[发明专利]一种板裂化硬岩水下倾倒变形体力学测试装置及方法

说明书

本发明涉及一种板裂化硬岩水下倾倒变形体力学测试装置及方法。该装置至少包括：压力模拟单元、受力模拟单元、试件、箱体、卡座、上盖板，在箱体的下部固定卡座，卡座由一长一短的两个垂直直角边构成，其中一个直角边与箱体的底部固定，试件立放在卡座的两个垂直直角边处，试件上端面靠近垂直直角边的一侧与压力模拟单元受力端连接，试件另一侧下端面与受力模拟单元受力端连接，在压力模拟单元有力传感器，在受力模拟单元连接有位移传感器，箱体通过进水阀内加水至上盖板下平面，箱体的上盖板有盖板千斤顶，位移传感器和力传感器获取加力和位移传感器的位移信息，获取试件不同层面的加力与受力后产生的位移信息。

技术领域

本发明涉及一种变形体力学测试技术，特别是一种板裂化硬岩水下倾倒变形体力学测试装置及方法。

背景技术

边坡稳定性问题往往是影响工程建设安全、进度和质量的关键技术问题之一，也是地质灾害环境的潜在风险源，一直也是国内外岩土领域学术界重点研究的重点、难点问题之一。其中边坡的倾倒变形现象作为一种区别于其他类型边坡稳定性的特殊问题，近年来逐渐被广泛关注，在我国大型水电水利工程中均有遇到，比如小湾水电站的饮水沟边坡、龙滩水电站的左岸边坡、小浪底和拉西瓦水电站的库岸边坡及苗尾水电站枢纽区边坡等，除水电水利工程外，在我国大型能源电力工程、道路桥梁工程和其他大型基建工程中也常常遇到，研究其对应的作用机理、分析方法、模型试验及治理措施就凸显迫切性和重要性。

倾倒变形边坡的变形破坏机理软岩与硬岩有较大差异，软岩倾倒变形边坡在上部推力作用下，会向临空方向产生一定的变形，形成弯曲的“点头哈腰”现象，往往“弯而不断”，当变形增大到一定程度会发生断裂破坏；硬岩在上部推力作用下，会向临空方向发生一定的位移，形成“折而立断”现象，更具有突发性和危害性。

比较有代表性的是板裂化硬质岩石倾倒变形体，首先板裂化具备陡倾、反倾等发生倾倒变形的地质条件，其次，硬质岩石往往在上部推力或自身弱化的作用下，发生突发性折断的问题。目前存在大量已完建的水利枢纽工程边坡在水库蓄水后，经过监测发生大量值的位移，由于水库蓄水位以下岩体浸水后自身弱化，其抗力降低，在上部推力作用下安全系数随之降低，发生大变形，形成潜在较大的风险。

目前的尚无有效的、合理的和直观的物理模型测试装置对其作用机理、启动作用进行精确的还原描述。

发明内容

本发明的目的是提供一种板裂化硬岩水下倾倒变形体力学测试装置及方法，以便能获取不同水库水位情况下的水压力值、浸水作用，同时考虑上部边坡体传来的不平衡推力，以至测试到板裂化硬岩在水作用下发生弯折破坏的启动上部推力。

本发明的目的是这样实现的，一种板裂化硬岩水下倾倒变形体力学测试装置，至少包括：压力模拟单元、受力模拟单元、试件、箱体、卡座、上盖板，在箱体的下部固定卡座，卡座由一长一短的两个垂直直角边构成，其中一个直角边与箱体的底部固定，试件立放在卡座的两个垂直直角边处，试件由叠层板材构成，试件上端面靠近垂直直角边的一侧与压力模拟单元受力端连接，试件另一侧下端面与受力模拟单元受力端连接，在压力模拟单元有力传感器，在受力模拟单元连接有位移传感器，箱体上端有进水阀，箱体下端有排水阀，箱体通过进水阀内加水至上盖板下平面，箱体的上盖板有盖板千斤顶，压力模拟单元向试件底部面加力，盖板千斤顶通过上盖板向箱体的水面加力，位移传感器和力传感器获取加力和位移传感器的位移信息，获取试件不同层面的加力与受力后产生的位移信息。

所述的受力模拟单元包括：受力托板、受力托板转轴、受力圆弧、受力斜撑、伸缩缸、受力杆件；受力托板通过受力托板转轴与受力杆件的端部连接，受力杆件轴线上固定伸缩缸，受力杆件另一端连接力传感器，力传感器在箱壁的外侧；受力托板和受力托板转轴之间连接受力斜撑，受力斜撑随受力沿受力圆弧转动。