[发明专利]一种模拟地震波斜入射作用的边坡动力响应实验装置及方法

权利要求书

1.一种模拟地震波斜入射作用的边坡动力响应实验装置，其特征在于，包括边坡模型、波发射换能器、发射源、波接收换能器、电脑和波探测仪；

所述边坡模型包括边坡体和楔形体；

所述电脑通过导线与波探测仪连接；

所述波探测仪分别与波接收换能器和发射源连接；

所述波接收换能器置于所述边坡模型的边坡体的网格波接收节点上；

所述发射源与波发射换能器连接，所述波发射换能器置于所述边坡模型的楔形体的网格波激发节点上。

2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述波探测仪分别通过同步信号源导线与波接收换能器和发射源连接。

3.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述边坡模型中的边坡体为一直角梯形，楔形体为一直角三角形；所述楔形体的一直角边紧靠在边坡体的底边且等于边坡体底边边长，该直角边与斜边的夹角等于地震波入射角。

4.根据权利要求3所述的实验装置，其特征在于，所述边坡模型中的楔形体的斜面倾斜方向和边坡体的坡向相反的为坡后入射边坡模型；所述边坡模型中的楔形体的斜面倾斜方向和边坡体的坡向相同的为坡前入射边坡模型。

5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述边坡模型采用重晶石粉、石英砂、石膏、甘油和/或水泥制作，或采用有机玻璃制作，且边坡体与楔形体为相同材料一体制作。

6.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述边坡模型为二维边坡模型，所述边坡模型的厚度为边坡模型中所采用的地震波波长的1/10至1/8。

7.一种模拟地震波斜入射作用的边坡动力响应实验方法，包括以下步骤：

(1)选择一个天然或人工边坡(以下简称边坡)；测量边坡的坡顶高度、坡脚高度、边坡宽度和坡度，搜集所述边坡密度、弹性模量和泊松比；

(2)根据边坡的密度、弹性模量和泊松比，计算边坡中地震波波速，再结合地震波频率计算边坡中地震波波长；

(3)所述边坡模型的制作材料为重晶石粉、石英砂、石膏、甘油和/或水泥，或为有机玻璃；选定边坡模型制作材料后，测量边坡模型的密度、弹性模量和泊松比，计算边坡模型的地震波波速；

(4)所述边坡模型包括边坡体和楔形体，所述边坡体形状为一直角梯形，所述楔形体的形状为一直角三角形；所述边坡模型中的边坡体与楔形体采用相同的材料一体制作；

(5)选择边坡与边坡模型中边坡体的几何相似比值，且根据几何相似比值，计算边坡模型中边坡体的坡顶高度、坡脚高度、底边长度和坡度；在作为边坡体的直角梯形中，较长的第一直角边长等于边坡的坡顶高度乘以相似比，较短的第二直角边长等于边坡的坡脚高度乘以相似比，两个直角所在底边的边长等于边坡的宽度乘以相似比，即为边坡体的底边长度；

(6)为降低边界效应的影响，在边坡体的两侧边界增加设定的边界宽度；

(7)以楔形体的底边紧贴边坡体的底边的方式来模拟地震波的斜入射作用；根据边坡体底边长度、地震波入射角大小和方向，计算作为楔形体的直角三角形尺寸；其中楔形体的第一直角边的边长等于边坡体的底边边长，楔形体的斜边与第一直角边的夹角等于地震波入射角，且楔形体的第二直角边的边长即等于地震波入射角正切值乘以第一直角边边长；

(8)根据边坡体的几何尺寸、楔形体尺寸和降低边界效应所需尺寸，最终确定边坡模型的几何尺寸；

(9)所述边坡模型中的楔形体的底边紧靠在边坡体的底边，且所述楔形体的斜面倾斜方向和边坡体的坡向相反的为坡后入射边坡模型，所述楔形体的斜面倾斜方向和边坡体的坡向相同的为坡前入射边坡模型；

(10)在边坡模型的边坡体上绘制网格，并对网格节点进行编号，网格节点的间距为实验中所使用的地震波长的1/10～1/8，且网格节点的间距相等；

(11)所述边坡模型中地震波波长等于边坡中地震波波长乘以几何相似比值，根据边坡模型中地震波波长和波速计算边坡模型中地震波频率，依此频率选择合适的波发射换能器和波接收换能器；

(12)将波发射换能器置于边坡模型中楔形体底部波激发节点上作为激发震源，将波接收换能器置于边坡模型中边坡体波接收节点上并依次测试各节点振动波形；

(13)波场的能量强弱用网格节点的振动幅值来表示，根据节点振幅大小绘制边坡振幅云图；

(14)根据振幅云图分析边坡动力响应特征。