[发明专利]高陡边坡在地震及降雨作用下的稳定性研究系统

说明书

本发明公开了一种高陡边坡在地震及降雨作用下坡体稳定性的研究系统，包括振动台加载装置及人工降雨装置。首先对现场工点进行缩尺边坡模型制作，然后在振动台上对缩尺模型加载低震级地震荷载、高斯白噪声、真实地震波等动荷载，通过坡内的加速度计、土压力盒、应变片、位移计监测边坡不同位置对动力荷载的响应。接着对边坡降雨，通过含水率计、孔隙水压力计监测边坡不同位置渗流场的响应。然后对边坡加由低到高不同震级的动荷载，监测降雨后边坡不同位置对动力荷载的响应。由此可分析无降雨低震级作用下边坡的稳定性、降雨作用下边坡的稳定性、降雨作用下各震级边坡的稳定性。

技术领域

本发明涉及地震工程及人工降雨模拟技术领域，重点涉及边坡地震降雨耦合工况下坡体稳定性分析。

背景技术

工程自然灾害常分为活断层与地震灾害、气象灾害、地表灾害、环境灾害等类型。我国位于环太平洋地震构造系与大陆地震构造系的交汇部位，地震灾害频繁且强烈。我国十个地震区中，东南沿海地震具有强度较大，频度较低的特点。同时，东南沿海受季风影响严重，雨季易出现极端降雨，因此东南沿海地区会出现极端降雨的地球外动力和大地震的地球内动力耦合作用下崩塌滑坡灾害风险、泥石流灾害风险、山地灾害链远程风险等地表灾害。

地震触发坡体内部应力变化，应变积累导致裂缝出现，进而诱发失稳。降雨触发坡内孔隙水压力变化，表层土重增大，雨水持续入渗导致坡表土体强度下降，进而诱发失稳。通过先解耦分析降雨和地震情况下的边坡稳定性变化，再耦合地震降雨的内外动力作用下的边坡稳定性变化有助于深入分析极端情况下边坡失稳的时空特性，有利于促进地灾害链远程风险评估研究。故需要研发一套地震及降雨情况下分析边坡稳定性的系统。

地震模拟和室内人工降雨技术是边坡稳定性研究的关键。地震模拟试验通常有拟静力试验、拟动力试验、振动台试验。三种试验都可研究岩土抗震性能，但拟静力加载三角波和慢速荷载，拟动力试验加载结构的响应波，振动台试验加载地震波。由于边坡研究模型体量过大，空间维度只能采用可用小比例缩尺模型的振动台加载地震波。天然降雨难以控制，故只能采用室内人工模拟降雨。室内人工降雨有降雨稳定，流量可控等优点。但如今室内人工降雨设备价格高昂，且适用范围较窄，无法与振动台模型相匹配。因此，本发明针对这些不足提出了改进与补充，将地震、降雨不同动力作用对边坡的作用结合至一个模型试验进行研究。

发明内容

本发明研发了一种研究降雨作用与地震作用下高陡边坡坡体稳定性的试验装置，通过室内人工降雨装置模拟不同的降雨(如降雨强度、降雨类型等)；通过单向电液伺服驱动式振动台装置模拟不同的地震(如地震波的类型、震级的大小等)。对由现场工点进行缩尺得到的边坡模型进行加载，通过坡内的加速度计、土压力盒、应变片、位移计监测边坡不同位置对内动力(地震波)的响应，通过含水率计、孔隙水压力计监测边坡不同位置对外动力(降雨)的响应。本发明将不同的动力作用布置在一个模型箱中，即通过这一个装置可分别研究内外动力作用(只研究降雨、只研究地震、同时研究降雨与地震耦合作用)，设备精良，条件可控，思维严谨，结果可靠，可进行重复操作，实用性强，为监测高陡边坡稳定性提供了一种高效、全面的方法。

为达到上述要求，本发明选择的技术方案如下所述：

坡体稳定性的研究系统包括缩尺模型制作装置、振动台加载装置、降雨装置、摄像装置、边坡动态响应采集装置。

所述缩尺模型制作装置，为固定于振动台上的用于放置缩尺模型的刚性框架；通过相似理论可由现场实际边坡缩尺计算得试验模型边坡尺寸，其中不同的土层颗粒参数性质、不同的土层厚度及坡度、不同的支挡结构物形式、不同的支挡结构物位置、不同的支挡结构物尺寸都可作为试验变量来进行试验。进而对不同变量进行高陡边坡稳定性的敏感性分析，实用性高；

所述缩尺模型制作装置由一个长方体的钢框架、钢框架的侧面与背部由高强度亚克力板填充所组成；

具体地，为了防止降雨过程中，雨水在框架与填充板缝隙中渗出，故在钢框架与高强度亚克力板的接头处使用丁基自粘防水胶带，并粘贴透明玻璃纸，使接缝处密封，不会渗水；