[发明专利]一种岩堆边坡冻融循环作用变形物理模型试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩堆边坡冻融循环作用变形物理模型试验装置及试验方法，属于土木工程及地质工程领域，特别是涉及冻融循环与开挖作用下岩堆边坡的土工试验箱，适用于我国北方极寒地区的岩堆边坡变形破坏机理分析及稳定性研究。

背景技术

岩堆边坡稳定性问题是山区隧道建设过程中人们尤为关注且亟待解决的关键性问题之一,常常给工程造成巨大损失。目前，我国北方地区存在较大面积的岩堆边坡,其中辽宁省本溪地区尤为突出。由于岩堆边坡自身工程特性及变形破坏机理既不同于土质边坡，又异于岩质边坡。当前成熟的边坡稳定性理论计算公式已不适用于岩堆边坡的稳定性评价。因此，急需对岩堆边坡变形破坏机理及稳定性开展深入研究，分析岩堆边坡变形规律，得到岩堆边坡的破坏模式和破坏机理，探明影响岩堆边坡稳定性的主要因素，对岩堆滑坡有效预测预报和防灾减灾具有重要的理论意义和工程实用价值。由于现场试验通常受场地地形地貌、地层岩性、气候条件等影响，无法模拟不同影响因素(如不同岩堆边坡坡度、不同下卧层坡度、多个冻融循环次数、不同人类工程活动等)对岩堆边坡的影响，而岩堆边坡物理模型试验能成功克服上述困难，结合正交试验较好地揭示冻融循环作用下岩堆边坡变形破坏机理及稳定性变化规律。

现有的岩堆边坡稳定性分析及试验研究相关成果较少，仅张辉等针对西南地区水麻高速公路工程某岩堆边坡，通过模型试验研究了降雨作用下的岩堆边坡变形破坏机理，该模型试验装置功能单一，无冻融循环循环装置，故不适用东北地区岩堆变形破坏机理及稳定性分析。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种岩堆边坡冻融循环作用变形物理模型试验装置及试验方法，能够改善现有技术岩堆边坡物理模拟装置测试结果单一、测试结果不稳定、且不能模拟冻融循环作用等问题，具有操作方便、测试效率高的特点，适用于冻融循环及隧道洞口边坡坡开挖诱发边坡变形破坏的模拟试验。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种岩堆边坡冻融循环作用变形物理模型试验装置，包括放置在岩堆边坡上的底座，在所述底座上由下向上依次设置有金属底板和有机玻璃模型箱，在所述有机玻璃模型箱上设置有前门，在所述前门底部设置有排水孔，在所述排水孔与前门之间设置有流速流变仪，在所述有机玻璃模型箱两侧、前部和顶部分别设置有融雪设备，在所述有机玻璃模型箱顶部设置有温度计，在所述有机玻璃模型箱后部设置有加载装置，在所述岩堆边坡内设置有至少1个位移计。

在冻融循环作用下，岩堆边坡会受到损坏，本发明所采用的装置能够进行分段岩堆边(滑)坡模拟，加载主要是模拟分段边(滑)坡受到后部边(滑)坡的推力。

在将底座安装在基岩表面上，按照试验要求在有机玻璃模型箱内填筑模型，并读取位移计数据，进行冰冻试验，读取位移计数据，打开融雪设备，进行试融试验，此过程中可以通过有机玻璃模型箱内的位移计进行数据采集，待位移计读数达到试验要求温度时，说明熔融状态效果明显，读取位移计的实时测量值和温度实时测量值并对数据进行处理即可。

本发明中，通过设置流速流变仪监测排水量，通过加载装置模拟边(滑)坡受力，融雪通过前门底部的排水孔流出。

本发明通过上述设置，能够成功解决野外开展冻融循环边坡模型试验过程中冰雪易冻但不易融化(尤其是在岩堆内)的难题，通过融雪设备实现冰雪融化，同时操作方便，可以方便进行数据的精确采集，管理与控制更加方便，同时可以减少人工记录工作量

进一步地，为更好的实现本发明，每个所述融雪设备均包括至少3个均匀间隔设置在所述有机玻璃模型箱外部的加热装置。通过采用加热装置根据需求控制融雪速度。本发明中，可以再有机玻璃模型箱周围均匀间隔设置3个或多个加热装置，可以选择油汀或其它加热设备。

进一步地，为更好的实现本发明，所述融雪设备还包括设置在所述有机玻璃模型箱外部的保温装置，所述加热装置位于所述保温装置内侧，所述保温装置为透明的双层塑料薄膜。

通过保温装置隔绝冷空气和保证太阳光照射进来节约加热成本，保证融雪过程中室内温度达到30℃以上此时岩堆内部孔隙温度0～10℃，室内外温差近50℃，以确保融熔过程进行完全。

进一步地，为更好的实现本发明，所述在所述有机玻璃模型箱侧壁上设置有坐标网格。