[发明专利]顺层岩质边坡地下开挖模型试验系统及试验方法

说明书

本发明公开了一种顺层岩质边坡地下开挖模型试验系统及方法，涉及边坡稳定性及地质灾害领域，该试验系统包括边坡模型试验架、恒温控制箱、高速摄像机、侧压力加载装置、数据采集器和电脑，边坡模型试验架内置岩层模型，岩层模型内置开挖体模型，边坡模型试验架置于恒温控制箱内，侧压力加载装置的施力端作用于岩层模型的一侧，数据采集器一端连接位于岩层模型内的传感器，另一端连接电脑，侧压力加载装置受控于电脑，高速摄像机用于拍摄岩层模型的渐进破坏过程并将图像传输至电脑。本发明的目的是为了解决顺层岩质边坡地下开挖条件下进行模型试验的难点，是在于用于揭示地下开挖诱发顺层岩质边坡的失稳破坏机理。

技术领域

本发明涉及边坡稳定性及地质灾害领域发明。

背景技术

顺层岩质边坡是自然界中分布范围较为广泛的一种边坡形式，基本特征为坡面产状与岩体层面产状基本一致，其发生失稳破坏时，主要是受自重或外在扰动荷载作用而发生顺层滑移，大量实践表明，顺层岩质边坡失稳是岩土工程面临的重大地质灾害之一。随着社会经济的发展和西部大开发战略的实施，我国越来越多的铁路、公路等大型基础工程将在西部高山区进行建设，不可避免地遇到地下洞室穿越顺层岩质边坡的情况。与其它赋存特征的顺层岩质边坡相比，地下开挖卸荷效应使边坡原有应力场受到极大扰动，损伤了层状岩体原有结构的稳定性，劣化了顺层岩质边坡的赋存环境，进一步增加了其滑塌失稳的风险，极有可能由于不合理的分析和处置而导致边坡失稳，严重影响基础工程建设的顺利进行，甚至给国民经济建设和人们生命财产安全造成重大损失。

当前对顺层岩质边坡稳定性的研究主要集中在降雨、地震及边坡外部开挖等因素对顺层岩质边坡稳定性的影响机制方面，而对地下开挖诱发边坡失稳的研究成果尚少，另外，当前采用模型试验研究边坡的失稳破坏时，绝大部分采用加载的方式达到破坏状态，此种方式提高了模型试验框架的承载要求，因此，发明一种新的顺层岩质边坡地下开挖模型试验系统及方法对于研究顺层岩质边坡的稳定性和失稳破坏机制具有重大的理论意义和工程实用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供提供了一种顺层岩质边坡地下开挖模型试验系统及方法，本发明的目的是为了解决顺层岩质边坡地下开挖条件下进行模型试验的难点，是在于用于揭示地下开挖诱发顺层岩质边坡的失稳破坏机理。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案是：一种顺层岩质边坡地下开挖模型试验系统，该试验系统包括边坡模型试验架、恒温控制箱、高速摄像机、侧压力加载装置、数据采集器和电脑，所述边坡模型试验架内置岩层模型，所述岩层模型内置开挖体模型，所述边坡模型试验架置于恒温控制箱内，所述侧压力加载装置的施力端作用于岩层模型的一侧，所述数据采集器一端连接位于岩层模型内的传感器，另一端连接电脑，所述测压力加载装置受控于电脑，所述高速摄像机用于拍摄岩层模型的渐进破坏过程并将图像传输至电脑。

优选的，所述边坡模型试验架由一个矩形框架以及下方的弯折式升降装置组成，所述矩形框架由侧向挡板、底板、反力挡板、顶板围成，所述岩层模型位于矩形框架内，所述弯折式升降装置包括支座，所述支座的一端与矩形框架铰接，另一端通过弯折杆与矩形框架连接，通过所述弯折杆的伸缩可实现矩形框架一端的升降。

优选的，所述岩层模型为采用相似材料预制的长方体，相似材料由石蜡、石膏、水、砂组成，开挖体模型采用与岩层模型相同的相似材料进行预制，并在开挖体模型的前后两侧设置电加热片。

优选的，所述测压力加载装置包括位于所述矩形框架的一侧的移动加载板，所述移动加载板用于推顶所述岩层模型，还包括夹在移动加载板和反力挡板之间的加载气囊，所述加载气囊通过高压输气管连接气压控制器，所述气压控制器受控于电脑，所述恒温控制箱用于控制温度变化，其四面由透明有机玻璃构成，所述传感器为拉线式位移传感器。

优选的，所述移动加载板截面为工字型，所述移动加载板的上下侧分别设有定位凸起，所述顶板和底板上分别设有容纳所述定位凸起的长条形的滑槽，所述移动加载板借助于定位凸起沿着滑槽的长度方向移动。