[发明专利]一种台风作用下残积土斜坡力学响应特征的试验系统

权利要求书

1.一种计算模型残积土层内切向力的方法，其特征在于，包括一种台风作用下残积土斜坡力学响应特征的试验系统，所述试验系统包括风洞实验室，以及设置在所述风洞实验室内的风机和试验斜坡模型，所述风洞实验室的截面为跑道形，且其四个拐角上均设有多个平行设置的弧形导流片，所述风机设置在所述风洞实验室一条边的中部，所述试验斜坡模型设置在所述风洞实验室另一条边的中部，所述试验斜坡模型包括模型试验框架、模型植被和动态数据采集分析系统，所述模型试验框架设有斜坡面，所述斜坡面正对着风载方向，且所述斜坡面上铺设有模型残积土层，所述模型植被设置在所述模型残积土层上，所述模型残积土层和所述模型植被上均设有若干监测孔，且各所述监测孔内均设有风压管，所述动态数据采集分析系统分别与各所述风压管连接，用于收集、记录并分析各所述风压管的风压数据；

还包括以下步骤：

S1、将所述模型残积土层划分为若干条块，选取其中一条块i并对其进行受力分析，根据该条块在竖直方向和水平方向的受力平衡条件得到：

式中：W_Hi为条块的自重，W_Zi为植被的自重，F_pi为斜坡坡面所受风荷载，α为斜坡面与水平面之间的夹角，V_i+1和V_i分别为条块i+1和条块i的切向力，N_i为垂直于滑动面指向坡外的法向力，T_i为平行于滑动面指向斜坡上部切向力，U_i+1和U_i分别为条块i+1和条块i的法向力，F_Zi为模型植被受到的风荷载对条块i产生的等效作用力；

S2、整理(1)和(2)得到：

式中，ΔV_i＝V_i+1-V_i，ΔU_i＝U_i+1-U_i；

S3、设滑坡的稳定性系数为K_si，根据极限平衡条件可以得到：

式中：T_fi为条块i的抗滑力，为内摩擦角；

S4、联合(3)、(4)和(5)，得到：

式中：W_G＝W_Hi+W_Zi；

S5、由于U₀＝0，U₁＝ΔU₁，U₂＝U₁+ΔU₂＝ΔU₁+ΔU₂，若划分的条块数量为n时则有：

当U_n＝0时，将(6)代入(7)可得：

式中：

S6、根据力矩平衡条件，滑坡面中点力矩∑M＝0，可以得到：

V_iΔX_i+F_Zie_i+F_pib_isinα+M_i-U_iΔh_i-ΔU_ih_i＝0 (9)

式中：ΔX_i为条块i的宽度，e_i为条块i上的作用力F_Zi到滑面中点的垂向距离，b_i为条块i的长度，M_i为风荷载通过模型植被作用于条块i的弯矩，h_i为条块i法向力U_i到滑面的垂直距离，Δh_i为条块i左侧边界和右侧边界所受法向力的高度差；

对(9)进一步整理，得到条块i在考虑植被和坡面风荷载时受到的切向力V_i：

2.如权利要求1所述的一种计算模型残积土层内切向力的方法，其特征在于：包括蜂窝器，所述蜂窝器设置在所述风洞实验室内，且其位于所述风机和所述试验斜坡模型之间。