[发明专利]一种粗糙节理可换和节理倾角可变的边坡稳定性试验系统

说明书

本发明公开了一种粗糙节理可换和节理倾角可变的边坡稳定性试验系统，包含含粗糙节理边坡模型装置、边坡加载装置以及数据自动采集系统。所述含粗糙节理边坡模型装置包含节理上部岩体、粗糙节理试样、节理倾角控制室和节理倾角测量装置。其中，所述节理倾角控制室包含节理上部岩体、水平导轨、水平滑槽、旋转轴、倾角线、伸缩立柱、节理倾角控制室侧立板、半圆量角器和旋转轴。所述边坡加载装置包含测力计固定平台、加载平台、荷载方向控制平台和加载倾角测量装置。采用实际粗糙节理可以不考虑节理相似材料的选取和制备，边坡模型制备更简单和节省材料；可预测边坡滑动时节理的临界滑动角度。

技术领域

本发明属于边坡稳定性分析以及地质灾害防控技术领域，涉及一种含节理岩质边坡稳定性试验装置，具体涉及一种含粗糙节理岩质边坡稳定性试验系统。

背景技术

随着我国公路、桥梁和隧道等大量建设，尤其穿越山区时涉及大量工程岩体稳定性评价问题，其中，岩质边坡稳定性问题尤为突出。岩体边坡的失稳通常会造成建设工程损坏和人员伤亡。与土体边坡相比，工程岩体中不可避免存在裂隙和断层等不连续节理面，这些不连续节理面成为工程岩体的潜在滑动面。我国发生的大型岩体滑坡中，沿节理面滑动失稳最为常见。

在研究边坡滑动失稳问题时，通常采用解析方法、数值仿真模拟方法和物理模型试验方法。物理模型试验方法是科学研究中一种必不可少的方法。正确可靠的物理模型试验不仅可以验证其他方法(数值方法和理论方法)的正确性，更能反映真实物理世界的规律。目前，采用物理模型试验研究节理岩质边坡滑动失稳问题，已存在多种边坡模型试验装置。含节理岩质边坡稳定性的试验装置有专利号201110228856.0《在断层作用下斜坡体稳定性模拟试验装置及其方法》、专利号201711080765.0《一种顺层岩质边坡稳定性的地质力学模型试验装置及方法》、专利号201810100252.X《一种3D打印技术构建非连续体三维边坡室内模型试验的方法》和专利号201910841049.2《一种研究反倾岩质边坡破坏过程的室内模型试验系统》等，这些节理岩质边坡模型的节理倾角和节理力学特性固定，不能实现节理力学特性和节理倾角等参数连续变化以及多因素耦合对节理岩质边坡稳定性的影响试验，势必材料浪费。专利号201810514918.6《一种结构面控制边坡楔形块体失稳滑动物理模型试验平台及其使用方法》设计了一种楔形岩块可在边坡岩体中任意调节其空间位置，自重荷载下预测楔形岩块滑动时临界角度的试验装置。此装置可调节楔形岩块在边坡中位置和角度、预测楔形岩块临界滑动角度以及考虑软弱夹层或节理，但是无法计算边坡安全系数，无法定量评估边坡的稳定性。

同时，现有边坡稳定性试验模型均忽略了真实节理面的粗糙特性，粗糙节理的平直处理忽略了滑动节理间的剪胀效应，不能真实反映节理岩质边坡滑动机理。由于受到节理位置和取样设备等条件的限制，节理岩质边坡物理模型中实验室直剪试验获取的节理力学参数会受到试验尺寸的影响。另外，边坡物理模型中节理相似材料选取需要大量实验确定，获取困难。边坡安全系数计算复杂，对于安全系数小于1的边坡，无法实现物理模型试验。这些缺点不仅大大限制了边坡模型的应用，更重要的是不能真实揭示岩质边坡滑动失稳机理。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种可考虑节理粗糙特性、可替换粗糙节理、可调节节理倾角和可测试边坡安全系数的岩质边坡稳定性试验系统，能够用于测试含粗糙节理岩质边坡的安全系数，评价含粗糙节理岩质边坡的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供技术方案如下：