一种模拟复杂条件下岩土边坡失稳破坏的模型试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种模拟复杂条件下岩土边坡失稳破坏的模型试验装置，属于岩土工程及采矿工程技术领域，该模型试验装置，包括风雨模拟系统，地震模拟系统，相似模型试验系统、监测系统；本装置能够高效地进行排土场、尾矿坝等岩土边坡体的相似模型试验，研究分析边坡体分别在降雨、地震以及两者耦合作用下边坡体的稳定性及其破坏模式。

A model test device to simulate the failure of rock and soil slope under complex conditions

【技术实现步骤摘要】
一种模拟复杂条件下岩土边坡失稳破坏的模型试验装置
本专利技术涉及一种模拟复杂条件下岩土边坡失稳破坏的模型试验装置，属于边坡工程与矿山岩土工程

技术介绍
由于岩土体边坡破坏机理多样、破坏过程常伴随多种因素动态变化，因此单纯采用理论分析方法对破坏机理和破坏过程进行分析，往往得到的结论并不能准确全面反应其真实情况，此外工程岩土体边坡的破坏性十分巨大，在现实中根本不可能重复实验，因此模型实验便成为研究岩土体边坡破坏机理和破坏后影响程度与防控措施的有效途径。通过模型对岩土体边坡的破坏进行模拟可以选取单因素或多因素，通过对其参数进行修改，开展在改变单因素或多因素条件下的重复实验，得到的结果可进行对比，且更加真实可靠。室内模型试验作为一种重要的工程科学研究手段，得到广泛应用，它能有效利用有限的人力、物力、时间来对边坡等实际工程进行模拟研究，通过模型试验，揭示和反映现象的本质，总结结论规律理论解决实际问题。因此模型试验能将实际过程中比较复杂的问题变得容易处理，能很好地发挥人的控制优势，从而便于试验的对比研究，当今世界许多国家的科研工作者相继采用模型试验在水力学，热力学，航空航天、矿业工程等领域取得相当多的成果，相似原理是模型试验的理论基础，模型试验是为实际服务的，为了能准确反映实际原形态就必须满足相似理论，符合相似准则。相似理论有三个相关理论组成，相似第一定理：模型试验与实际工程两个物理体系相似，相关变量方程式保持一个固定的比例(常数)；相似第二定理(模拟定理)：模型试验与实际工程无量纲的比例，模型试验的长度量纲、应力量纲等都必须具有与模型与实际相比一样的比例因数；相似第三定理也称π定理，根据相似三定理可以总结出模型试验一般需要满足①几何相似②运动相似③动力相似④初始条件以及边界条件相似。几何相似是指模型与原型在尺寸长度上的几何形状相似，包括长度、面积、体积比尺，用下标M和N分别代表原型和模型，则：长度比尺：面积比尺：体积比尺：运动相似：指模型与原型所在流场的速度场相似，两种流场对应速度V与加速度a数值相似，方向相同。速度V比尺：加速度a比尺：动力相似：原型与模型堆积体相对应点上受到的同名力成比例力的比尺：重力相似准则(弗汝德准则)，当重力起作用的是动力准则即为弗汝德准则，降雨和地震作为实际边坡工程中引发地质灾害的主要诱因，在研究分析边坡稳定性时需全面考虑降雨与地震对边坡的影响。目前能够有效地模拟降雨入渗以及地震对露天岩土体边坡稳定性耦合作用的实验装置为数不多，并不能满足如今的科研需求，有鉴于此提出本专利技术。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种模拟复杂条件下岩土边坡失稳破坏的模型试验装置，本装置能够用于进行室内边坡模型试验，分别研究降雨、地震及两者耦合作用下岩土体边坡破坏的动态演化过程，为分析各类工程边坡、自然边坡的稳定性提供技术支持，本专利技术通过以下技术方案实现。一种模拟复杂条件下岩土边坡失稳破坏的模型试验装置，包括风雨模拟系统、地震模拟系统、相似模型试验系统、监测系统；所述风雨模拟系统包括风机1、降雨板2、水管3、过滤器5、加压泵6、阀门7、入水口8、降雨板支架9、隔水板39；所述地震模拟系统包括振动台基座10、弹簧Ⅰ11、竖向伸缩液压杆12、振动台13、支撑杆14、倾斜液压杆15、振动台框架19、水平伸缩液压杆20、弹簧Ⅱ21、滑槽Ⅰ22、滑杆54；所述相似模型试验系统包括试验模型框架17、边坡模型18、荷载加载装置24、汇水结构25、水砂分离装置；所述水砂分离装置包括金属框34、筛网35；所述监测系统包括位移传感器26、孔隙水压力传感器27、应力传感器28、含水率传感器29、光缆30、数据采集器31、高速摄影相机32；管道3一端为入水口8，管道3上从入水口8处开始依次设有阀门7、加压泵6、过滤器5，管道3的另一端连接降雨板2，降雨板2通过4根降雨板支架9进行固定，降雨板2为空心板，空心板底面设有多个降雨孔36，空心板侧面靠近底面设条形孔，隔水板39从条形孔插入空心板内部；降雨板2底面正对边坡模型18，边坡模型18设置在试验模型框架17内，试验模型框架17为不封口且一侧面开口的矩形框，矩形框未开口的每个侧面上设有一个以上的风机1，矩形框开口的侧面连接倾斜的汇水通道25，汇水通道25高的一端与试验模型框架17连接，汇水通道25低的一端与金属框34连接，金属框34内设有筛网35；边坡模型18上设有荷载加载装置24；试验模型框架17底部的模型框架底板16下方设置2根支撑杆14和2根倾斜液压杆15，2根支撑杆14平行且靠近试验模型框架17侧面不封口的一边，主要是用于支撑，2根倾斜液压杆15平行且远离试验模型框架17侧面不封口的一边，在支撑的同时可以上下移动试验模型框架17的一侧，调整地形坡度；2根支撑杆14和2根倾斜液压杆15底部设置在振动台13上，振动台13位于振动台框架19中间，振动台13对称两侧中的一侧与振动台框架19之间通过两个水平伸缩液压杆20连接，用于提供水平振动力，另一侧通过两个弹簧Ⅱ21连接，用于压缩和拉伸，振动台13左右对称两侧和振动台框架19的连接方式与前后对称两侧与振动台框架19的连接方式相同，即振动台13与振动台框架19之间设置4个弹簧，4个水平伸缩液压杆，且两个弹簧和两个水平伸缩液压杆为一组对称设置；振动台框架19内水平伸缩液压杆20所在的一侧设置滑槽Ⅰ22，水平伸缩液压杆20沿滑槽Ⅰ22滑动，但是不会脱离滑槽Ⅰ22；振动台13底部中间固定设置滑块53，滑块53可以粘接或者焊接在振动台13底部，滑块53下方设置竖向伸缩液压杆12，滑块53与竖向伸缩液压杆12之间不固定连接，竖向伸缩液压杆12顶端可以沿滑块53底面滑动，振动台13底部还设有两个以上的弹簧Ⅰ11，两个以上的弹簧Ⅰ11均匀设置在竖向伸缩液压杆12四周，竖向伸缩液压杆12和两个以上的弹簧Ⅰ11均固定设置在振动台基座10上，振动台框架19四个边角处分别设有滑孔，滑杆54顶部穿过滑孔，滑杆54底部固定设置在振动台基座10上，振动台框架19沿滑杆54上下滑动，但不会脱离滑杆54，在振动台13水平振动的时候振动台框架19不会产生水平位移；边坡模型18的土体内设有位移传感器26、孔隙水压力传感器27、应力传感器28、含水率传感器29，位移传感器26、孔隙水压力传感器27、应力传感器28、含水率传感器29通过光缆30与数据采集器31连接，高速摄影相机32与边坡模型18内土体正对，用于拍摄土体变化情况。所述高速摄影相机32设置在相机支撑架33的桁架Ⅱ50上，相机支撑架33通过角件49与支撑架底座48连接。所述荷载加载装置24包括伸缩液压杆40、桁架Ⅰ41、升降杆42、螺孔43、楔形件44、若干刚性金属片46、电动合页47；刚性金属片46之间通过电动合页47连接，刚性金属片46与伸缩液压杆40顶端连接，伸缩液压杆40底端固定在桁架Ⅰ41上，桁架Ⅰ41两端设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟复杂条件下岩土边坡失稳破坏的模型试验装置，其特征在于，包括风雨模拟系统、地震模拟系统、相似模型试验系统、监测系统；/n所述风雨模拟系统包括风机(1)、降雨板(2)、水管(3)、过滤器(5)、加压泵(6)、阀门(7)、入水口(8)、降雨板支架(9)、隔水板(39)；/n所述地震模拟系统包括振动台基座(10)、弹簧Ⅰ(11)、竖向伸缩液压杆(12)、振动台(13)、支撑杆(14)、倾斜液压杆(15)、振动台框架(19)、水平伸缩液压杆(20)、弹簧Ⅱ(21)、滑槽Ⅰ(22)、滑杆(54)；/n所述相似模型试验系统包括试验模型框架(17)、边坡模型(18)、荷载加载装置(24)、汇水结构(25)、水砂分离装置；所述水砂分离装置包括金属框(34)、筛网(35)；/n所述监测系统包括位移传感器(26)、孔隙水压力传感器(27)、应力传感器(28)、含水率传感器(29)、光缆(30)、数据采集器(31)、高速摄影相机(32)；/n管道(3)一端为入水口(8)，管道(3)上从入水口(8)处开始依次设有阀门(7)、加压泵(6)、过滤器(5)，管道(3)的另一端连接降雨板(2)，降雨板(2)通过4根降雨板支架(9)进行固定，降雨板(2)为空心板，空心板底面设有多个降雨孔(36)，空心板侧面靠近底面设条形孔，隔水板(39)从条形孔插入空心板内部；降雨板(2)底面正对边坡模型(18)，边坡模型(18)设置在试验模型框架(17)内，试验模型框架(17)为上面不封口且一侧面开口的矩形框，矩形框未开口的每个侧面上设有一个以上的风机(1)，矩形框开口的侧面连接倾斜的汇水通道(25)，汇水通道(25)高的一端与试验模型框架(17)连接，汇水通道(25)低的一端与金属框(34)连接，金属框(34)内设有筛网(35)；/n边坡模型(18)上设有荷载加载装置(24)；/n试验模型框架(17)底部的模型框架底板(16)下方设置2根支撑杆(14)和2根倾斜液压杆(15)，2根支撑杆(14)平行且靠近试验模型框架(17)侧面不封口的一边，2根倾斜液压杆(15)平行且远离试验模型框架(17)侧面不封口的一边，2根支撑杆(14)和2根倾斜液压杆(15)底部设置在振动台(13)上，振动台(13)位于振动台框架(19)中间，振动台(13)对称两侧中的一侧与振动台框架(19)之间通过两个水平伸缩液压杆(20)连接，另一侧通过两个弹簧Ⅱ(21)连接，振动台(13)左右对称两侧和振动台框架(19)的连接方式与前后对称两侧与振动台框架(19)的连接方式相同，振动台框架(19)内水平伸缩液压杆(20)所在的一侧设置滑槽Ⅰ(22)，水平伸缩液压杆(20)沿滑槽Ⅰ(22)滑动；/n振动台(13)底部中间固定设置滑块(53)，滑块(53)下方设置竖向伸缩液压杆(12)，滑块(53)与竖向伸缩液压杆(12)之间不固定连接，振动台(13)底部还设有两个以上的弹簧Ⅰ(11)，两个以上的弹簧Ⅰ(11)均匀设置在竖向伸缩液压杆(12)四周，竖向伸缩液压杆(12)和两个以上的弹簧Ⅰ(11)均固定设置在振动台基座(10)上，振动台框架(19)四个边角处分别设有滑孔，滑杆(54)顶部穿过滑孔，滑杆(54)底部固定设置在振动台基座(10)上；/n边坡模型(18)的土体内设有位移传感器(26)、孔隙水压力传感器(27)、应力传感器(28)、含水率传感器(29)，位移传感器(26)、孔隙水压力传感器(27)、应力传感器(28)、含水率传感器(29)通过光缆(30)与数据采集器(31)连接，高速摄影相机(32)与边坡模型(18)内土体正对。/n...

【技术特征摘要】
1.一种模拟复杂条件下岩土边坡失稳破坏的模型试验装置，其特征在于，包括风雨模拟系统、地震模拟系统、相似模型试验系统、监测系统；
所述风雨模拟系统包括风机(1)、降雨板(2)、水管(3)、过滤器(5)、加压泵(6)、阀门(7)、入水口(8)、降雨板支架(9)、隔水板(39)；
所述地震模拟系统包括振动台基座(10)、弹簧Ⅰ(11)、竖向伸缩液压杆(12)、振动台(13)、支撑杆(14)、倾斜液压杆(15)、振动台框架(19)、水平伸缩液压杆(20)、弹簧Ⅱ(21)、滑槽Ⅰ(22)、滑杆(54)；
所述相似模型试验系统包括试验模型框架(17)、边坡模型(18)、荷载加载装置(24)、汇水结构(25)、水砂分离装置；所述水砂分离装置包括金属框(34)、筛网(35)；
所述监测系统包括位移传感器(26)、孔隙水压力传感器(27)、应力传感器(28)、含水率传感器(29)、光缆(30)、数据采集器(31)、高速摄影相机(32)；
管道(3)一端为入水口(8)，管道(3)上从入水口(8)处开始依次设有阀门(7)、加压泵(6)、过滤器(5)，管道(3)的另一端连接降雨板(2)，降雨板(2)通过4根降雨板支架(9)进行固定，降雨板(2)为空心板，空心板底面设有多个降雨孔(36)，空心板侧面靠近底面设条形孔，隔水板(39)从条形孔插入空心板内部；降雨板(2)底面正对边坡模型(18)，边坡模型(18)设置在试验模型框架(17)内，试验模型框架(17)为上面不封口且一侧面开口的矩形框，矩形框未开口的每个侧面上设有一个以上的风机(1)，矩形框开口的侧面连接倾斜的汇水通道(25)，汇水通道(25)高的一端与试验模型框架(17)连接，汇水通道(25)低的一端与金属框(34)连接，金属框(34)内设有筛网(35)；
边坡模型(18)上设有荷载加载装置(24)；
试验模型框架(17)底部的模型框架底板(16)下方设置2根支撑杆(14)和2根倾斜液压杆(15)，2根支撑杆(14)平行且靠近试验模型框架(17)侧面不封口的一边，2根倾斜液压杆(15)平行且远离试验模型框架(17)侧面不封口的一边，2根支撑杆(14)和2根倾斜液压杆(15)底部设置在振动台(13)上，振动台(13)位于振动台框架(19)中间，振动台(13)对称两侧中的一侧与振动台框架(19)之间通过两个水平伸缩液压杆(20)连接，另一侧通过两个弹簧Ⅱ(21)连接，振动台(13)左右对称两侧和振动台框架(19)的连接方式与前后对称两侧与振动台框架(19)的连接方式相同，振动台框架(19)内水平伸缩液压杆(20)所在的一侧设置滑槽Ⅰ(22)，水平伸缩液压杆(20)沿滑槽Ⅰ(22)滑动；
振动台(13)底部中间固定设置滑块(53)，滑块(53)下方设置竖向伸缩液压杆(12)，滑块(53)与竖向伸缩液压杆(12)之间不固定连接，振动台(13)底部还设有两个以上的弹簧Ⅰ(11)，两个以上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王光进，艾啸韬，纪翠翠，刘文连，杨溢，许汉华，陈志斌，眭素刚，聂闻，丁飞，孔祥云，田森，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53