[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

说明书

本发明公开了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。其中一种模拟地震波斜入射作用的边坡动力响应实验装置，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；边坡模型包括边坡体和楔形体；电脑通过导线与波探测仪连接；波探测仪分别与波接收换能器和发射源连接；波接收换能器置于边坡模型的边坡体的网格波接收节点上；发射源与波发射换能器连接，波发射换能器置于边坡模型的楔形体的网格波激发节点上。本发明能够模拟地震波斜入射作用下边坡动力响应，同时解决了振动实验相似比较难满足要求的问题，且所需费用低廉，尤其适于进行高边坡动力响应模拟。

技术领域

本发明涉及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。

背景技术

近年来我国地震频发，地震诱发了数以万计的滑坡、崩塌等灾害，造成了人民生命财产的损失。掌握地震波作用下边坡的动力响应特征及破坏模式，可为边坡灾害预防以及边坡的治理提供理论依据。

目前，模拟边坡地震作用下动力响应的实验装置及方法主要是振动台方法。振动台是一种利用电动、电液压、压电或其他原理获得机械振动的装置。其原理是将激励信号输入一个置于磁场中的线圈，来驱动和线圈相连的工作台。振动台能有效模拟地震作用下建(构)筑物的动力响应，但在边坡动力响应模拟方面存在以下问题：①地震波多是采用垂直入射的输入方式，较难实现地震波斜入射输入方式；②根据相似比理论，在边坡动力响应物理模拟中，几何相似比和波长相似比应该相等，这样才能实现模型和边坡原形中物理规律具有相似性。另外，由于振动台无法输入高频率地震波，高边坡模拟中波长相似比很难满足要求，这样振动台只能模拟低矮边坡，无法模拟高边坡地震动力响应；③振动台模拟费用较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种模拟地震波斜入射作用的边坡动力响应实验装置。

本发明要解决的另外一个技术问题是提供一种模拟地震波斜入射作用的边坡动力响应实验方法。

对于实验装置，本发明采用的技术方案是，一种模拟地震波斜入射作用的边坡动力响应实验装置，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；

边坡模型包括边坡体和楔形体；

电脑通过导线与波探测仪连接；

波探测仪分别与波接收换能器和发射源连接；

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；

发射源与波发射换能器连接，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。

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。

作为优选，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；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。

作为进一步优选，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；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。

作为优选，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。

作为优选，边坡模型为二维边坡模型，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。

对于实验方法，本发明采用的技术方案是，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，搜集所述边坡的密度、弹性模量、泊松比；