用于多重圆弧模型稳定性分析效果检验的模型试验系统技术方案

本实用新型专利技术提供用于多重圆弧模型稳定性分析效果检验的模型试验系统，所述模型试验系统包含滑坡系统、加载系统、进排水系统、监测控制系统以及框架五个部分。本实用新型专利技术首次对多圆弧形滑带进行塑造，再现该类型滑坡真实地质条件。通过设置合理的进排水系统及水位监测技术，实现了对不同水位工况的精准控制，继而采用坡顶加压的驱动模式，分别在各水位工况下实现滑坡失稳破坏过程的有效模拟。本实用新型专利技术采用计算机智能操控系统，配套先进的监测、摄影技术，提升了试验的智能化程度和精度。提升了试验的智能化程度和精度。提升了试验的智能化程度和精度。

【技术实现步骤摘要】
用于多重圆弧模型稳定性分析效果检验的模型试验系统


[0001]本技术属于岩土工程高新试验和理论分析
，涉及用于多重圆弧模型稳定性分析效果检验的模型试验系统。

技术介绍

[0002]经典的滑坡稳定性分析模型大多基于极限平衡条件进行构建，且主要分为圆弧模型和非圆弧模型两大类。其中著名的圆弧模型有瑞典条分模型、毕肖普模型、斯宾塞模型等；后期发展的非圆弧模型则普适性更强，且通常以严密的力学推导为主要特点，可实现力学条件的充分满足。例如摩根斯坦模型因其同时满足受力平衡和力矩平衡而获得普及，简布模型、萨玛模型亦获得充分认可。国内常用的传递系数模型亦属于非圆弧模型一类，其原理简单易于实操，且常被改进用于抗滑桩设计推力计算，但其缺点在于未能考虑力矩平衡条件。纵观滑坡稳定性分析发展历程，可见稳定性分析体系已渐趋完善，而不同模型的差别在于三点：（1）力学推导的严密程度不尽相同；（2）实操性强弱不同；（3）适用范围不同。一般工程中常基于简易的稳定性分析模型（传递系数模型）开展计算，却较少采用步骤繁琐的严密模型（如摩根斯坦）。简布模型由于常遇到不收敛现象，因而其使用广度亦受到了限制。
[0003]基于上述特点，有学者结合库区堆积层山体滑坡常展现出的多重圆弧形滑动面形态特征，发展了一种多重圆弧模型用于求解滑坡稳定性。该模型的特点在于：（1）分段圆弧通过条间力建立力学联系；（2）各分段圆弧均满足力学平衡和力矩平衡条件，从而实现滑坡整体的力学平衡；（3）模型便于理解和掌握。在该模型分析效果的验证方面，目前主要通过数值模拟和现有的经典模型与之进行对比验证，来证明多重圆弧模型的可靠性。
[0004]新建模型的可靠性、准确性获得验证是该模型推广应用的前提，然而因为数值模拟自身的一些短板以及现有经典模型各自的缺点，仅基于数值模拟及现有经典模型的对比验证仍不够完备。实体试验的验证工作，不管在理论层面还是实践领域均具有更强的说服力。就滑坡研究而言，开展一定缩尺的实体模型试验验证具有重要意义。而目前为止，业内和学界尚未提出完备的实体模型试验方法和理论来验证多重圆弧模型优良的分析效果。

技术实现思路

[0005]针对目前尚无完备的实体模型试验方法和理论来指导多重圆弧模型稳定性分析效果的验证工作，本技术旨在结合最新的高新技术和理论方法，提供用于多重圆弧模型稳定性分析效果检验的模型试验系统，以支持多重圆弧模型的推广应用。
[0006]为此，本技术的上述目的通过如下技术方案实现：
[0007]用于多重圆弧模型稳定性分析效果检验的模型试验系统，至少包括滑坡系统、加载系统、进排水系统、监测控制系统及框架五个功能部分；
[0008]所述滑坡系统设置于框架内，自上而下分别由滑体、滑带及滑床构成。
[0009]所述滑体上端部位设为局部平坦区域，可供其上部施压板接触以提供均布荷载；滑体土材质的摩阻力需较强，且需一定程度的压实，达到一定的压实度和整体性，以避免滑
体变形时出现拉张或分离现象。
[0010]所述滑床实为滑坡体基座，为滑带及滑体提供支持和变形场地。滑床由较密实且强度坚硬的基岩块石堆砌而成，且具有一定程度的渗透性。滑床与滑带接触的表面可采用现有的塑形工艺，塑造为多个圆弧首尾相接的形式，以保证在其上部填筑滑带时，控制滑带形态为多重圆弧形。
[0011]所述滑带具有一定厚度，夹于滑体和滑床之间，为模拟多重圆弧形滑面，将滑带土沿多重圆弧形的滑床表面进行铺设，控制其形状为多个圆弧首尾相连的模式。滑带土材质相比滑体土材料偏弱，具有相对较小的摩阻力和粘聚力，以凸显其强度与滑体土强度的巨大差异，从而保证滑体变形时主要沿滑带内部发生剪切滑移。
[0012]滑体表部安置变形监测墩，滑体内布设垂直的水位监测孔，水位监测孔内放置浮标监测器，用于坡内地下水位实时监测，并反馈给计算机进行信息储存。试验加载前进行水位调控时，可由监测孔水位数据的实时反馈配合精准调控。
[0013]所述加载系统设置于滑坡顶部，由立柱、油压泵、升降板、变频器以及压板、施压板组成。其中施压板直抵滑坡坡顶平面，施以均布的竖向荷载。
[0014]所述立柱安于滑床顶部，由于滑床质地坚硬，因此可固定不变形。立柱上端安装油压泵，侧边装有升降机，升降板架设于升降机上，油泵可根据变频器的调控指令，通过调控油压来控制升降机带动升降板抬升和降落的程度。
[0015]所述压板上部呈平行双轨形，其上端安置压力传感器，和升降板底部相抵。压板下端焊有施压板。在升降机的带动下，升降板可下移，带动压板向下通过施压板给滑体顶部施加均布荷载。压力传感器可测下压的力P，并由信号缆线将数据传给计算机。
[0016]所述施压板，其宽度记为l，高度为h，与滑坡上端部局部平坦区域直接相抵，向其施加均布荷载。均布荷载q为压力传感器测得的压力P除以施压板面积A=lh，即q=P/lh。
[0017]所述进排水系统包括坡前进水龙头、坡后进水龙头、挡水板以及排水管，试验加载前，需配合使用坡前、坡后进水龙头进水以及排水管出水，控制调节不同的坡内及坡外水位工况，以便模拟不同的试验工况，挡水板的作用为阻隔坡后进水龙头放出的自由水体形成面流或径流直接漫过或冲刷滑体表面。
[0018]所述坡前进水龙头、坡后进水龙头分别安装于框架两侧，挡水板设置于滑床顶部，靠近坡顶滑床、滑带的分界处，排水管设于坡前，连通滑床上部蓄水空间和框架外。试验加载前，需配合使用上述部件，协调控制试验所需的坡内、坡外水位条件。
[0019]所述挡水板，其作用为在坡后进水龙头放出自由水体时，阻隔自由水体沿坡表形成面流或径流直接漫过或冲刷滑体表面，同时可保障自由水体从滑床内部往滑体内部渗透。
[0020]所述监测控制系统包括计算机、信号缆线、压力传感器、水位监测孔、浮标监测器、高速摄像机、变形监测墩等部件，由计算机统筹控制各部件或收集各部件测得的试验数据。
[0021]计算机实现人机交互功能，可由相关程序自动化控制整个试验流程。主要通过计算机指令控制变频器、高速摄像机等部件，实现自动加荷载、自动摄像监测记录等。同时可自动接收压力传感器、浮标监测器等部件测得的试验数据。
[0022]高速摄像机架设于框架上，其拍摄范围涵盖整个变形坡体，可实时拍摄记录（监测）滑坡变形过程，并反馈给计算机进行储存和处理。变形监测墩安置于滑体表部，滑体变
形时其可跟着同步变形。高速摄像机可实时拍摄监测墩位置，并反馈给计算机。通过任意选取固定不变形的点位为参照点，可量化不同时刻监测墩的位置变化，从而获得坡表时空变形曲线。
[0023]框架为刚性材料，呈槽型，为实验提供固定的围限场地及蓄排水空间，并起到提供支撑反力的作用。框架可用于蓄水，靠坡前一侧标有坡外水位标线，用于核实坡外水位。
[0024]本技术提供用于多重圆弧模型稳定性分析效果检验的模型试验系统，所述模型试验系统包含滑坡系统、加载系统、进排水系统、监测控制系统以及框架五个部分。本技术首次对多圆弧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于多重圆弧模型稳定性分析效果检验的模型试验系统，其特征在于：所述用于多重圆弧模型稳定性分析效果检验的模型试验系统包括滑坡系统、加载系统、进排水系统、监测控制系统以及框架；滑坡系统设置于框架内，自上而下分别由滑体、滑带以及滑床构成；滑床为滑带及滑体提供支持和变形场地，其质地较密实且坚硬，并控制一定程度的渗透性，滑床与滑带的接触表面塑造为多重圆弧首尾相接的形式，试验中滑床固定不变形；滑带直接卧于滑床上，具有一定的厚度，其形态由滑床表面控制为多圆弧首尾相连模式，其材质偏弱，具有较小的摩阻力和粘聚力；滑体上端部位设为局部平坦区域，可供上部施压板提供均布荷载；滑体土材质偏强，需达一定的压实度和整体性，以避免坡体变形时出现拉张或分离现象；同时需凸显其强度与滑带土强度的巨大差异，保证滑体变形时沿滑带内部发生剪切滑移；所述加载系统设置于滑坡顶部，由立柱、油压泵、升降板、变频器以及压板、施压板组成，其中施压板直抵滑坡坡顶平面，施以均布的竖向荷载；所述进排水系统由坡前进水龙头、坡后进水龙头、挡水板和排水管组成；试验加载前，通过配合使用坡前进水龙头、坡后进水龙头、挡水板和排水管的开闭，可实现坡内、坡外水位条件的协调控制；挡水板靠近坡顶滑床、滑带的分界处，并植入滑床一定深度，所述挡水板用于阻隔坡后注入的自由水体沿坡表形成面流或径流，避免水体直接漫过或冲刷滑体表面，同时保障自由水体从滑床内部往滑体内部渗透；所述监测控制系统由计算机、信号缆线、压力传感器、水位监测孔及浮标监测器、高速摄像机、变形监测墩、外部水位标线组成，计算机统筹控制各部件及收集各部件测量的实验数据；所述高速摄像机实时抓拍滑坡变形过程，记录各时刻坡体的形态特征及监测墩的位置变化，并反馈...

【专利技术属性】
技术研发人员：范志强，周奇辉，汪明元，张俊荣，林成远，倪卫达，孙淼军，楼永良，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：