【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于巖土工程原位測(cè)試，涉及一種原位物理模型試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法，具體涉及一種加固型巖土邊坡原位物理模型試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
技術(shù)介紹
1、我國(guó)在礦山、公路、水利等多個(gè)領(lǐng)域的工程建設(shè)中形成了大量的人工邊坡，一旦處置不當(dāng)就容易引發(fā)滑坡災(zāi)害，嚴(yán)重威脅工程項(xiàng)目建設(shè)與運(yùn)營(yíng)以及周圍人員生命財(cái)產(chǎn)安全。此類邊坡的特點(diǎn)是地質(zhì)條件復(fù)雜多變、開(kāi)挖擾動(dòng)導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)變化大，且多數(shù)人工邊坡內(nèi)部設(shè)有加固結(jié)構(gòu)物。然而，加固結(jié)構(gòu)與坡體之間的相互作用受到幾何邊界條件、地質(zhì)條件等多重因素的影響，導(dǎo)致它們之間的相互作用過(guò)程十分復(fù)雜。在治理邊坡時(shí)，僅依據(jù)規(guī)范而未充分考慮現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，容易出現(xiàn)過(guò)度設(shè)計(jì)或欠缺設(shè)計(jì)等問(wèn)題，前者造成了資源的浪費(fèi)，后者留下了安全隱患。因此，研究存在加固結(jié)構(gòu)的巖土邊坡聯(lián)合受力變形與滑移失穩(wěn)機(jī)理是優(yōu)化和論證邊坡治理方案的重要環(huán)節(jié)。
2、目前，相似物理模型試驗(yàn)是研究加固型巖土邊坡滑移失穩(wěn)機(jī)理以及加固結(jié)構(gòu)與巖土體相互作用過(guò)程的主要途徑之一。相似物理模型試驗(yàn)技術(shù)以室內(nèi)試驗(yàn)為主，普遍使用相似材料或重塑土來(lái)構(gòu)建邊坡模型，利用液壓加載裝置或離心機(jī)提供破壞荷載。但是，對(duì)于靈敏度高、存在特殊結(jié)構(gòu)面的巖土體（如濕陷性黃土、紅黏土、軟巖等）來(lái)說(shuō)，采用相似材料可能會(huì)影響坡體內(nèi)部荷載傳遞行為和加固結(jié)構(gòu)與坡體相互作用規(guī)律，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果未能有效反映真實(shí)的荷載傳遞和失穩(wěn)破壞過(guò)程。原位物理模型試驗(yàn)也屬相似物理模型試驗(yàn)技術(shù)的范疇，該方法能夠解決室內(nèi)物理模型試驗(yàn)在地質(zhì)條件和邊界條件控制上的局限性，但原位物理模型試驗(yàn)普遍工程量巨大、成本高，加載難以控制，試驗(yàn)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有原位邊坡物理模型試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法中存在的不足，本專利技術(shù)提供一種適用于加固型巖土邊坡原位模型試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，可用于研究在不同原狀土類別、不同坡體幾何邊界、不同滑移方式、不同加固結(jié)構(gòu)型式等條件下加固型巖土邊坡滑移失穩(wěn)復(fù)合破壞機(jī)理及結(jié)構(gòu)與巖土體相互作用，解決了邊坡原位模型模型試驗(yàn)中滑面無(wú)法預(yù)設(shè)、滑動(dòng)模式無(wú)法控制等問(wèn)題，適用于多種巖土體類型、多種滑移方式、多種滑面形態(tài)以及多種加固形式的邊坡原位物理模型試驗(yàn)。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供一種加固型邊坡原位模型試驗(yàn)裝置，包括：帶孔側(cè)板、鋼框架、連接螺栓、固定螺栓、數(shù)控液壓加載系統(tǒng)、反錨系統(tǒng)、反力墻、導(dǎo)向架、高壓射流系統(tǒng)、三節(jié)式引流槽、鋼墊片、液壓千斤頂、高速攝像機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。所述帶孔側(cè)板通過(guò)連接螺栓固定在鋼框架內(nèi)；所述鋼框架通過(guò)固定螺栓固定在模型坡體兩側(cè)；所述數(shù)控液壓加載系統(tǒng)分為法向加載裝置和水平向加載裝置，法向加載裝置與反錨系統(tǒng)連接，用于向模型坡體頂部施加豎向荷載，水平向加載裝置與反力墻連接，用于向模型坡體頂部施加水平推力；所述反錨系統(tǒng)設(shè)置在模型坡體兩側(cè)及上部，用于向法向加載裝置提供豎直方向的反力；所述反力墻設(shè)置在模型坡體背側(cè)的巖土體上，用于向水平向加載裝置提供水平方向的反力；所述導(dǎo)向架安裝在帶孔側(cè)板表面，用于引導(dǎo)射流方向；所述高壓射流系統(tǒng)固定在導(dǎo)向架內(nèi)壁上部，并伸入至帶孔側(cè)板的射流孔內(nèi)，用以在試驗(yàn)過(guò)程中軟化局部巖土體；所述三節(jié)式引流槽安裝在導(dǎo)向架內(nèi)壁下部，并伸入帶孔側(cè)板的射流孔內(nèi)，用于引流出模型坡體內(nèi)部多余的射流水，阻止射流水在模型坡體內(nèi)滲透；所述鋼墊片放置在帶孔側(cè)板和液壓千斤頂之間，用于向模型坡體均勻傳遞側(cè)向荷載；所述液壓千斤頂設(shè)置在模型坡體兩側(cè)，用于向模型坡體施加側(cè)向荷載；所述高速攝像機(jī)固定在鋼框架上部，用于獲得試驗(yàn)過(guò)程中模型坡體表面及加固結(jié)構(gòu)頂端的連續(xù)變形；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與加固結(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部、模型坡體表面或內(nèi)部的傳感器相連，用于采集和記錄試驗(yàn)過(guò)程中各傳感器信號(hào)的變化；所述控制系統(tǒng)與高壓射流系統(tǒng)、數(shù)控液壓加載系統(tǒng)并聯(lián)，用于同時(shí)控制高壓射流系統(tǒng)和數(shù)控液壓加載系統(tǒng)；
3、進(jìn)一步地，所述帶孔側(cè)板為高強(qiáng)度透明板材，呈梯形狀，表面中心區(qū)域分布有射流孔，表面四周分布有連接螺栓孔；
4、進(jìn)一步地，所述鋼框架包含兩個(gè)主體框架，均采用等邊角鋼搭建，其上帶有連接螺栓孔，用于和帶孔側(cè)板相連，主體框架通過(guò)鋼條及固定螺栓4相連，形成裝置的基本框架，鋼條一端通過(guò)鉸鏈連接在主體框架上，另一端帶有條狀縫隙，可插入到主體框架上的限位槽中，實(shí)現(xiàn)鋼框架整體寬度的小幅調(diào)整；
5、進(jìn)一步地，所述反錨系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)包括地錨和橫梁，橫梁底部設(shè)有水平滑道，水平滑道通過(guò)焊接的方式與橫梁底部相連，滑動(dòng)方向與模型坡體滑移方向平行，法向加載裝置通過(guò)水平滑道與反錨系統(tǒng)連接，使其在向模型坡體頂部施加法向荷載的同時(shí)可以跟隨模型坡體沿滑動(dòng)方向水平移動(dòng)；
6、進(jìn)一步地，所述反力墻帶有垂直滑道，水平向加載裝置通過(guò)垂直滑道與反力墻連接，可根據(jù)預(yù)設(shè)滑動(dòng)范圍調(diào)整水平向加載裝置的高度；
7、進(jìn)一步地，所述導(dǎo)向架為厚壁圓筒結(jié)構(gòu)，外端面帶沿，可用螺絲及強(qiáng)力膠與帶孔側(cè)板連接固定，內(nèi)部空心部分為傾斜狀，內(nèi)壁軸向方向與外壁軸向方向的夾角為5°，使得巖土體內(nèi)部在射流沖擊作用形成的通道存在傾角，保證多余的水可以在自然狀態(tài)下流出，內(nèi)壁上部設(shè)有高壓射流管卡槽，用于連接高壓射流系統(tǒng)，內(nèi)壁下部設(shè)有引流槽卡槽，用于連接三節(jié)式引流槽；
8、進(jìn)一步地，所述高壓射流系統(tǒng)包括高壓射流管和高壓泵；
9、進(jìn)一步地，所述三節(jié)式引流槽的第一節(jié)長(zhǎng)度與水平夾角為2°，第二節(jié)與水平夾角為5°，第三節(jié)與水平夾角為30°，其中第二節(jié)與引流槽卡槽相連；
10、進(jìn)一步地，所述控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓射流系統(tǒng)中高壓泵的壓力、高壓射流管開(kāi)啟數(shù)量、頻率、時(shí)長(zhǎng)及流量的分別控制，用于誘導(dǎo)不同滑面形態(tài)、不同滑動(dòng)類型的產(chǎn)生；也可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控液壓加載系統(tǒng)中法向加載裝置、水平向加載裝置油壓的分別控制，用于調(diào)整和維持試驗(yàn)過(guò)程中模型坡體受到的法向、水平向荷載；
11、進(jìn)一步地，所述坡體模型由原狀土在原位開(kāi)挖切削制成，模型坡體應(yīng)表面平整、內(nèi)部無(wú)植物根系，模型坡體尺寸等于帶孔側(cè)板和鋼框架拼裝后形成的試驗(yàn)裝置主體部分的尺寸變化范圍。
12、進(jìn)一步地，所述加固結(jié)構(gòu)包括各種類型的抗滑樁、錨桿、錨索、樁錨復(fù)合結(jié)構(gòu)和錨索格構(gòu)梁復(fù)合結(jié)構(gòu)。
13、進(jìn)一步地，所述傳感器包括鋼筋計(jì)、應(yīng)變片、土壓力盒、位移計(jì)；
14、一項(xiàng)所述的加固型邊坡原位物理模型試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括如下步驟：
15、步驟1、試驗(yàn)場(chǎng)地準(zhǔn)備：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，尋找具有代表性的原位物理模型試驗(yàn)場(chǎng)地，整平試驗(yàn)場(chǎng)地，清理地本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.加固型巖土邊坡原位物理模型試驗(yàn)裝置，其特征在于：包括帶孔側(cè)板（1）、鋼框架（2）、連接螺栓（3）、固定螺栓（4）、數(shù)控液壓加載系統(tǒng)（5）、反錨系統(tǒng)（6）、反力墻（7）、導(dǎo)向架（8）、高壓射流系統(tǒng)（9）、三節(jié)式引流槽（10）、鋼墊片（11）、液壓千斤頂（12）、高速攝像機(jī)（13）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（14）和控制系統(tǒng)（15）；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加固型邊坡原位物理模型試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述導(dǎo)向架（8）為厚壁圓筒結(jié)構(gòu)，外端面帶沿，可用螺絲及強(qiáng)力膠與帶孔側(cè)板（1）連接固定，內(nèi)部空心部分為傾斜狀，內(nèi)壁軸向方向與外壁軸向方向的夾角為5°，內(nèi)壁上部設(shè)有高壓射流管卡槽（801），內(nèi)壁下部設(shè)有引流槽卡槽（802）。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加固型邊坡原位物理模型試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述三節(jié)式引流槽（10）的第一節(jié)長(zhǎng)度與水平夾角為2°，第二節(jié)與水平夾角為5°，第三節(jié)與水平夾角為30°，其中第二節(jié)與導(dǎo)向架（8）的引流槽卡槽（802）相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的加固型邊坡原位物理模型試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述坡體模型由原狀土在原位開(kāi)挖切削制成
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加固型邊坡原位物理模型試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述加固結(jié)構(gòu)包括各種類型的抗滑樁、錨桿、錨索、樁錨復(fù)合結(jié)構(gòu)和錨索格構(gòu)梁復(fù)合結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加固型邊坡原位物理模型試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述傳感器包括鋼筋計(jì)、應(yīng)變片、土壓力盒、位移計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的加固型邊坡原位物理模型試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.加固型巖土邊坡原位物理模型試驗(yàn)裝置，其特征在于：包括帶孔側(cè)板（1）、鋼框架（2）、連接螺栓（3）、固定螺栓（4）、數(shù)控液壓加載系統(tǒng)（5）、反錨系統(tǒng)（6）、反力墻（7）、導(dǎo)向架（8）、高壓射流系統(tǒng)（9）、三節(jié)式引流槽（10）、鋼墊片（11）、液壓千斤頂（12）、高速攝像機(jī)（13）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（14）和控制系統(tǒng)（15）；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加固型邊坡原位物理模型試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述導(dǎo)向架（8）為厚壁圓筒結(jié)構(gòu)，外端面帶沿，可用螺絲及強(qiáng)力膠與帶孔側(cè)板（1）連接固定，內(nèi)部空心部分為傾斜狀，內(nèi)壁軸向方向與外壁軸向方向的夾角為5°，內(nèi)壁上部設(shè)有高壓射流管卡槽（801），內(nèi)壁下部設(shè)有引流槽卡槽（802）。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加固型邊坡原位物理模型試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述三節(jié)式引流槽（10）的第一節(jié)長(zhǎng)度與水平夾角為2°，第...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：顧曉薇，朱振國(guó)，胥孝川，王浩，王青，趙昀奇，仲玉祥，王雁杰，董亞軍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東北大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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