[发明专利]一种模拟深层倾倒变形演变及成灾的系统及方法

说明书

本发明提供了一种模拟深层倾倒变形演变及成灾的系统及方法。所述系统包括：土工离心机、模型箱、边坡模型、多个差动式位移传感器以及高速摄像机。所述土工离心机与所述模型箱连接，所述模型箱用于为所述边坡模型提供放置空间，所述边坡模型放置于所述模型箱内，所述多个差动式位移传感器安装于所述边坡模型上，所述高速摄像机安装于所述土工离心机的吊蓝上。本发明通过建造与实际中变质岩石性状相同的模型，模拟河谷下切作用，利用土工离心机模型真是自然环境，通过四阶段的离心模型试验，模拟深层倾倒变形的演变过程，并根据差动式位移传感器以及高速摄像机采集的数据以及照片，经过仿真计算，最终得到深层倾倒变形的关键因素以及致灾因子。

技术领域

本发明涉及岩土技术领域，尤其涉及一种模拟深层倾倒变形演变及成灾的系统及方法。

背景技术

倾倒变形是层状反倾岩体在重力、地应力等综合营力的作用下，向临空面发生弯曲、折断的现象，根据发生机理和规模，可分成浅层倾倒变形和深层倾倒变形。浅层倾倒变形一般产生在由硬性岩体组成的反倾边坡中。此类变形发育时间短，岩层在弯曲变形很小的情况下便会产生折断，折断后的岩体大部分堆积于坡体浅表部，部分形成崩塌，通常呈现出浅层稳定性问题。

深层倾倒变形一般产生在由柔性岩体组成的反倾边坡中，此类变形发育时间长，岩层在弯曲变形较大的情况下也不会产生折断，深层倾倒变形能够在坡体深处形成滑动面，最终形成大型滑坡。

目前关于倾倒变形的研究很多，但多数集中在对于浅层倾倒的分析，研究偏重于力学，忽略了地质过程的孕育与演化，而关于大规模深层倾倒变形的形成机制和成灾模式的研究则相对较少。因此，对于薄层砂、板岩深层倾倒变形的发展演化过程、倾倒弯折带的演变及成灾模式，暂时还没有相关的资料。

发明内容

本发明提供的一种模拟深层倾倒变形演变及成灾的系统及方法，明确了重力作用下，反倾层状岩质边坡深层倾倒变形的关键因素，以及关键致灾因子，同时通过模拟试验实现成灾模式的模拟，为深层倾倒变形的更进一步研究提供参考基础；且同时解决现有技术试验参数选取要求过高或试验成本较高、试验周期长、操作复杂的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种模拟深层倾倒变形演变及成灾的系统，所述系统应用于深层倾倒变形演变及成灾的试验，所述系统包括：土工离心机、模型箱、边坡模型、多个差动式位移传感器以及高速摄像机，在进行所述试验的过程中，对所述边坡模型分阶段进行三次开挖，以模拟原型岩土的天然状态，以及逐级开挖状态下深层倾倒变形演变及成灾的过程；

所述土工离心机与所述模型箱连接，用于模拟高重力场，再现所述边坡模型的原型岩土的性状；

所述模型箱用于为所述边坡模型提供放置空间；

所述边坡模型放置于所述模型箱内，所述边坡模型符合所述原型岩土的性状，按照预设比例缩小；

所述多个差动式位移传感器安装于所述边坡模型上，根据所述边坡模型各阶段的不同，采集各阶段所述边坡模型的边坡表面不同部位的位移变化数据；

所述高速摄像机安装于所述土工离心机的吊蓝上，用于动态采集所述试验过程中所述边坡模型的边坡变形照片。

可选地，所述边坡模型根据所述土工离心机的载荷容量、原始边坡规模、所述模型箱的尺寸以及试验目的，将原始地质模型进行适当概化，分为第一试块和第二试块；

所述第一试块作为所述边坡模型的底部，堆砌在所述模型箱的底部；

所述第二试块根据原始地质坡形线的特征，按照预设比例缩小后进行堆砌，制作所述边坡模型时，在宽度方向将所述第一试块和所述第二试块错缝堆砌。

可选地，所述边坡模型的试块包括石英砂、石膏、水泥以及硼砂水溶液，按比例配比而成，以达到与实际变质砂岩及其层间粘结强度相同的数据。