申请/专利权人：昆明理工大学

申请日：2020-08-17

公开（公告）日：2024-03-01

公开（公告）号：CN111855121B

主分类号：G01M7/02

分类号：G01M7/02;G01N33/24

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.01#授权;2020.11.17#实质审查的生效;2020.10.30#公开

摘要：本发明涉及一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置及实验方法，属于岩土工程实验装置领域。由模型箱体、边坡模型、降雨模拟装置、振动模拟装置和监测系统构成。模型箱体是一个透明且上方敞口的长方体并放置在振动台，在模型箱体内堆筑边坡模型。降雨模拟装置的出水端位于模型箱体上方并向边坡模型喷洒进而模拟降雨作用。振动模拟装置通过电动机连接电源，将电能转化为机械能，使振动台产生振动进而模拟地震扰动。监测系统通过相关测试计连接读数仪器得到实时数据，并由电脑终端进行处理。本实验装置能够理想地模拟、监测边坡在降雨入渗效应和地震动力响应耦合条件下的变形失稳。

主权项：1.一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置的实验方法，其特征在于：所使用的一种以降雨和地震为诱因的边坡失稳实验装置，包括模型箱体（1）、边坡模型（2）、降雨模拟装置、振动模拟装置和监测系统；模型箱体（1）为一个透明且上方敞口的长方体并放置在振动台（26）上，在模型箱体（1）内堆筑边坡模型（2），降雨模拟装置的出水端位于模型箱体（1）的上方，振动模拟装置位于模型箱体（1）的下方，监测系统包括安装在边坡模型（2）上的检测装置及位于模型箱体（1）外侧的读数仪器（38）和电脑终端（39），检测装置与读数仪器（38）连接，读数仪器（38）和电脑终端（39）连接，边坡模型（2）位于模型箱体（1）内部下方，由左右对称的两半边坡组成，两半边坡的坡脚位于整个边坡模型（2）的中部，每一半边坡内都设有检测装置，至少有一边的边坡内设有软弱夹层（3）；振动模拟装置包括底板（21）、下底座（22）、固定座（23）、复位弹簧（24）、上底座（25）、振动台（26）、电动机固定梁（28）、电动机（29）；底板（21）、下底座（22）、固定座（23）、上底座（25）、振动台（26）自下而上固定连接，固定座（23）和上底座（25）之间设置复位弹簧（24），电动机固定梁（28）固定在振动台（26）的底面，电动机（29）安装在电动机固定梁（28）上且与振动台（26）连接；方法包括如下步骤：步骤1：根据实验要求准备好振动模拟装置所需的各部分钢板材料，振动台（26）尺寸为1.5m×1.5m；底板（21）、下底座（22）和固定座（23）之间通过焊接固定接触，在固定座（23）和上底座（25）之间设置复位弹簧（24）；上底座（25）和振动台（26）之间通过焊接固定接触；振动台（26）底面两根电动机固定梁（28）通过焊接固定于中间竖直方向的两端，电动机（29）通过两根电动机固定梁（28）固定在振动台（26）底面；在振动台（26）上方铺一层厚度为20cm的聚苯乙烯泡沫（27）作为减振层；步骤2：根据实验所需要的模型箱体（1）尺寸1m×0.8m×1m，备好高透明度有机玻璃，正面有机玻璃预留若干测试仪器引线孔（32）、两侧面有机玻璃底部预留若干排水孔（20），安装形成可拆卸的模型箱体（1），留住正面尚不安装，其余四面安装完好，底部利用支撑底座（4）将模型箱体（1）放置在振动台（26）上的聚苯乙烯泡沫（27）上方，准备好实验所用边坡模型（2）模拟材料和软弱夹层（3）模拟材料，按照实验要求，在模型箱体（1）中以设定的比例配置相似材料来堆筑边坡模型（2）和软弱夹层（3），在堆筑的同时喷淋水雾，以达到设计的含水率和湿密度，堆筑边坡模型（2）的宽度为模型箱体（1）宽度0.8m，坡高、坡角以及坡顶面、坡面、坡脚面尺寸则根据实际工程概况及相似比进行确定，坡高控制在坡顶面离降雨喷头最底部不小于20cm的距离；在堆筑过程中按实验要求的不同位置分别布设若干土压力计（33）、孔隙水压力测试计（34）、振动检测仪（35）、含水率测试计（36）和位移计（37）并连接好电缆（30）；步骤3：通过设置不同的软弱夹层（3），对两边的边坡做降雨入渗效应和地震动力响应耦合条件下的变形失稳对比；步骤4：在模型箱体（1）内填充好边坡模型（2）并进行自然固结一天后，模型箱体（1）安装好正面并使电缆（30）穿过测试仪器引线孔（32）连接读数仪器（38），读数仪器（38）连接电脑终端（39）；步骤5：水箱（5）放置在水箱支架（8）上并通过软管（6）和连接卡套（7）与出水管（9）连接，出水管（9）与水泵（10）连接，水泵（10）为自吸式水泵；供水主管（11）的进水端与水泵（10）连接，出水端通过阀门（13）与顶部分管（16）连通，供水主管（11）上安装有流量表（12），使用前，将实验用水注入水箱,实验过程中不断补水，以确保充足的实验用水量；水泵（10）根据所需模拟降雨强度大小选取参数类型为尽可能使模拟的降雨更加均匀；步骤6：在模型箱体（1）四角上方安装角钢支撑杆（14）和水管支架（15），然后再配置降雨管网；降雨管网由顶部分管（16）组成，在顶部分管（16）下方通过接头（17）和伸缩软管（18）连接配置若干个降雨喷头（19）手动调节伸缩软管（18）来控制降雨喷头（19）的方向，实现均匀喷洒；降雨入渗到边坡模型（2）内部直接由模型箱体（1）两侧底部排水孔（20）排出；步骤7：通过调节阀门（13）控制降雨喷头（19）流量，观察流量表（12）调到实验所需的流量大小；将电动机（29）连接电源，通过调节电动机（29）转速来控制振幅和频率；步骤8：根据实验要求设置一定的降雨时间和振动时间，时间到达后，关闭阀门（13）并切断电动机（29）电源；步骤9：将读数仪器（38）记录的数据，在电脑终端（39）进行处理。

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