[发明专利]一种边坡模型试验加载装置及其测量方法

说明书

本发明提供一种边坡模型试验加载装置及其测量方法，包括承压系统和传压系统；所述承压系统包括承压板，所述承压板顶面安装多个滚轮，底面固定实心方形柱；所述传压系统包括传压板，传压板顶面固定空心方形柱，实心方形柱插入空心方形柱内部，通过螺钉固定。在边坡模型滑动过程中，边坡模型与本发明装置构成的整体，受到的摩擦力为施压机构对本发明装置施加的摩擦力以及滚轮内部摩擦力。施压机构与装置之间的摩擦为滚动摩擦，其摩擦力大小由滚动摩擦力计算公式进行计算。滚轮内部摩擦力大小参考深沟球滚动轴承标准摩擦系数与施压机构施加压力大小进行计算。本发明装置的高度可调节，可满足不同型号模型试验的要求。

技术领域

本发明属于边坡模型试验技术领域，尤其涉及一种边坡模型试验加载装置及其测量方法。

背景技术

在各类自然灾害中，滑坡属于其中巨大的地质灾害，滑坡的发生往往给工程以及人民生命财产安全带来巨大损失。按照《工程地质手册》中的滑坡分类，滑坡分类类型多达七种，顺层滑坡属于其中之一。软弱结构面(软弱夹层)的存在往往是诱发顺层滑坡发生的主要因素，因此针对含有软弱结构面(软弱夹层)的边坡稳定性的研究成为一个十分重要的课题。

滑坡机理的研究主要有现场勘察与测试，理论分析与数值模拟以及物理模型试验等方法，其中物理模型试验作为一种形象、直观、准确的物理研究手段，在揭示滑坡演化规律与失稳机制等方面得到了广泛应用。滑坡模型试验的理论基础为相似理论，并根据相似理论所确定的相似判据制作模型，将测试结果按照相似判据反推到原型滑坡，揭示其机制、指导其防治与预测预报。

传统的岩质滑坡的物理模型试验中，通常会通过施压机构逐级加载促进模型试样破坏的方式来模拟边坡的失稳过程。加载方式往往是在边坡模型底部放置在固定支撑面上(或者是边坡模型放置于模型箱中，再将模型箱放置在固定支撑面上)的基础上，施压机构直接接触边坡模型顶部并逐渐向下移动进行轴向加载。在研究含有软弱夹层的边坡失稳时，总是希望通过施压机构进行轴向加载后，边坡模型会沿着预制的软弱夹层向临空面发生破坏，也就是滑坡沿着预制的软弱结构面向临空面发生滑动，在这一过程中边坡模型既发生了竖直方向的位移又发生了水平方向的位移。但是由于边坡模型的顶部与底部均受到限制，被紧紧夹住，边坡模型顶部与施压机构之间产生非常大的摩擦力，边坡模型想要发生水平位移就必须克服摩擦力。这种现象导致的后果有以下几点：

1.实验测得的边坡模型发生滑动失稳所需施加的压力远远大于真实值。

2.边坡模型还未发生滑动破坏就在巨大的压力下发生了侧向膨胀破坏。

3.边坡模型在加载状态下发生了滑动，但由于边坡模型顶部受到巨大摩擦力的影响，边坡模型在发生滑动的同时也发生了转动。具体表现为边坡模型顶部靠近临空面的一端仍接触施压机构，但边坡模型顶部远离临空面的一端已经与施压机构脱离，边坡整体处于不稳定状态。当出现这种现象时，边坡模型将进行应力调整，使得边坡模型顶部恢复水平，继续完全与施压机构接触。这就导致试验测得的数据中有多处不连续现象，具体表现为试验所得图像中的曲线在多处发生骤降后缓慢抬升。

在边坡加载试验中，由泊松定理可知边坡模型在受压后会发生侧向膨胀。为控制边坡模型侧向膨胀对试验的影响，常常将边坡模型放置在宽度与边坡模型宽度大致相等的模型箱中，以限制边坡模型的侧向膨胀。对于小型边坡模型试验来说，边坡和模型箱的尺寸较小，施压机构的加载面较大，施压机构往往无法伸入模型箱中对边坡模型进行加压。

发明内容

本发明的目的是提供一种边坡模型试验加载装置及其测量方法，满足加压后边坡产生稳定滑动的要求。本发明提出的一种计算施压机构与边坡模型间摩擦力大小的方法可用于试验中进行估算，提高试验精度。同时本发明可解决小型边坡模型试验中施压机构无法伸入模型箱的问题。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种边坡模型试验加载装置，采用如下技术方案：

一种边坡模型试验加载装置，包括承压系统和传压系统；