[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

说明书

本发明公开的是岩土力学分析技术领域的一种用于测定岩质边坡稳定安全系数的模型试验装置及方法，该装置包括用于砌筑边坡模型的框架和底座，所述框架底部通过钢绞支座和千斤顶与底座铰接，所述钢绞支座和千斤顶分别位于框架底部两端；利用该装置进行试验时，先研制模型材料，然后在框架中砌筑边坡模型，最后通过千斤顶来抬升转动框架，使模型失稳，得出实验数据，最后根据试验数据计算出边坡稳定安全系数。本发明的装置设计巧妙、结构简单、试验操作容易，利用该装置，结合特定模型材料总结得出的试验方法，既考虑了降雨、渗水情况下边坡结构面强度弱化，又考虑了边坡岩体超重导致下滑力增大而失稳的情况，能够全面地反映实际工程中的岩质边坡问题。

技术领域

本发明涉及岩土力学分析技术领域，具体涉及一种用于测定岩质边坡稳定安全系数的模型试验装置及方法。

背景技术

岩质边坡的稳定性及安全系数计算分析方法是岩土工程领域的重要科学问题。在我国，随着国民经济的发展，特别是水电工程、铁路、公路及矿山工程等基础设施建设方兴未艾，在这些工程中出现了大量的岩质边坡工程，特别是水电工程中的高陡岩质边坡。这类边坡通常既高又陡，地质条件复杂，环境因素恶劣，不仅有强烈的卸荷作用，还有水库蓄水、降水以及开挖等多因素联合作用导致的岩质边坡失事事件，给人们的生命和财产带来了严重的损失，由此引起工期延误而产生的间接损失更是不可估量。

由于岩质边坡内部存在大量不同构造、产状和特性的不连续结构面，且工程中的岩质边坡受到岩体风化、降雨和水库水位升降等多种因素影响，导致其边坡稳定分析和安全系数计算变得更为复杂。在工程实践中，对于这些复杂的岩质边坡稳定性分析，一方面要借助理论分析和计算机数值模拟计算(例如有限元、离散元、块体元和DDA等)，另一方面，更多地要借助模型试验手段。两种研究方法相互验证、互为补充，以更好地研究岩质边坡稳定性问题。对于岩质边坡稳定安全系数的计算和测定，目前还主要靠理论计算和经验分析，还没有特定的模型试验手段来测定岩质边坡稳定安全系数。

发明内容

针对现有技术现状，本发明所要解决的技术问题是：提供了一种能测定岩质边坡稳定安全系数的模型试验装置以及试验方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

测定岩质边坡稳定安全系数的模型试验装置，包括用于砌筑边坡模型的框架和底座，所述框架底部通过钢绞支座和千斤顶与底座铰接，所述钢绞支座和千斤顶分别位于框架底部两端。

进一步的是，所述框架为槽钢拼成的矩形结构，包括槽钢底座、左侧竖向槽钢、右侧竖向槽钢和顶端连接槽钢，并在拼接处设有加强斜梁。

进一步的是，所述钢绞支座下端与底座固定，上端与框架铰接，所述千斤顶的上下两端分别与框架和底座铰接。

进一步的是，所述千斤顶为手动或电动的液压千斤顶，或者是直线电机。

进一步的是，所述框架底部内侧设有锯齿状的石膏起坡垫层。

进一步的是，还包括砌筑在框架内的边坡模型，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。

采用上述模型试验装置进行岩质边坡稳定安全系数测定的方法，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；