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，尤其涉及一種高位滑坡模型試驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高位滑坡指滑源區(qū)的剪出口顯著高于坡腳的滑坡，由于高位滑坡具有較高的位能，一旦滑離滑源區(qū)，受運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地地形條件的影響，運(yùn)動(dòng)形式往往出現(xiàn)很大改變。高位滑坡產(chǎn)生條件復(fù)雜，作用因素眾多，發(fā)生和運(yùn)動(dòng)機(jī)理的多樣性、變化性和復(fù)雜性，致使其預(yù)測(cè)和預(yù)防的難度大，一旦發(fā)生，將會(huì)造成重大人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。目前，對(duì)滑坡進(jìn)行研究的方法主要是數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)。數(shù)值模擬方便快捷，投資少，但其精度依賴于計(jì)算邊界條件、土體物理力學(xué)特征等參數(shù)的正確選擇。而物理模型試驗(yàn)系統(tǒng)能直觀模擬滑坡變形特征，信息量大，可信度高，為滑坡研究提供第一手資料，還可以與數(shù)值模擬結(jié)果相互驗(yàn)證。近幾十年，眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者在滑坡模型實(shí)驗(yàn)的理論及技術(shù)研究方面做出了很大貢獻(xiàn)，Yasuhiko Okada(2008)研制了13米長(zhǎng)，1米深，0.6米寬，的滑坡模型實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置由兩部分組成：上部結(jié)構(gòu)的傾斜度可以在10°至45°之間變化，下部水平部分的寬度可以調(diào)節(jié)；G·Acharya(2009)等研制了一個(gè)長(zhǎng)3.94m，寬0.3m，高0.8m的滑坡模型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究了不同覆蓋層厚度對(duì)降雨滑坡破壞模式的影響；馮震(2013)等，利用土工離心機(jī)，對(duì)1個(gè)包含4組結(jié)構(gòu)面的地質(zhì)力學(xué)模型進(jìn)行了物理模型試驗(yàn)，揭示了軟弱夾層抗剪強(qiáng)度的降低和關(guān)鍵塊體瞬時(shí)失穩(wěn)是雞尾山滑坡發(fā)生的主要原因；郝明輝(2014)等，研制了總長(zhǎng)9.2m，總高3.5m的滑坡模型實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)開展室內(nèi)模型試驗(yàn)，研究了碎屑粒徑、滑床糙率和挑坎對(duì)運(yùn)動(dòng)特性的影響。這些模型試驗(yàn)裝置一定程度上促進(jìn)了滑坡問(wèn)題的研究，但對(duì)于高位滑坡物理模型試驗(yàn)仍存在一定程度的局限或缺陷：

(1)現(xiàn)有滑坡物理模型加載方式比較單一，大多數(shù)只能針對(duì)滑坡整體滑動(dòng)進(jìn)行模擬，缺乏對(duì)推移式、分級(jí)滑動(dòng)的滑坡的變形破壞進(jìn)行模擬。

(2)現(xiàn)有滑坡物理模型裝置大多將滑源區(qū)簡(jiǎn)化為平臺(tái)，忽略了滑源區(qū)滑面形態(tài)對(duì)滑坡啟動(dòng)機(jī)制的影響。

(3)現(xiàn)有滑坡物理模型裝置模擬滑坡運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)地條件形態(tài)單一，多為直板一段式，可調(diào)節(jié)性差，而實(shí)際滑坡途徑的地形條件形態(tài)多樣，包括直線形，階梯形，凹面形等，因此，可能造成幾何邊界條件有較大誤差。

(4)現(xiàn)有滑坡物理模型試驗(yàn)裝置往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作繁瑣，為研究工作帶來(lái)諸多不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提供一種高位滑坡模型試驗(yàn)系統(tǒng)。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：

本發(fā)明包括模型滑源區(qū)、第一斜滑槽、第二斜滑槽、滑槽墊層、液壓支撐裝置及控制裝置，所述模型滑源區(qū)與第一斜滑槽連接，第二斜滑槽與第一斜滑槽連接，液壓支撐裝置包括第一液壓支撐裝置、第二液壓支撐裝置和第三液壓支撐裝置，所述第一液壓支撐裝置位于所述第一斜滑槽底部，所述第二液壓支撐裝置位于所述模型滑源區(qū)底部，所述第三液壓支撐裝置位于所述第二斜滑槽底部，所述液壓支撐裝置用于調(diào)節(jié)模型滑源區(qū)和斜滑槽的高度和角度，并起支撐作用，控制裝置連接液壓支撐裝置并起控制作用。

所述模型滑源區(qū)與第一斜滑槽，第一斜滑槽與第二斜滑槽之間均采用齒輪軸連接，其中，模型滑源區(qū)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0～60度，第一斜滑槽的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0～60度，第二斜滑槽的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0～20度。

所述模型滑源區(qū)包括液壓支撐裝置、可調(diào)撐桿、液壓推板裝置、側(cè)板、卷閘門和凹槽，所述可調(diào)撐桿位于模型滑源區(qū)尾端，用于調(diào)節(jié)模型滑源區(qū)的角度；所述液壓推板位于模型滑源區(qū)上端，為模擬推移式滑坡施加推力荷載；所述卷閘門和凹槽分別用于模型滑源區(qū)平直滑動(dòng)面和凹形滑動(dòng)面。

所述第一斜滑槽用以模擬實(shí)際滑坡運(yùn)動(dòng)區(qū)，其結(jié)構(gòu)包括面板、側(cè)板、滑槽墊層和第二可鎖定滑動(dòng)底座，所述面板由若干塊板拼接而成，塊板之間采用合頁(yè)和齒輪軸連接，利于調(diào)節(jié)各塊板之間的傾角，用于模擬滑坡運(yùn)動(dòng)區(qū)不同地形條件，所述滑槽墊層鋪設(shè)于第一斜滑槽之上，以模擬不同力學(xué)特征的場(chǎng)地條件，所述第一液壓支撐裝置位于面板下方，用于調(diào)節(jié)面板的角度，并起支撐作用；所述第二可鎖定滑動(dòng)底座位于液壓支撐裝置底部，使第一液壓支撐裝置能在水平面上移動(dòng)。

所述第二斜滑槽用以模擬實(shí)際滑坡堆積區(qū)，其結(jié)構(gòu)包括面板、滑槽墊層、第三液壓支撐裝置和第一可鎖定滑動(dòng)底座，所述液壓支撐裝置位于面板下方，用于調(diào)節(jié)面板的角度，并起支撐作用；所述第一可鎖定滑動(dòng)底座位于第二斜滑槽底部，使第二斜滑槽能在水平面上水平移動(dòng)，通過(guò)調(diào)整第二斜滑槽的位置和所述第一斜滑槽下方第一液壓支撐裝置的高度，以調(diào)節(jié)第一斜滑槽的角度，所述滑槽墊層鋪設(shè)于第二斜滑槽之上，以模擬不同力學(xué)特征的場(chǎng)地條件。

所述控制裝置與液壓推板相連并起到控制作用。

所述滑槽墊層包括細(xì)摩擦滑槽墊層、中摩擦滑槽墊層和高摩擦滑槽墊層，使用時(shí)擇其中之一。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明是一種高位滑坡模型試驗(yàn)系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)液壓支撐裝置和齒輪軸連接系統(tǒng)對(duì)模型滑源區(qū)傾角進(jìn)行調(diào)節(jié)，并控制后緣液壓推板推力，能夠?qū)崿F(xiàn)不同類型滑坡受力特征，模型滑源區(qū)物理形態(tài)分為平直形和凹面形，與實(shí)際邊界條件相符合，適用于多種類型的滑坡變形破壞過(guò)程及運(yùn)動(dòng)過(guò)程的物理模型試驗(yàn)，并實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組裝方便，易于操作，具有分段式、大尺度、多因素、全過(guò)程、可調(diào)節(jié)性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠模擬滑源區(qū)不同形態(tài)的滑動(dòng)面及不同類型的加載模式，能夠方便快捷的調(diào)節(jié)各部位的坡角，以便對(duì)不同類形的滑坡運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行觀察研究，具有推廣應(yīng)用的價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的高位滑坡模型系統(tǒng)的立體示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的高位滑坡模型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的高位滑坡模型系統(tǒng)的面板拼接示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的高位滑坡模型系統(tǒng)的側(cè)板示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的高位滑坡模型系統(tǒng)的滑槽墊層示意圖。

圖中：1-模型滑源區(qū)；2-液壓推板；3-卷閘門；4-凹槽；5-可調(diào)撐桿；6-第一斜滑槽；7-齒輪軸；8-高強(qiáng)螺栓；9-第二斜滑槽；10-第一液壓支撐裝置、11-第二液壓支撐裝置、12-第三液壓支撐裝置；13-第一可鎖定滑動(dòng)底座、14-第二可鎖定滑動(dòng)底座；15-控制裝置；16-塊板；17-角鋼；18-合頁(yè)；19-矩形側(cè)板；20-梯形側(cè)板；21-細(xì)摩擦滑槽墊層、22-中摩擦滑槽墊層、23-高摩擦滑槽墊層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖1所示，本發(fā)明高位滑坡模型系統(tǒng)，包括：模型滑源區(qū)1、第一斜滑槽6、第二斜滑槽9、液壓支撐裝置10-12及控制裝置15。其中，模型滑源區(qū)1與第一斜滑槽6，第一斜滑槽6與第二斜滑槽9之間均采用齒輪軸7連接，便于調(diào)節(jié)傾斜角度。液壓支撐裝置10-12可伸縮，用于調(diào)節(jié)所述模型滑源區(qū)和斜滑槽的高度和角度，并起支撐作用，控制裝置15對(duì)液壓起控制作用。

其中，模型滑源區(qū)1的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0～60度，第一斜滑槽6的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0～60度，第二斜滑槽9的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0～20度

所述模型滑源區(qū)1長(zhǎng)為3m，寬為2m，高為1m，其中液壓推板2完全收縮后，卷閘門3長(zhǎng)為1m；第一斜滑槽6長(zhǎng)4.8m，寬2m，高1m；第二斜滑槽9長(zhǎng)3m，寬2m，高1m。

上述模型滑源區(qū)1、第一斜滑槽6和第二斜滑槽9均包含面板和側(cè)板19-20，面板與側(cè)板19-20通過(guò)角鋼17和高強(qiáng)螺栓8連接。如圖2所示，角鋼17之間通過(guò)齒輪軸7咬合以固定傾角，外側(cè)配以高強(qiáng)螺栓8鎖緊。如圖3所示，側(cè)板分為矩形側(cè)板19和梯形側(cè)板20兩種，傾角突變的分段處采用梯形側(cè)板20以保證該處側(cè)板能充分起到維護(hù)作用而不至于使滑坡體從接縫溢出。

所述模型滑源區(qū)面板包括可控制開閉的卷閘門3和下部凹槽4，當(dāng)卷閘門3關(guān)閉時(shí)，實(shí)驗(yàn)?zāi)M平直狀態(tài)的滑源區(qū)滑面，當(dāng)卷閘門3開啟時(shí)，適當(dāng)調(diào)節(jié)模型滑源區(qū)傾斜角度，實(shí)驗(yàn)可模擬凹面狀態(tài)的滑源區(qū)滑面。

所述第一斜滑槽6面板由可自由拼接的若干塊板16組成，塊板16長(zhǎng)200cm，寬30cm，塊板16之間采用合頁(yè)18連接，便于調(diào)節(jié)傾角，使第一斜滑槽6能模擬實(shí)際滑坡運(yùn)動(dòng)區(qū)的各類地形條件。

所述第二斜滑槽9面板下方設(shè)有液壓支撐裝置12，用于調(diào)節(jié)面板的傾角，并起支撐作用。

所述第一斜滑槽6及第二斜滑槽9面板上方均鋪設(shè)有滑槽墊層21-23如圖4所示，以模擬不同力學(xué)特征的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地的場(chǎng)地條件。

采用本發(fā)明進(jìn)行推移式高位滑坡破壞過(guò)程的研究，其具體步驟如下：

1.滑坡模型設(shè)計(jì)：根據(jù)研究工作需求，由相似原理概化滑坡相似模型，打開或關(guān)閉卷閘門，以模擬平直或凹面狀態(tài)滑源區(qū)滑動(dòng)面；通過(guò)液壓支撐裝置及齒輪軸機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)滑坡模型第二斜滑槽角度，通過(guò)調(diào)整第二斜滑槽的位置和所述第一斜滑槽下方液壓支撐裝置的位置和高度，而調(diào)節(jié)第一斜滑槽的角度，以模擬運(yùn)動(dòng)區(qū)地形條件；鋪設(shè)符合要求的滑槽墊層，以模擬含相應(yīng)力學(xué)特征的場(chǎng)地條件；以相似材料配備及制作滑坡土樣，同時(shí)，在滑坡模型內(nèi)部及外部布設(shè)相應(yīng)檢測(cè)裝置。

2.實(shí)驗(yàn)加卸載：根據(jù)研究工作的需求，調(diào)節(jié)模型滑源區(qū)傾角，并采用液壓推板在滑坡土樣后部施行推力加載以觸發(fā)滑坡。

3.數(shù)據(jù)采集和處理：通過(guò)相關(guān)的數(shù)據(jù)采集儀器采集所需數(shù)據(jù)，例如土壓力，滑坡內(nèi)部(表面)位移、孔隙水壓力、溫度、時(shí)間等。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)束：釋放液壓撐桿機(jī)構(gòu)，關(guān)閉液壓推板機(jī)構(gòu)，回收相關(guān)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，移除滑槽墊層和滑坡土樣，并清洗高位滑坡模型系統(tǒng)。

采用本發(fā)明也可進(jìn)行牽引式高位滑坡災(zāi)害破壞過(guò)程研究，其結(jié)構(gòu)與工作步驟和復(fù)合式高位滑坡破壞過(guò)程基本相同，不同的只有步驟2實(shí)驗(yàn)加卸載中，不需采用液壓推板在滑坡土樣后部施行推力加載，只需調(diào)節(jié)模型滑源區(qū)傾角觸發(fā)滑坡。

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)液壓撐桿機(jī)構(gòu)和齒輪軸連接系統(tǒng)對(duì)模型滑源區(qū)傾角進(jìn)行調(diào)節(jié)，并控制后緣液壓推板推力，能夠?qū)崿F(xiàn)不同類型滑坡受力特征，模型滑源區(qū)物理形態(tài)分為平直形和凹面形，與實(shí)際邊界條件相符合，適用于多種類型的滑坡變形破壞過(guò)程及運(yùn)動(dòng)過(guò)程的物理模型試驗(yàn)，并實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。