本发明专利技术公开了一种实时量测开挖放坡滑坡坡体位移应力的模型试验装置，包括滑坡模型系统、应力应变测试系统和PIV测试系统，与现有技术相比较，本发明专利技术试验装置可以很好地模拟导致滑坡滑动的放坡开挖过程，并且能很好地模拟在不同滑面形态下滑坡的受力以及位移状态；本发明专利技术试验装置在滑面上布置有高精度位移、压力以及剪切应力传感器，能实时精确地量测土体的压力、剪切应力以及位移变化情况；在模型上方设置高精度的摄像机，同时用PIV技术可以实时量测滑坡表面全过程坡体位移图像；本发明专利技术模型试验装置操作方便，涉及的仪器构造简单，可调性强，易于掌握。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到一种应用于岩土工程的滑坡模型试验装置，尤其是一种可模拟放坡开挖滑坡过程且对不同滑面形态下滑体位移、应力应变变化规律进行实时量测的模型试验装置。
技术介绍
对不同诱因下滑坡滑动时滑体的受力情况以及位移应力变化规律的研究和探索一直是岩土工程中的关键问题。国内外学者在对这一问题进行研究时，一般是采用建立适当的滑坡模型进行模型试验，在对滑坡的诱因进行研究时，一般对推移式滑坡研究的比较深入，对牵引式滑坡的研究较少。在实际中，牵引式滑坡的受力情况以及应力应变变化规律与推移式滑坡不尽相同，因此对牵引式滑坡的受力情况以及坡体应力应变规律的探索对岩土工程具有重要意义，放坡开挖导致的滑坡滑动是一种典型的牵引式滑坡滑动情况。对滑坡沿一定滑面滑动时滑体受力情况以及位移变化规律进行研究时，采用滑坡模型进行模型试验，试验中对滑坡滑面形态的选定主要集中于采用假定的或相似于实际滑坡的固定滑面。在实际中，滑坡滑面形态存在多样性，不仅存在一般意义上研究的凹形滑面，还有直线形，阶梯形，甚至凸形滑面。具有不同的滑面形态的滑坡，在滑坡发生滑动时，滑体各区域应力应变变化规律以及坡体表面形态的变化形式不尽相同。因此，进行不同滑面形态下滑体位移以及应力应变变化规律的研究对岩土工程具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种可模拟放坡开挖滑坡过程且对不同滑面形态下滑体位移、应力应变变化规律进行实时量测的模型试验装置，本专利技术装置仪器构造简单，可调性强，操作方便，易于掌握。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：实时量测开挖放坡滑坡坡体位移应力的模型试验装置，包括滑坡模型系统、位移应力测试系统和PIV测试系统；滑坡模型系统包括滑坡滑面和滑坡滑面角度调节装置，滑坡滑面包括斜滑面和水平滑面，滑坡滑面角度调节装置位于斜滑面下方；位移应力测试系统包括位移传感器，压力传感器和剪切应力传感器，位移传感器设置在斜滑面上边缘，压力传感器、剪切应力传感器设置在斜滑面上，位移传感器，压力传感器和剪切应力传感器均与处理器连接；PIV测量系统包括泛光灯光源、CCD高速相机，CCD高速相机设置在模型试验装置前面，泛光灯光源设置在模型试验装置前面的上方，CCD高速相机与处理器连接。滑坡滑面由第一、二、三、四滑面板铰接连接，第一、二、三、四滑面板分别由两块相同尺寸的滑面板铰接而成。所述滑坡滑面角度调节装置有三组，第一组位于第一滑面板长度的1/3～2/3的水平中心处，第二组位于第二滑面板长度的1/3～2/3的水平中心处，第三组位于第三滑面板长度的1/3～2/3的水平中心处，三组滑坡滑面角度调节装置均是底端固定，顶端通过万向接头与滑面板相连。所述滑坡滑面角度调节装置为千斤顶或液压缸或气压缸。位移传感器至少有四个，水平对称的设置在斜滑面上，位移传感器与滑坡滑面顶端的距离为斜滑面长度的1/12～1/6，最外侧位移传感器与滑坡滑面侧边的距离为滑面宽度的/12～1/8。位移传感器有五个，水平对称设置在斜滑面上，第一与第五、第二与第四位移传感器关于第三位移传感器对称，五个位移传感器与滑坡滑面顶端的距离均为斜滑面长度的1/12～1/6，第一、第五位移传感器与滑坡滑面侧边的距离为滑面宽度的1/12～1/8；第二、第四位移传感器与滑坡滑面侧边的距离为滑面宽度的1/5～1/3。五个位移传感器与滑坡滑面顶端的距离均为斜滑面长度的1/10，第一、第五位移传感器与滑坡滑面侧边的距离为滑面宽度的1/9；第二、第四位移传感器与滑坡滑面侧边的距离为滑面宽度的1/4。压力传感器至少有六个，水平对称的均匀分布在斜滑面上，最外侧压力传感器与滑坡滑面侧边的距离为滑面宽度的1/7～1/6，压力传感器与滑坡滑面顶端的距离分别为斜滑面长度的1/6～1/4，1/3～2/3，3/4～5/6。压力传感器有九个，水平对称的均匀分布在斜滑面上，第一、二、三压力传感器水平对称的分布在第一滑面板上，第四、五、六压力传感器水平对称的分布在第二滑面板上，第七、八、九压力传感器水平对称的分布在第三滑面板上，第一、四、七和第三、六、九压力传感器分别关于第二、五、八压力传感器对称，第一、四、七和第三、六、九压力传感器与滑坡滑面侧边的距离均为滑面宽度的1/7～1/6，第一、二、三压力传感器与滑坡滑面顶端的距离均为斜滑面长度的1/6～1/4，第四、五、六压力传感器与滑坡滑面顶端的距离均为斜滑面长度的1/3～2/3，第七、八、九压力传感器与滑坡滑面顶端的距离均为斜滑面长度的3/4～5/6。第一、四、七和第三、六、九压力传感器与滑坡滑面侧边的距离均为滑面宽度的2/13，第一、二、三压力传感器与滑坡滑面顶端的距离均为斜滑面长度的1/5，第四、五、六压力传感器与滑坡滑面顶端的距离均为斜滑面长度的1/2，第七、八、九压力传感器与滑坡滑面顶端
的距离均为斜滑面长度的4/5。剪切应力传感器至少有四个，均匀对称的分布在斜滑面上，剪切应力传感器与滑坡滑面顶端的距离分别为斜滑面长度的1/6～1/4、5/6～3/4。四个剪切应力传感器与滑坡滑面顶端的距离分别为斜滑面长度的1/5、4/5。水平方向的上支护挡板距离滑坡滑面顶端的距离为斜滑面长度的1/10-2/5，下支护挡板距离滑坡滑面底端的距离为水平滑面长度的1/3。采用模型试验装置实时量测开挖放坡滑坡坡体位移应力的试验方法，具体步骤为：a.安装好模型试验装置，垂直安装支护挡板，调节千斤顶高度，调节斜滑面倾斜角度；b.将标定好的位移传感器、压力传感器和剪切应力传感器布置在滑坡滑面相应位置；c.将预先制作好的土样置于滑坡滑面上的支护挡板内，从滑面底端开始分层夯实；d.在模型试验装置前面对称设置交直流LED泛光灯，打开PIV测试系统，包括硬件部分和软件部分，对PIV测试系统进行标定；e.放坡开挖土体，只开挖模型试验装置底端水平滑面上的土体，开挖方式为分步开挖，从土体中间开挖，开挖后静止一段时间，然后从土体中间同步向两边开挖，开挖后静止一段时间，直至滑坡发生明显滑动破坏；f.滑面底部土体放坡开挖的同时，位移应力测试系统和PIV测试系统工作，实时量测滑坡土体位移、压力、剪切应力以及表面形态的变化，滑坡发生明显滑动破坏时结束试验，得出滑坡发生明显滑动破坏过程中的土体位移、压力、剪切应力以及表面形态的变化规律。步骤e中先拆除支护挡板，然后开始放坡开挖土体。与现有技术相比较，本专利技术具有如下优点：1.本专利技术试验装置可以很好地模拟导致滑坡滑动的放坡开挖过程，并且能很好地模拟在不同滑面形态下滑坡的受力以及位移状态。2.本专利技术试验装置在滑面上布置有高精度压力、位移以及剪切应力传感器，能实时精确地量测土体的压力、剪切应力以及位移变化情况。3.本专利技术试验装置在模型上方设置高精度的摄像机，同时用PIV技术可以实时量测滑坡表面全过程坡体位移图像。4.本专利技术模型试验装置操作方便，涉及的仪器构造简单，可调性强，易于掌握。附图说明图1是本专利技术模型试验装置结构示意图；图2是图1的侧视图；图3是本专利技术滑坡滑面的结构示意图；图4是本专利技术位移应力测试系统的结构示意图；图5是本专利技术PIV测试系统的结构示意图；图6是本本文档来自技高网...
【技术保护点】
实时量测开挖放坡滑坡坡体位移应力的模型试验装置，其特征在于：包括滑坡模型系统、位移应力测试系统和PIV测试系统；滑坡模型系统包括滑坡滑面和滑坡滑面角度调节装置，滑坡滑面包括斜滑面和水平滑面，滑坡滑面角度调节装置位于斜滑面下方；位移应力测试系统包括位移传感器，压力传感器和剪切应力传感器，位移传感器设置在斜滑面上边缘，压力传感器、剪切应力传感器设置在斜滑面上，位移传感器，压力传感器和剪切应力传感器均与处理器连接；PIV测量系统包括泛光灯光源、CCD高速相机，CCD高速相机设置在模型试验装置前面，泛光灯光源设置在模型试验装置前面的上方，CCD高速相机与处理器连接。
【技术特征摘要】
1.实时量测开挖放坡滑坡坡体位移应力的模型试验装置，其特征在于：包括滑坡模型系统、位移应力测试系统和PIV测试系统；滑坡模型系统包括滑坡滑面和滑坡滑面角度调节装置，滑坡滑面包括斜滑面和水平滑面，滑坡滑面角度调节装置位于斜滑面下方；位移应力测试系统包括位移传感器，压力传感器和剪切应力传感器，位移传感器设置在斜滑面上边缘，压力传感器、剪切应力传感器设置在斜滑面上，位移传感器，压力传感器和剪切应力传感器均与处理器连接；PIV测量系统包括泛光灯光源、CCD高速相机，CCD高速相机设置在模型试验装置前面，泛光灯光源设置在模型试验装置前面的上方，CCD高速相机与处理器连接。2.根据权利要求1所述实时量测开挖放坡滑坡坡体位移应力的模型试验装置，其特征在于：滑坡滑面由第一、二、三、四滑面板铰接连接，第一、二、三、四滑面板分别由两块相同尺寸的滑面板铰接而成。3.根据权利要求1所述实时量测开挖放坡滑坡坡体位移应力的模型试验装置，其特征在于：所述滑坡滑面角度调节装置有三组，第一组位于第一滑面板长度的1/3~2/3的水平中心处，第二组位于第二滑面板长度的1/3~2/3的水平中心处，第三组位于第三滑面板长度的1/3~2/3的水平中心处，三组滑坡滑面角度调节装置均是底端固定，顶端通过万向接头与滑面板相连。4.根据权利要求1所述实时量测开挖放坡滑坡坡体位移应力的模型试验装置，其特征在于：所述滑坡滑面角度调节装置为千斤顶或液压缸或气压缸。5.根据权利要求1所述实时量测开挖放坡滑坡坡体位移应力的模型试验装置，其特征在于：位移传感器至少有四个，水平对称的设置在斜滑面上，位移传感器与滑坡滑面顶端的距离为斜滑面长度的1/12~1/6，最外侧位移传感器与滑坡滑面侧边的距离为滑面宽度的/12~1/8。6.根据权利要求5所述实时量测开挖放坡滑坡坡体位移应力的模型试验装置，其特征在于：位移传感器有五个，水平对称设置在斜滑面上，第一与第五、第二与第四位移传感器关于第三位移传感器...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜彤，雷家华，张俊然，张昕，王忠福，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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