[发明专利]一种岩质边坡破坏的平面试验装置及其实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩土力学实验技术，尤其涉及一种岩质边坡破坏的平面试验装置及其实验方法。

背景技术

我国是一个滑坡灾害较为频发的国家，每年由于滑坡所造成的损失巨大。随着我国基础建设的大力发展，越来越多的工程建设都会遇到滑坡问题。由于滑坡机制的复杂性，物理模型试验成为一种再现滑坡形成的重要研究手段。物理模型试验就是以相似理论为理论基础，根据相似判据制作与原型成一定比例关系的边坡模型来模拟边坡的破坏过程。

现有物理模型试验一般以平面模型为主，但是边界条件不严格，大多采用准平面应变条件。试验过程中向固定尺寸的试验装置内加料，形成预定的边坡模型。主要适用于土质边坡和大尺寸岩质边坡。采用这种方法，在试验装置内的边坡模型加载破坏后，才能继续加料浇筑下一个模型，造成试验装置利用率低，影响试验进程，限制试验次数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩质边坡破坏的平面试验装置及其实验方法。

其一是本试验装置适用于不同模型宽度和长度的岩质边坡模型，严格设置边坡模型的边界条件，充分利用现有加载设备，能够模拟岩质边坡滑裂面贯通过程，揭示边坡失稳规律和灾变机理。

其二是本试验方法改进试验流程，提高了试验效率，缩短了试验时间。

本发明的目的是这样实现的：

先批量制作边坡模型，再依次将其转移至试验装置中进行加载，就可以加快试验进程。采用这种方法要求试验装置的长度和宽度能够根据边坡模型尺寸进行调节，为边坡模型提供严格的边界约束条件。为保证边坡模型能够顺利转移至试验装置，在转移过程中不发生损坏，该方法适用于小尺寸的岩质边坡模型。小尺寸模型有利于节约模型的实验材料，所以可以增加试验次数，将研究重点着眼于边坡失稳关键诱因的变化上，同时也能降低试验装置的造价。

1、岩质边坡破坏的平面试验装置

边坡模型放置于基座的凹槽内，左侧挡板固定在基座上，与基座垂直，右侧挡板位于基座凹槽上，也与基座垂直，右侧挡板可以平行左侧挡板沿着基座的导槽活动，左侧挡板和右侧挡板用两排以基座中垂面对称布置的螺杆连接，每排螺杆包括在同一垂直平面上的三根螺杆，上端螺杆和下端螺杆的中间加粗，且有螺孔，用螺钉经螺孔将两块有机玻璃板紧固，有机玻璃板分别位于下端螺杆与中间螺杆以及上端螺杆与边坡模型之间。如果加载装置为伺服材料试验机，将垫块放置于边坡模型顶部，将试验装置放置于伺服材料试验机的承压板上。如果加载装置为土工离心试验机，将试验装置放置于土工离心试验机的模型箱内。

试验装置的加载可充分利用现有设备，包括伺服材料试验机或土工离心试验机。

进一步，基座的导槽处设置有刻度。

2、岩质边坡破坏的平面试验方法

本试验方法包含以下步骤：

（1）根据边坡模型与原型之间的比例关系制作边坡模具，将石膏，重晶石粉，细砂和水按比例配制边坡模型材料，各材料的质量配比范围为：石膏10%~50%，重晶石粉10%~50%，细砂10%~50%，水10%~50%。浇筑边坡模型，采用云母片、聚合物薄片、肥皂或蜡预置裂纹，模拟节理或断层，模型凝固后脱模。

（2）将干燥后的模型放置于试验装置基座中，将左侧挡板和右侧挡板上的螺母拧紧，再将螺杆和螺杆上的螺钉拧紧。

（3）如果模拟坡顶荷载作用下岩质边坡破坏，此时加载装置为伺服材料试验机，将垫块放置于边坡模型顶部，将试验装置放置于伺服材料试验机的承压板上。如果模拟重力增加作用下岩质边坡破坏，此时加载装置为土工离心试验机，将试验装置放置于土工离心试验机的模型箱内。

（4）启动加载装置，同时启动数码摄像机和连拍相机。随着荷载的增大，坡体内的裂纹开始扩展，直至贯通，形成宏观滑动面。

（5）完成岩质边坡模拟试验后，关闭加载装置，同时关闭数码摄像机和连拍相机。

（6）继续对下一个模型进行加载，重复步骤（2）~（5），直至完成所有试验。

（7）分析数码摄像机和连拍相机中的坡体内滑裂面扩展和贯通情况，确定边坡失稳规律和灾变机理。

本发明与背景技术相比具有的有益效果是：

（1）试验装置结构简单新颖，造价低。

（2）试验装置的右侧挡板可以沿平行于左侧挡板方向移动，可以根据边坡模型长度调节装置长度，采用6根螺杆固定左侧挡板和右侧挡板，满足模型左右侧面边界条件的法向位移固定要求。