[发明专利]模拟边坡动态失稳过程的可视化试验系统及试验方法

说明书

本发明公开了一种模拟边坡动态失稳过程的可视化试验系统及试验方法，可视化试验系统包括CT扫描系统、振动试验系统、液压动力系统、图像采集系统和数字控制系统；CT扫描系统包括铁垫，铁垫上对称且相向设置有两个竖直机架，两个竖直机架的内侧面分别滑动连接有面阵探测器和X射线发射机；振动试验系统包括试验模型箱、边坡模型和振动台；振动台安装在铁垫上方，试验模型箱置于振动台上，边坡模型位于试验模型箱内；液压动力系统与振动台连接；铁垫的两侧对称设有图像采集系统；数字控制系统与液压动力系统通讯连接，控制液压动力系统的动力输出。本发明的试验系统及试验方法可以模拟边坡动态失稳的全过程，获取动态扰动过程中边坡内部高清CT图像。

技术领域

本发明涉及环境地质工程和岩土工程技术领域，尤其涉及模拟边坡动态失稳过程的可视化试验系统及试验方法。

背景技术

我国多山地、多地震的地理、地质条件不可避免地带来了大量和地震作用有关的边坡问题。随着国民经济的持续发展和基础设施的逐渐完善，大型水利水电工程、高速公路铁路、露天采场等建在强震区，对天然斜坡以及工程斜坡提出了更高的要求；尤其是西部地区活动构造发育、地震频发，地震的发生不仅会造成大量的人员伤亡和财产损失，同时也诱发大量的次生地质灾害。就2008 年汶川地震而言，据不完全统计，诱发了大量的滑坡、泥石流等灾害，达到1 万多处，给国家和人民造成严重损失。

振动荷载是工程中难以消除的一种外部应力源，振动荷载的产生来源主要是地震和爆破，露天矿开采过程中远场爆破应力波的影响也可等效为地震波。在振动荷载作用下，边坡所处环境发生变化，导致内部岩体结构面压力出现增减特征，甚至出现张开滑移、抗滑力陡降现象，同时也将影响组成单元的裂纹闭合和扩展等机制。这些无法用传统连续介质力学理论解释和分析的新特征科学现象，通常采用室内试验进行机理研究。因此，通过给边坡模型施加现场监测的实际振动波形或等效的正弦波、三角波、方波等波形扰动，对边坡模型连续无损扫描和直观图像监测，实现边振动边扫描，对边坡动力扰动全过程进行数字化和边坡内部结构变形进行可视化表征具有重大现实意义。

振动台模型试验在可控情况下能在一定程度上再现边坡的地震响应过程，可以较直观地监测边坡土体响应特性和动态失稳破坏模式，也为数值模拟结果的验证提供了依据。然而，现有振动台试验局限于肉眼观察地质体表面的破坏滑移模式，无法打开边坡动态失稳破坏的黑箱，无法对其内部结构变化全过程做到实时的可视化探测。在公开号为CN106872130 B，名称为一种振动试验系统的发明专利中，其振动试验系统能够适应不同规模的震动试验需求，但是功能过于匮乏，振动台只能实现一个方向的震动，且只能局限于肉眼观察其破坏滑移模式，无法对其内部结构变化的全过程进行实时的观测。

伴随着工业CT的发展，边坡动力扰动全过程数字化和可视化表征成为可能，而技术关键在于研发与工业CT机配套模拟边坡可视化动态失稳过程的试验系统及方法。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种模拟边坡动态失稳过程的可视化试验系统及试验方法，运用基于面阵探测器高能X射线工业CT技术与高速摄像机技术手段，不仅可直观监测边坡土体响应特性和失稳破坏模式，还能实时获取动态扰动过程中边坡内部高清CT 图像，对边坡进行三维重构进而获知振动荷载作用下边坡的失稳演变过程，实现边坡动态失稳全过程的可视化和数字化表征，有助于揭示边坡在地震作用下的动态失稳机制，为地震滑坡预测以及边坡工程的抗震设计提供依据。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

模拟边坡动态失稳过程的可视化试验系统，其特征在于：包括CT扫描系统、振动试验系统、液压动力系统、图像采集系统和数字控制系统；

所述CT扫描系统包括竖直机架、面阵探测器、X射线发射机、转台和铁垫，所述铁垫上对称且相向设置有两个竖直机架，其中一个竖直机架的内侧面滑动连接有面阵探测器，另外一个竖直机架的内侧面滑动连接有X射线发射机；所述转台安装在所述铁垫上，且位于两个所述竖直机架之间；