[发明专利]一种基于波浪振动作用的海底滑坡模拟系统及试验方法

权利要求书

1.一种基于波浪振动作用的海底滑坡模拟系统，其特征是，包括框架支撑结构、滑坡模拟装置、波浪模拟装置和滑坡监测装置，所述框架支撑结构包括玻璃容器，所述滑坡模拟机构包括模拟滑坡体(11)和倾角调整机构，所述波浪模拟机构包括激振板(17)和激振驱动机构，所述激振板(17)通过激振驱动机构设置于玻璃容器的顶部，模拟滑坡体(11)设置于玻璃容器的底部，倾角调整机构设置于模拟滑坡体(11)下方，所述滑坡监测装置包括孔压监测计(12)和位移传感器(13)，所述孔压监测计(12)预埋于所述模拟滑坡体(11)内，所述位移传感器(13)设置于模拟滑坡体(11)表面，所述孔压监测计(12)和位移传感器(13)用于模拟滑坡体(11)的动态响应的监测和记录。

2.根据权利要求1所述的一种基于波浪振动作用的海底滑坡模拟系统，其特征是，所述倾角调整机构包括螺旋飞轮(7)、飞轮横轴(5)、驱动电机(8)、滑动板(9)，所述模拟滑坡体(11)底部设置滑动板(9)，滑动板(9)设置有若干贯穿滑动板(9)上下表面的滑动板底孔(10)，飞轮横轴(5)横置于玻璃容器底部位于滑动板(9)下方，所述螺旋飞轮(7)设置于飞轮横轴(5)上，螺旋飞轮(7)顶靠滑动板(9)下方，驱动电机(8)通过飞轮横轴(5)驱动螺旋飞轮(7)旋转。

3.根据权利要求2所述的一种基于波浪振动作用的海底滑坡模拟系统，其特征是，玻璃容器底部设有两根平行的支撑梁(4)，所述飞轮横轴(5)横置于两根支撑梁(4)之间，飞轮横轴(5)设有横轴螺栓(6)与支撑梁(4)固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于波浪振动作用的海底滑坡模拟系统，其特征是，所述的激振驱动机构包括牛腿梁(14)、支撑弹簧(15)、弹簧螺栓(16)、振动电机(20)，所述牛腿梁(14)设置在玻璃容器内侧，牛腿梁(14)上方设置支撑弹簧(15)，所述激振板(17)四角设置于支撑弹簧(15)顶端并通过弹簧螺栓(16)连接支撑弹簧(15)，所述振动电机(20)设置于激振板(17)顶部。

5.根据权利要求4所述的一种基于波浪振动作用的海底滑坡模拟系统，其特征是，激振板(17)顶部设有振动电机底板(18)，所述振动电机底板(18)和激振板(17)之间通过若干底板螺栓(19)固定连接，振动电机(20)设置于振动电机底板(18)上。

6.根据权利要求1所述的一种基于波浪振动作用的海底滑坡模拟系统，其特征是，所述框架支撑结构包括支撑柱(1)、支撑板(2)、玻璃容器和支撑梁(4)，支撑板(2)四角设置支撑柱(1)，支撑板(2)上方在支撑柱(1)之间设置有机玻璃(3)构成玻璃容器，支撑板(2)上方设置两根平行的支撑梁(4)。

7.一种基于波浪振动作用的海底滑坡模拟试验方法，其特征是，所述方法应用权利要求1-6中任一项所述的一种基于波浪振动作用的海底滑坡模拟系统，并包括以下步骤：

步骤1，模拟滑坡制备：采用ISO标准砂、重塑粘土和膨润土按照一定的配合比混合均匀，加适量水后充分搅拌；按照试验设定的形态，将充分搅拌的土料分层堆砌成模拟滑坡体(11)；

步骤2，监测设备安置：在模拟滑坡体(11)的分层堆砌过程中，按照试验设定的位置，布设孔压监测计(12)和位移传感器(13)；在模拟滑坡体(11)堆砌完成后，将全部的监测设备与主机连接，调试并获得初始监测数据，验证监测设备的完好；

步骤3，滑坡姿态调整：启动模拟滑坡装置的驱动电机(8)，将螺旋飞轮(7)转至合适位置，使得滑动板(9)调整至预定的倾角；

步骤4，振动系统安装：将波浪模拟系统的激振板(17)与支撑弹簧(15)，采用弹簧螺栓拧紧连接；

步骤5，试验设备注水：向试验装置内注水，当水位淹没模拟滑坡体(11)时，注意控制注水速率，从而减少注水过程对模拟滑坡体(11)的扰动影响，当水位达到预设高度后，停止注水，静置48h；

步骤6，滑坡过程模拟：将所有监测设备的监测数据清零，启动波浪模拟系统的振动电机，并将启动时间作为时间0点，通过孔压监测计(12)和位移传感器(13)动态监测试验过程中模拟滑坡体(11)各部位的孔隙水压力和位移变形情况，直至到达预设试验时间或模拟滑坡体(11)失稳破坏后，结束试验；

步骤7，监测数据处理：以时间为横坐标，以位移为纵坐标，建立时间-位移坐标系，在时间-位移坐标系中绘制位移传感器(13)的监测数据曲线，从而研究在波浪荷载作用下，模拟滑坡体(11)不同位置的位移变形发展情况；以时间为横坐标，以孔压为纵坐标，建立时间-孔压坐标系，在时间-孔压坐标系中绘制孔压监测计(12)的监测数据曲线，从而研究在波浪荷载作用下，模拟滑坡体(11)不同位置的孔隙水压力的累积分布情况；根据时间-位移曲线的识别出滑坡失稳的时间点t_f，在时间-孔压曲线中时间点t_f对应的孔隙水压力p_f，即是该试验条件下模拟滑坡体(11)的累积孔压阈值。在波浪荷载作用过程中，海底模拟滑坡体(11)内的累积孔压没有超过阈值p_f时，则不会发生失稳破坏；当海底模拟滑坡体(11)内的累积孔压超过阈值p_f时，则会触发海底滑坡失稳破坏；

步骤8，重复模拟试验：根据试验需求，可以改变土料配合比，振动荷载振幅，振动荷载频率和滑动板(9)倾角等影响因素，再次按照步骤1～7重复开展试验，研究不同试验情况下海底滑坡的累积孔压阈值。