[发明专利]一种用于研究节理岩质边坡的模型及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于岩土工程领域，涉及一种节理岩质边坡的模型及其制备方法。

技术背景

我国是地质灾害多发的国家，灾害类型多、分布范围广，其中尤以边坡垮塌造成的灾害为巨。在水利、交通和露天开采等岩体工程中，存在大量的岩质边坡，特别在露天开采中，随着开采深度的增大没，渐渐形成许多特大型高陡岩质边坡。岩体由结构面和结构体组成，结构面的存在造成了岩体的结构变得复杂，强度大大降低；在岩质边坡中，往往节理的存在对边坡的稳定性有决定性作。岩质边坡的失稳破坏通常以节理的扩展为破坏源，当节理扩展到一定程度后就造成边坡的失稳，并且破坏面多沿着节理面扩展后形成的贯通节理面。多年来，相关领域的教研以及工程实践人员从不同方面对滑坡产生机理、治理措施的研究工作投入了大量的精力并取得了丰硕的成果。

因利用模型来进行研究具有方便、可控性强、造价低和针对性强等优点，此方法已广泛应用于边坡破坏机理的研究。事实上，通过建立与现场地质体成一定比例关系的模型来进行研究的方法是适用且必不可少的，也就是相似材料试验是行之有用的。已有的边坡模型实验通常只存在于土质边坡模型，对岩质边坡还较少使用，此种方法采用现场取土、室内进行小尺寸模型相似试验，这种实验方法保证了实验中所用模型材料的真实性，但是在取土的过程中也会对土的原状造成扰动，造成实验数据的失真。也有的实验才用相似材料制作边坡模型，但材料模型基本都是固定边坡模型尺寸、固定边坡倾斜角，很少涉及节理的制作，并且对相似材料的力学性质掌控较难，实验方式单一、灵活性不强，所得数据代表性有限，不利于不同工况条件下的滑坡模拟实验的进行。

虽然，模型有别于现场地质体，其试验所得参数往往由于多种原因不能直接应用于工程实践中去，但相似材料模型能对边坡失稳破坏原因和机理进行有针对性的探索，如边坡中节理形态、节理与边坡面的相对位置、节理数量及多节理之间的相互作用等都可通过制作相应的相似材料模型来实验。

 

发明内容

本发明的目的在于制作一种用于研究节理岩质边坡的相似材料模型及提供制作此种模型的方法。本发明制作的一种相似材料边坡模型，拟解决相似材料的配比、边坡倾角的控制、模型尺寸的控制和节理的制作等问题，提出一种能有针对性进行改变的节理岩质边坡相似材料模型的制作方法。

本发明中制做的一种节理岩质边坡的相似材料模型，模型的横截面形状为六边形，顶面、坡底面和底面三个面互相平行，顶面和坡底面之间为坡面，坡面和坡底面的夹角范围是105°~150°，该夹角与边坡倾角互为补角，边坡倾角的变化范围为30°~75°，顶面和底面间的侧面分别与顶面和底面垂直，坡底面和底面间的侧面与分别与坡底面和底面垂直。底面长：顶面和底面的垂直距离：模型的厚=1:(0.7~0.9):(0.08~0.12)，坡底面和底面的垂直距离：顶面和底面的垂直距离=1:(2.5~3)，顶面的长：坡底面长=(1.5~2.5):1。模型中节理设置区域的截面为一直角梯形，直角梯形以坡面为斜边，梯形下底面与坡底面共面，梯形顶面位于坡顶面内，梯形上底面靠近坡面长度为顶面边长的1/4，节理贯穿模型上下面。充填节理采用强度小于0.1MPa的云母片，石蜡片或聚四氟乙烯等薄片进行制作，薄片厚度范围：0.2~0.8mm。模型所用材料为高强石膏，石英砂，重晶石和水按比例配置。所述石英砂为经目数为10的筛筛分后的干燥砂，所用水中加入质量为水质量的0.5%的硼酸。各材料的比例范围占材料总质量百分比为，水10%~35%，石膏15%~35%，重晶石5%~30%，石英砂10%~25%，水和石膏的比例控制在水：石膏=1~1.2:1。

本发明提供一种制作以上节理岩质边坡相似材料模型的方法，包括下述步骤：

第一步：配料。

取高强石膏，石英砂，重晶石和水混合经快速搅拌，得到所需相似材料，搅拌时间一般不超过一分钟，可采用先将颗粒材料搅拌均匀再加水搅拌的方法。所述石英砂为经目数为10的筛筛分后的干燥砂，各材料的比例范围按质量比为，水10%~35%，石膏15%~35%，重晶石5%~30%，砂10%~25%，水和石膏的比例控制在水：石膏=1:1~1.2:1。所述配料水中须加入质量为水质量的0.5%的硼酸作为缓凝剂。

第二步：模型初步定型及节理制作。