[发明专利]测定岩质边坡稳定安全系数的模型试验装置及方法

权利要求书

1.测定岩质边坡稳定安全系数的模型试验装置，其特征是：包括用于砌筑边坡模型的框架(1)和底座(2)，所述框架(1)底部通过钢绞支座(4)和千斤顶(3)与底座(1)铰接，所述钢绞支座(4)和千斤顶(3)分别位于框架(1)底部两端。

2.如权利要求1所述的测定岩质边坡稳定安全系数的模型试验装置，其特征是：所述框架(1)为槽钢拼成的矩形结构，包括槽钢底座(1-1)、左侧竖向槽钢(1-2)、右侧竖向槽钢(1-3)和顶端连接槽钢(1-4)，并在拼接处设有加强斜梁(1-5)。

3.如权利要求1所述的测定岩质边坡稳定安全系数的模型试验装置，其特征是：所述钢绞支座(4)下端与底座(2)固定，上端与框架(1)铰接，所述千斤顶(3)的上下两端分别与框架(1)和底座(2)铰接。

4.如权利要求1所述的测定岩质边坡稳定安全系数的模型试验装置，其特征是：所述千斤顶(3)为手动或电动的液压千斤顶，或者是直线电机。

5.如权利要求1所述的测定岩质边坡稳定安全系数的模型试验装置，其特征是：所述框架(1)底部内侧设有锯齿状的石膏起坡垫层(1-6)。

6.如权利要求1-5任意一项权利要求所述的测定岩质边坡稳定安全系数的模型试验装置，其特征是：还包括砌筑在框架(1)内的边坡模型，所述边坡模型依据原始边坡岩体结构面砌筑，并在各软弱结构面上敷设有变温相似材料、电升温调控系统和位移应变监测系统。

7.采用如权利要求6所述的模型试验装置进行岩质边坡稳定安全系数测定的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1，确定模型几何比尺及边坡模拟范围：根据边坡的地形特点、软弱结构面构造特性及试验任务要求，同时结合试验场地规模及试验精度要求，确定模型几何比尺及边坡模拟范围；

步骤2，模型材料研制：根据原型边坡岩体和结构面的物理力学参数，按相似关系换算得到模型材料的物理力学参数，并从力学相似的角度开展材料试验，最终选出与原型材料相似的模型材料；

步骤3，砌筑边坡模型：根据原型边坡的地质剖面图，沿各软弱结构面的产状砌筑边坡模型，并在各软弱结构面上敷设能够通过升高温度降低其结构面力学参数的变温相似材料；

步骤4，进行边坡模型试验：首先通过升高边坡模型软弱结构面上变温相似材料的温度，使高分子材料逐步熔解，材料的抗剪断强度参数逐步降低，以此模拟软弱结构面的物理力学参数逐步弱化的力学行为，待结构面物理力学参数降低到K_S倍数后，保持变温相似材料上的温度不变，通过千斤顶加载的方式，顶升倾斜模型钢架，进行边坡超载试验，模拟边坡岩体超重容重增加，直至边坡模型出现失稳破坏为止，并记录下此时模型钢架的倾斜角度φ；

步骤5，计算边坡稳定安全系数：将步骤4中获取的试验数据K_s和φ代入下式中，即可得到该岩质边坡稳定安全系数：

其中，K_sc为岩质边坡稳定安全系数，K_s为试验中边坡结构面力学参数降低倍数，δ为变值参数(取值0.97～1.0)，θ为模型边坡底滑面原始倾角，φ为边坡在试验过程中钢架顶升倾斜角度。

8.如权利要求7所述的岩质边坡稳定安全系数测定的方法，其特征是：在砌筑边坡模型时，先在结构面起始高程点处起坡，结合相应的地质剖面图确定软弱结构面的产状，再按照结构面的产状走向及倾斜角度进行砌筑，同时根据结构面上不同区域的力学参数进行软弱结构面及变温相似材料的敷设。

9.如权利要求8所述的岩质边坡稳定安全系数测定的方法，其特征是：在敷设变温相似材料时，同时在各软弱结构面上制作和埋设电阻丝和相应的变温监控系统组件。

10.如权利要求7所述的岩质边坡稳定安全系数测定的方法，其特征是：在砌筑边坡模型时，在影响边坡稳定的潜在滑动块体上的结构面出露处布置双向变位测点，分别测试水平向变位和竖直向变位；在软弱结构面上布置内部相对变位测点，以监测其沿结构面的相对错动。