專利名稱：土質(zhì)邊坡多場耦合作用模擬試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型模型實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種多場因素作用下的邊坡模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
我國是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的國家，災(zāi)害類型多、分布范圍廣，其中尤其以邊坡垮塌造成的災(zāi)害為巨。多年來，相關(guān)領(lǐng)域的科研以及工程實(shí)踐從不同方面對滑坡的產(chǎn)生機(jī)理、滑坡治理的效果等進(jìn)行了深入的研究，并取得了一系列的成果。其中，邊坡模型試驗(yàn)研究具有方便快捷、操作性強(qiáng)、測定目標(biāo)多樣化等優(yōu)點(diǎn)，且所得到的數(shù)據(jù)易于分析整合運(yùn)用于工程實(shí)踐中，故該研究方法越來越受到研究人員的青睞。但是由于條件所限，現(xiàn)有的模型試驗(yàn)只能考慮單一影響因素對于邊坡穩(wěn)定性的影響，而工程實(shí)踐中，多影響因素的耦合作用對于邊坡穩(wěn)定性的影響較大。另外，現(xiàn)有的模型試驗(yàn)一般只針對坡表的變形來進(jìn)行分析，對于邊坡·的內(nèi)部變化以及土粒結(jié)構(gòu)變化考察很少。因此需要發(fā)明一套適應(yīng)多場作用下的模型試驗(yàn)裝置，并能夠滿足在坡體表面與內(nèi)部同時進(jìn)行考察評價的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種可適應(yīng)于多場作用下的模型試驗(yàn)裝置，并能夠滿足在坡體表面與內(nèi)部同時進(jìn)行考察評價的要求。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的試驗(yàn)裝置包括模型箱體、反力加載裝置、電加熱系統(tǒng)、人工降雨系統(tǒng)以及溫度及應(yīng)變測量采集系統(tǒng)，所述模型箱體為長方體，五面封閉，頂部開口，箱體尺寸為3m*l. 5m*l. 5m,箱體由邊長O. 16m的正方形截面空心鋼結(jié)構(gòu)焊接而成,箱體前側(cè)用鋼條焊接成網(wǎng)格狀的整體，鋼條寬O. Im,網(wǎng)格內(nèi)側(cè)放置一塊3m*l. 5m的鋼化玻璃，便于觀察邊坡整體變形情況，箱體內(nèi)堆填有邊坡模型，所述試驗(yàn)裝置的上部安裝反力加載裝置，所述試驗(yàn)裝置的底部安裝電加熱系統(tǒng)，所述試驗(yàn)裝置的上方有人工降雨系統(tǒng)。優(yōu)選的，所述模型箱體左右兩側(cè)焊接長方體水箱，水箱尺寸為I. 2m*lm*0. 2m,水箱與模型箱體的焊接面上均勻分布有25個注水口，呈5*5排布，孔徑20mm，兩側(cè)水箱外側(cè)利用連通器原理安裝一根玻璃水位計。優(yōu)選的，所述反力加載裝置包括一根用鋼質(zhì)絲桿固定在模型箱體上方的反力梁，反力梁兩端各有4根直徑為12mm的鋼質(zhì)絲桿，所述鋼質(zhì)絲桿通過螺紋固定在箱體上方開口的兩條長邊上，長邊上均勻分布著螺紋，所述反力裝置可以沿著長邊的方向移動位置，但始終與長邊保持垂直，所述反力梁下方放有千斤頂11在邊坡頂部，根據(jù)使用千斤頂11的數(shù)量以及排布的位置，可以選擇加載方式為點(diǎn)式加載、均布加載或線性加載等。優(yōu)選的，所述反力梁由鋼筋工字鋼制成。優(yōu)選的，所述電加熱系統(tǒng)的電加熱絲采用鎳鉻合金制作，呈螺旋線狀排布，均勻布設(shè)于箱體底部。用于給坡體進(jìn)行整體加熱，加熱溫度由加熱系統(tǒng)連接的計算機(jī)系統(tǒng)嚴(yán)格控制。
優(yōu)選的，所述人工降雨系統(tǒng)離箱體頂部垂直距離為2. 5m，采用鋁合金管作為水流管道，在鋁合金管體上均勻鉆孔，孔間距為O. 05m,孔徑為O. 002m,將鋁合金管焊接成網(wǎng)格狀，鉆孔朝正下方，網(wǎng)格尺寸為O. lm*0. lm，采用電動液壓馬達(dá)作為動力裝置。將水抬升至4m高度，通過鋁合金水流管道進(jìn)行模擬降雨過程。優(yōu)選的，所述溫度及應(yīng)變測量采集系統(tǒng)包括在邊坡內(nèi)部和表面分層布設(shè)的多個用于測量應(yīng)變、位移和溫度信號的傳感器，這些傳感器都與計算機(jī)終端相連。本發(fā)明的工作原理是
在模型裝置內(nèi)部根據(jù)要求堆填所需的邊坡模型，根據(jù)試驗(yàn)所考察的影響項(xiàng)目選擇上述系統(tǒng)中的某一種或某幾種進(jìn)行多因素耦合影響下的模型試驗(yàn)。然后將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)埋入邊坡表面與內(nèi)部指定區(qū)域，并啟動電腦上的數(shù)據(jù)采集與控制軟件，設(shè)定好采樣初始條件，軟件就開始記錄實(shí)驗(yàn)全過程的應(yīng)變、位移與溫度數(shù)據(jù)。利用水箱進(jìn)行加放水模擬水位循環(huán)過程； 采用反力加載系統(tǒng)模擬邊坡荷載變化過程；調(diào)節(jié)底部電加熱系統(tǒng)的溫度模擬邊坡溫度場的變化過程；開關(guān)人工降雨系統(tǒng)模擬自然降雨過程。上述系統(tǒng)都是獨(dú)立的控制的，因此可以進(jìn)行單獨(dú)或者耦合作用下的模擬，采取控制變量法達(dá)到多場作用下的邊坡穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
I.本發(fā)明裝置是一種針對多場作用下的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價的室內(nèi)模型裝置，能夠分析在多種影響因素下的邊坡穩(wěn)定性情況。2.本發(fā)明裝置可實(shí)現(xiàn)單因素與多因素對比考察，獨(dú)立控制各種系統(tǒng)的運(yùn)行模式與運(yùn)行過程。有助于精確評價多場作用下土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性，可達(dá)到控制變量與對比實(shí)驗(yàn)要求。3.本發(fā)明具有操作簡單、耐久性好、可重復(fù)利用、實(shí)驗(yàn)容錯率高等突出優(yōu)點(diǎn)。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述
圖I為本模型裝置結(jié)構(gòu)正面示意圖。圖2為圖I的仰視圖。圖3為本模型裝置基本實(shí)驗(yàn)圖。圖4為本模型裝置反力加載系統(tǒng)側(cè)視圖。圖5為本模型裝置的整體示意圖。其中1、模型裝置箱體，2、水箱，3、水位計，4、裝置底部電加熱系統(tǒng)，5、裝置正面的網(wǎng)格狀加筋，6、反力加載裝置，7、人工降雨裝置，8、絲桿螺帽，9、反力梁三角支撐，10、工字梁，11、千斤頂，12、右側(cè)水箱，13、注水口。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例下面以粉質(zhì)粘土堆填的45°邊坡在荷載與水位多場耦合作用下的穩(wěn)定性評價為例，說明本模型裝置的具體使用方案。如圖3所示，將邊坡堆填成如圖所示的形狀，在邊坡內(nèi)部與表面分層布設(shè)多個用于測量應(yīng)變、位移和溫度信號的傳感器。將傳感器連接上計算機(jī)終端，采集第一次原始數(shù)據(jù)，作為初始讀數(shù)。完成邊坡的堆載與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的布置。
如圖3所示的布置，在模型裝置右側(cè)面水箱12內(nèi)注水，水通過側(cè)邊孔洞進(jìn)入模型裝置內(nèi)，控制其進(jìn)水速率，間隔相同時間記錄左右兩側(cè)水位讀數(shù)，待到達(dá)預(yù)定水位高度后停止放水，靜置使水在邊坡內(nèi)部形成穩(wěn)定滲流場后記錄讀數(shù)并停止采集傳感器數(shù)據(jù)。在水位穩(wěn)定的情況下，將三個并聯(lián)千斤頂11 置于反力梁10下方的邊坡頂部，通過千斤頂11對反力梁10施加外力，得到反力梁10對邊坡施加的負(fù)載壓力，通過移動反力梁10裝置改變荷載施加于邊坡頂部的位置，在千斤頂11下部放置厚度適宜的鋼板，使荷載均勻分布在整個邊坡頂部。千斤頂11加載利用電動伺服系統(tǒng)進(jìn)行分級加載與補(bǔ)壓，保持壓力不變，待計算機(jī)采集的邊坡應(yīng)變數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再進(jìn)行下一級荷載施加。直至邊坡失穩(wěn)發(fā)生破壞后停止加載，傳感器采集失穩(wěn)時的邊坡表面及內(nèi)部各個位置的應(yīng)變情況。在經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)后，得到了在水位升降以及外部荷載共同作用下的邊坡變形情況，并以此評價在不同因素綜合作用下的穩(wěn)定性情況。作為對比，可以進(jìn)行單獨(dú)因素下的穩(wěn)定性評價實(shí)驗(yàn)，即僅僅進(jìn)行水位調(diào)節(jié)作用下的實(shí)驗(yàn)或者載荷調(diào)節(jié)下的試驗(yàn)。對比兩次實(shí)驗(yàn)過程中邊坡的破壞程度，變形速率以及極限壓力等差異，可以考察多場作用下土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的綜合改變。當(dāng)然上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種土質(zhì)邊坡多場耦合作用模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于該試驗(yàn)裝置包括模型箱體(I)、反力加載裝置(6)、電加熱系統(tǒng)(4)、人工降雨系統(tǒng)(7)以及溫度及應(yīng)變測量采集系統(tǒng)，所述模型箱體(I)為長方體，頂部開口，箱體前側(cè)用鋼條焊接成網(wǎng)格狀的整體(5)，其余四面為封閉鋼結(jié)構(gòu)，所述網(wǎng)格(5)內(nèi)側(cè)放置一塊鋼化玻璃，箱體內(nèi)堆填有邊坡模型，所述試驗(yàn)裝置的上部安裝反力加載裝置(6)，所述試驗(yàn)裝置的底部安裝電加熱系統(tǒng)(4)，所述試驗(yàn)裝置的上方有人工降雨系統(tǒng)(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種土質(zhì)邊坡多場耦合作用模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所述模型箱體左右兩側(cè)焊接長方體水箱(2 )，水箱(2 )與模型箱體(I)的焊接面上均勻分布有注水口( 13)，兩側(cè)水箱(2)外側(cè)安裝水位計(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種土質(zhì)邊坡多場耦合作用模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所述反力加載裝置(6)包括一根用鋼質(zhì)絲桿固定在模型箱體上方的反力梁(10)，所述鋼質(zhì)絲桿固定在箱體上方開口的兩條長邊上，所述反力裝置(6)可以沿著長邊的方向移動位置，但始終與長邊保持垂直，所述反力梁(10)下方放有千斤頂(11)在邊坡頂部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種土質(zhì)邊坡多場耦合作用模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所述反力梁(10)由鋼筋工字鋼制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種土質(zhì)邊坡多場耦合作用模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所述電加熱系統(tǒng)(4)的電加熱絲采用鎳鉻合金制作，呈螺旋線狀排布，均勻布設(shè)于箱體(I)底部。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種土質(zhì)邊坡多場耦合作用模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所述人工降雨系統(tǒng)(7)距離箱體(I)頂部有一定距離，采用鋁合金管作為水流管道，在鋁合金管體上均勻鉆孔，將鋁合金管焊接成網(wǎng)格狀，鉆孔朝正下方，采用電動液壓馬達(dá)作為動力裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種土質(zhì)邊坡多場耦合作用模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于所述溫度及應(yīng)變測量采集系統(tǒng)包括在邊坡內(nèi)部和表面分層布設(shè)的多個用于測量應(yīng)變、位移和溫度信號的傳感器，這些傳感器都與計算機(jī)終端相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種土質(zhì)邊坡多場耦合作用模擬試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置包括模型箱體、反力加載裝置、電加熱系統(tǒng)、人工降雨系統(tǒng)以及溫度及應(yīng)變測量采集系統(tǒng)，所述模型箱體為長方體，五面封閉，頂部開口，所述箱體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)澆筑焊接而成，箱體前側(cè)用鋼條焊接成網(wǎng)格狀的整體，網(wǎng)格內(nèi)側(cè)放置一塊鋼化玻璃，箱體內(nèi)堆填有邊坡模型，所述試驗(yàn)裝置的上部安裝反力加載裝置，所述試驗(yàn)裝置的底部安裝電加熱系統(tǒng)，所述試驗(yàn)裝置的上方有人工降雨系統(tǒng)。本發(fā)明裝置是一種針對多場作用下的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價的室內(nèi)模型裝置，能夠分析在多種影響因素下的邊坡穩(wěn)定性情況。
文檔編號G01N33/24GK102841191SQ20121030139
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月23日
發(fā)明者嚴(yán)珺凡, 朱鴻鵠, 施斌, 魏廣慶 申請人:蘇州南智傳感科技有限公司