【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及边坡工程，具体而言，涉及一种评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法。
技术介绍
1、自然界中不同的物理体系变化过程也各异，物理力学过程相似是指体系中某点的形态对应相似和物理变化过程对应相似。必须具有相同的物理性质，才能有严格意义的保证两个现象相似，若在两个不同物理体系中，两者物理性质相似且遵循相同数学规律的变化过程，也可称为广义的相似。依据客观事物不同的相似关系，可将相似现象分为纵向相似和横向相似，其中如果是由于客观事物内部本身的物理、化学联系而形成的相似关系，称为横向相似；如果是不同系统之间相互作用而形成的相似关系，称为纵向相似，边坡物理模拟试验主要研究的是横向相似关系。
2、物理模拟试验一般需要满足几何相似、运动学相似和动力学相似，以及材料或介质的物理学相似等条件，物理模拟试验是按一定的比例将地质原型缩放到物理模型中再进行试验的研究方法。地质原型和物理模型中相同物理量之间矢量方向相同、数值大小对应成比例，在这种情况下，物理模型的试验结果即可按一定比例扩大还原到地质原型中。建立物理模型后，为了便于对物理模型中应力与应变测量，常选用一些与地质原型具有相似力学性质的材料作相似材料，对于物理模型一般选取高重度、低弹模、低强度的材料。
3、由于蓄水边坡体积较大，使用现场试验容易对周围环境产生影响，使得试验过程中造成的破坏难以恢复等原因。现有的评价露天矿边坡开挖蓄水模拟实验的方法通常都是采用数值模拟试验进行，对水库边坡或者自然边坡有相关蓄水物理模拟方面的研究，且一般只考虑浅层水库或地表降雨，但对露天矿这种人
技术实现思路
1、为解决上述现有技术中存在的无法采用物理模型模拟大型人工开挖露天矿边坡蓄水开挖的技术问题，本专利技术提供了一种评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法。
2、为实现上述技术方案，本专利技术提供了一种评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法，包括步骤：
3、s1：物理模型相似材料配置，在搜集分析前人研究成果的基础上，遵循相似材料原料的选择原则和相似理论，选择合适的模型材料开展边坡物理模型相似材料配比试验，获得物理模型所需的物理力学参数，并将其与物理模型相似材料所需参数进行对比分析，最终确定边坡体各单元物理模型材料的最优配比；步骤s1包括子步骤：
4、s2：制作物理模型箱，使用固定框、角钢夹连接高透明度板件以制成物理模型的模型箱；
5、s3：填料并养护，根据原始边坡及模型试验相似关系确定开挖与蓄水试验模型尺寸以及地震动模拟试验模型尺寸，在模型试验前期准备工作完成后，开始进行填料，根据相似理论换算各岩土层的厚度到模型箱中，依据不同岩层经过相似理论换算后的物理力学性质参数确定不同的配比方案；根据各层相似材料所需配比，用电子天平按比例称取各相似材料，并搅拌均匀；将搅拌好的料装入填筑箱内，并进行击实；在装料填筑过程中根据试验要求在相应位置安装传感器；填筑完成后在自然状态下养护一周；
6、s4：安装数据采集系统，使用动静态信号测试分析仪进行应力的监测工作，使用百分表位移计、土压力盒以及渗压计和数字图像检测装置组成的传感器系统采集边坡
7、模型的应力变化及变形数据；
8、s5：开展开挖模拟试验、蓄水物理模拟试验以及地震动模拟试验，使用上述方法分别建立三个相同的模型试验模型，使用其中一个试验模型安装稳定水头供水装置以进行蓄水物理模拟试验、使用其中一个试验模型安装振动装置以进行地震动模拟试验；
9、s6：根据模拟结果分析研究开挖扰动、蓄水和地震动的作用下的边坡体及断层构造带变形、破坏特征及其规律。
10、进一步地，步骤s1包括子步骤：
11、s11：相似判断依据推导，根据相似理论确定相似常数的公式，并通过相似常数的公式推导出蓄水边坡模拟实验所需的相似常数；
12、s12：建立量纲方程，选取现象中固有的物理量，基于定理采用量纲分析法考察其量纲，求得和定理一致的函数关系式，用于指导物理模拟试验及相关试验结果的分析
13、推广；
14、s13：确定相似常数，通过模型与地质原型在尺寸上的对比得出相似比例尺，并保证物理模型材料与原型边坡材料的力学参数的对应比例对应相等或成比例；根据相似原理及试验要求，选定模型的长度，材料的容重、单轴抗压强度、抗拉强度、粘聚力、内摩擦角、泊松比以及表现物理现象的位移和应力等物理量来描述边坡开挖、蓄水和
15、地震的变化过程；
16、s14：确定模型参数，整理研究区的地质资料，结合步骤s13中的模型与地质原型各参数相似比，由原岩物理力学参数可计算出相应模型试验材料的物理力学理论参数；
17、s15：相似模型材料选取，根据相似材料选取的原则，选取物理模拟试验的骨料、胶结料、溶剂、添加剂以及填充料，并用有色铁粉来区别不同岩层；
18、s16：通过室内试验测定相似材料的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、抗拉强度、渗透率、重度、内聚力和内摩擦角，最后确定各层相似材料比。
19、进一步地，在步骤s11中，相似常数＝原型物理量/模型物理量，相似常数的计算公式如下：
20、几何相似常数：
21、
22、应力相似常数：
23、
24、位移相似常数：
25、cδ＝δp/δm
26、弹性模量相似常数：
27、ce＝ep/em
28、泊松比相似常数：
29、cμ＝μp/μm
30、渗透系数相似常数：
31、ck＝kp/km
32、容重相似常数：
33、cγ＝γp/γm
34、时间相似常数：
35、ct＝tp/tm
36、振动频率相似常数：
37、cf＝fp/fm。
38、进一步地，在步骤s12中，所述量纲分析的内容包括：①边坡几何结构参量l；②岩土体材料物理力学参数：密度ρ、渗透系数k、抗剪强度指标c和泊松比μ、变形模量e、重力加速度g、应力σ、应变ε、位移u、振动频率f和振动加速度a；将边坡实际的物理问题与相关参数表达在同一方程式中：
39、
40、进一步地，假设重力加速度相似比为1，几何相似比cl＝n，且材料为各向同性；并设定重力加速度g始终不发生变化。
41、进一步地，在步骤s15中，所述骨料包括：重晶石粉、河砂、石英砂、铁粉、铅氧化物、氧化锌粉或其它金属粉；所述胶结料包括：石膏、水泥、环氧树脂、茹土、白乳胶、松香、机油或液体石蜡油；所述溶剂包括酒精、水、机油或其它有机溶剂；所述添加剂包括：石膏、甘油、柠檬酸或膨润土；所述填充料包括：重晶石粉类、石英砂类、重金属类、河砂类或其它混合料类。
42、进一步地，在步骤s16中，所述相似材料室内试验包括：使用相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法，其特征在于，步骤S1包括子步骤：
3.根据权利要求2所述的评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法，其特征在于，在步骤S11中，相似常数＝原型物理量/模型物理量，相似常数的计算公式如下：
4.根据权利要求2所述的评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法，其特征在于，在步骤S12中，所述量纲分析的内容包括：①边坡几何结构参量l；②岩土体材料物理力学参数：密度ρ、渗透系数K、抗剪强度指标c和φ、泊松比μ、变形模量E、重力加速度g、应力σ、应变ε、位移u、振动频率f和振动加速度a；将边坡实际的物理问题与相关参数表达在同一方程式中：
5.根据权利要求4所述的评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法，其特征在于，假设重力加速度相似比为1，几何相似比Cl＝n，且材料为各向同性；并设定重力加速度g始终不发生变化。
6.根据权利要求2所述的评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法，其特征在于，在步骤S15中，所述骨料包括：重晶石粉、河砂、石英砂、铁粉、铅氧化
7.根据权利要求2所述的评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法，其特征在于，在步骤S16中，所述相似材料室内试验包括：使用相似材料制作岩石单轴抗压强度试验的试样进行的单轴压缩试验、使用相似材料制作直剪试验标准试样进行的剪切试验以及使用相似材料制作渗流试验标准试样进行的渗流试验。
8.根据权利要求1所述的评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法，其特征在于，在步骤S2中，所述高透明度板件包括高透明亚克力板、高透明有机玻璃板或高透明树脂板。
9.根据权利要求1所述的评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法，其特征在于，在步骤S6中，将采集到的观测点变形量数据利用MATLAB处理异常值，作其水平位移、竖直位移与时间的关系曲线。
...【技术特征摘要】
1.一种评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法，其特征在于，步骤s1包括子步骤：
3.根据权利要求2所述的评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法，其特征在于，在步骤s11中，相似常数＝原型物理量/模型物理量，相似常数的计算公式如下：
4.根据权利要求2所述的评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法，其特征在于，在步骤s12中，所述量纲分析的内容包括：①边坡几何结构参量l；②岩土体材料物理力学参数：密度ρ、渗透系数k、抗剪强度指标c和φ、泊松比μ、变形模量e、重力加速度g、应力σ、应变ε、位移u、振动频率f和振动加速度a；将边坡实际的物理问题与相关参数表达在同一方程式中：
5.根据权利要求4所述的评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法，其特征在于，假设重力加速度相似比为1，几何相似比cl＝n，且材料为各向同性；并设定重力加速度g始终不发生变化。
6.根据权利要求2所述的评价开挖蓄水边坡的模拟实验方法，其特征在于，在步骤s15中，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：费晓欧，缪海宾，何帅，马明康，苑睿洋，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：
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