[发明专利]水电库区顺层岩质边坡试验模拟系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种水电库区顺层岩质边坡试验模拟系统，属于水利水电工程库区滑坡机理研究领域，可以应用在研究水位波动及降雨共同作用下引起的边坡失稳问题。

背景技术

水库蓄水将会迅速改变库区自然地质环境的平衡状态，尤其是库岸老滑坡的应力状态和岩土体的物理力学性质，因而诱发大量老滑坡的复活。库区的小区域气候湿润化，往往降雨强度增大，或是因库区同地区的强暴雨范围重叠，常出现强降雨过程，这将使库岸滑坡稳定性进一步恶化，加速滑坡失稳进程、或加剧滑坡活动强度。库区滑坡不仅威胁、危害库区居民的生命财产安全，而且影响水库的正常运营。国内外大量水库滑坡实例证实，水岩耦合作用是导致水库滑坡发生的最主要原因，这是因为大型水电工程由于运行、防洪等要求不可避免会导致库水位发生长期的周期性变化，由此引起的强烈水岩作用势必影响库区岩质边坡的稳定性，特别是顺层岩质边坡对库水位的周期性变化尤为敏感，上部岩土体往往沿着基岩面进行滑移。水对库岸边坡是否能破坏并形成顺层岩质滑坡起关键作用，因此研究降雨和库水位变化对库岸边坡的作用机理是非常有必要的。

库区滑坡影响重大，众多研究者对其触发机制做了大量研究，如杨海巍与冯永借助于有限差分模拟软件，计算分析了不同水位工况下滑坡体的稳定性变化规律，从而揭示了库水位下降对库岸边坡稳定性的影响[参考文献：杨海巍，冯永.库水位下降对库岸滑坡稳定性的影响[J].铁道建筑，2007，8：74-77.]；姜晨光等以大量监测数据为基础借助于计算机建模技术，研究了水位变化与库岸滑坡体稳定的关系，并建立了相应的经验型数学模型[参考文献：姜晨光，李少红，贺勇，等.地下水位变化与库岸滑坡体稳定性关系的研究[J].岩土力学，2008，24(增刊)：403-406.]；张桂荣与程伟分析了降雨和库水位联合作用下库岸边坡的暂态渗流场，并确定了不同降雨强度下滑坡的稳定性[参考文献：张桂荣，程伟.降雨及库水位联合作用下秭归八字门滑坡稳定性预测[J].岩土力学，2011，32(增刊1)：476-482.]；邓宏艳和孔纪名两位学者，通过对某大型水库近坝滑坡8年的监测数据分析研究，得到了此滑坡变形的时空分布特征，从而预测了该滑坡未来的发展趋势[参考文献：邓宏艳，孔纪名.降雨主导型库岸滑坡变形时空分布特征[J].自然灾害学报，2012，21(1)：148-154.]；宋丹青与王志强结合库水位变化及降雨等影响因素，定量分析研究了蓄水条件下库岸滑坡的触发机制，揭示了燕子坪滑坡的触发因素[参考文献：宋丹青，王志强.蓄水条件下库岸滑坡形成机制研究[J].水利水电技术，2016，47(9)：101-105.]，等等。最后，研究者普遍认为库区滑坡发生主要是降雨和库水位变化单一因素或者两者相互耦合作用的结果。

然而，目前对于库区滑坡触发机制的研究往往集中于单一因素，而对于两个或多个因素耦合作用的研究相对较少。因此，设计一套模拟库水位变化及降雨耦合作用的库区边坡试验系统对多因素耦合作用的研究可以起到很好的补充。

目前已找到的试验方法，下面两种技术较接近：

技术一[参考文献：姜海西，沈明荣，陈建峰，等.升降水作用下岩质边坡模型试验研究[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版)，2008，24(6)：963-969.]：姜海西和沈明荣等设计的升降水岩质边坡模型试验系统，其是通过将结构面为30°和50°的两种边坡模型布置在人工水槽中，利用波流系统进行升降水位，量测并分析岩质边坡各测点的应力变化。模型试验通过将30°和50°结构面倾角的顺层岩质边坡置于装有造波机的人工水槽中，进行升降水位试验。将模型离散单元化，划分成小的长方形单元试块，最终利用角度构造板将这些单元试块搭砌成30°和50°两种结构面倾角的模型整体，坡后用混凝土挡块限制边坡整体位移。

技术二[参考文献：黄康鑫，郝明辉，徐富刚，等.水位骤变触发库岸堆积层滑坡的物理模型试验及机理分析[J].工程地质学报，2014，22(Suppl.)：232-237.]：黄康鑫和郝明辉等设计的水位骤变触发库岸堆积层滑坡的物理模型试验系统，主要是设计模型箱内净空尺寸为100cm×60cm×60cm(长×宽×高)，内设不透水底板模拟基岩体，通过水闸可以实现水位的骤降。在不透水底板上填筑有厚度约为20cm的堆积层，并在堆积层内部埋设传感器，用于测量土压力和孔隙水压力的变化过程，并在试验全过程中用摄像机记录了滑坡的变形位移情况。

技术一的缺点为：堆砌一定角度的边坡比较麻烦，另外使用波流系统进行水位升降相对成本比较高，另外边坡角度不可调整。