[发明专利]一种六自由度散体边坡稳定性模拟试验装置与试验方法

说明书

本发明公开了一种六自由度散体边坡稳定性模拟试验装置，包括边坡模型、基底模型、框架装置、振动装置、降雨装置、轨道装置、监测装置，其中边坡模型、基底模型放置于框架装置所形成的模型箱中，降雨装置焊接于框架装置的顶端，轨道装置焊接于框架装置上。振动装置中正向变频振动机和侧向变频振动机位于框架装置两侧，上底板变频振动机焊接于框架装置底部，局部变频振动机位于轨道装置上，模型箱前挡板上装有监测装置。本发明可以实现振动、降雨、颗粒粒径等多因素耦合作用下散体边坡稳定性的试验，也可以实现横向振动、纵向振动耦合作用下的散体边坡稳定性试验，以及边坡上部局部荷载振动作用下或与其他因素相耦合的作用时边坡稳定性。

技术领域

本发明涉及露天矿排土场稳定性研究技术领域，提出了一种六自由度散体边坡稳定性模拟试验装置与试验方法。

背景技术

排土场的形成是采矿，尤其是露天开采的必然结果，其组成材料主要是由露天开采过程中剥离覆盖的表土层和岩石组成，有时还包括了可能回收的表外矿、贫矿等。由于排土场是一种大型人工松散堆积体，这一特点决定了排土场极易形成滑坡、泥石流等矿山地质灾害。近年来，我国大部分露天矿山逐步进入到深凹开采的阶段，对排土场的容量需求也逐渐增大，同时受矿山经济、地形条件、环境等因素的影响，露天矿排土场段高不断增加。另外，由于排土场具有堆积散体具有明显的粒径分级现象，且颗粒与颗粒之间的胶结作用较弱，受外界因素影响时，如振动、降雨等，极易形成不同规模的滑坡以及泥石流等地质灾害。因此，排土场边坡的稳定性分析研究也区别于一般的矿山土质边坡，其稳定性研究也有待于形成具有自身特色的方法和理论。目前国内外关于散体边坡稳定性的研究大多基于数值模拟的方法对其进行稳定性评价，但由于散体边坡岩土体属于松散地质体，其物理力学性质较为复杂，往往很难对其稳定性做出准确地评价，数值模拟计算所得到的结果也只能作为其稳定性评价的一个参考。另外，散体颗粒的力学特性研究由于受众多因素的影响，以及实验室内所展开的相似实验过程中有难以人为控制的因素，因此研究一种能够综合考虑振动、降雨、颗粒粒径等因素相耦合的散体边坡稳定性试验装置，在室内开展相似模拟，同时实现实时监测，探讨研究多因素耦合作用下散体边坡失稳机理，对于排土场的超高设计、优化扩容，以及滑坡预测及防治有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于基于相似理论，提供一种六自由度散体边坡稳定性模拟试验装置与试验方法，提供的装置可以实现对振动、降雨、地下水、颗粒粒径等各因素单独作用或者耦合作用下不同排弃高度、不同边坡角度的散体边坡稳定性试验和滑坡数据监测。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种六自由度散体边坡稳定性模拟试验装置与试验方法，包括基底模型、框架装置、边坡模型、轨道装置、振动装置、降雨装置、监测装置。

所述基底模型是由具有一定孔隙度以及强度的第四或者泥质砂岩、砂质泥岩组成。

所述框架装置包括底板装置、支撑装置、模型箱；所述底板装置由上底板金属板和下底板金属板组成，所述下底板金属板在其顶部相邻两侧装有两条轨道；所述上底板金属板在其底部相邻两侧装有两条轨道，且相邻两侧边和底部各装有一个振动数据采集传感器，上底板金属板和下底板金属板之间由四根等长圆柱形钢柱连接；所述支撑装置由四根等长圆柱形钢柱及四根等长方形钢柱组成；所述模型箱由四块透明挡板组成，所述挡板中前挡板高度较低，其余三块挡板等高，且前挡板上装有可移动位移监测装置。

所述边坡模型由散体颗粒堆积而成，可以为单台阶或者多级台阶的排土场。

所述振动装置包括上底板变频振动机、侧向变频振动机、正向变频振动机、局部变频振动机、局部振动传递组合板以及吸盘组成，所述上底板变频振动机、侧向变频振动机、正向变频振动机通过吸盘与上底板金属板相连接，所述局部变频振动机放置于轨道上，通过吸盘与局部振动传递组合板相连接，所述局部振动传递组合板由多块大小不一的传递板通过条形吸盘相连接。