[发明专利]一种制作复杂反倾边坡模型的方法及试验装置

说明书

本发明公开了一种制作复杂反倾边坡模型的方法及试验装置，步骤是：A、设计边坡模型，将石膏、铁砂、石英砂、水按照质量比预制；B、在模型箱的四周涂抹润滑剂，安装有机玻璃块；C、使模型箱旋转到一定角度，该角度使得边坡中岩层水平，便于制备土层；D、拆下模型箱右侧的有机玻璃板，进行岩层和土层的安装和制备；E重新装上模型箱右侧的有机玻璃板后，将模型箱恢复水平；F、从上而下，依次移除模型箱内的有机玻璃块，完成制作。装置包括试验框架、操作面板、发动机、配重、模型箱、固定支座、钢丝绳、定滑轮、砂石箱、转轮、滑轨、有机玻璃板和有机玻璃块。简单易行，制作过程方便快捷，构造简单，能够制作出更贴合实际的反倾边坡模型。

技术领域

本发明属于属于边坡工程领域，更具体涉及一种制作复杂反倾岩质边坡的方法，同时还涉及一种制作复杂反倾岩质边坡的试验装置，它适用于制作反倾岩层和土层共同存在的反倾边坡模型。

背景技术

反倾边坡是层状边坡中的一种，常常伴随着深层倾倒破坏。以往在对这类边坡的稳定性分析中，都是将其简化为等厚的岩质边坡。然而在自然界中，由于风化和构造运动等地质作用的影响，反倾边坡中可能存在风化程度高的土层。在土层的影响下，反倾边坡容易产生次生倾倒破坏，另外土层在边坡中的相对位置不同时，次生倾倒的破坏模式并不相同。目前针对这类破坏的研究较少，因此需要提出一种制作复杂反倾边坡模型的试验装置，通过物理模型试验探究次生倾倒的破坏过程和机理。

根据专利文献调研，专利号为CN201910675036.2的文献提出了一种适用于只有岩层的反倾岩质边坡制作方法。该方法中采用千斤顶控制模型箱的转动，转动角度很难达到70°以上，所以设计的反倾边坡中岩层倾角一般较小。另外在该方法中，需要在模型箱内非反倾边坡的部分铺设河沙，在其余部分添加相似材料，然后用小型振动板压实并进行养护。但是河沙和相似材料往往有不同的密度和变形模量，所以很难保证相似材料压实均匀。当岩层数量较多时，逐层浇筑，压实和养护的时间就会越多，时间成本高。因此设计一种制作复杂反倾边坡模型的试验装置十分重要。

发明内容

本发明提供了一种复杂反倾岩质边坡的制作方法，解决和部分解决了现有技术无法制作岩石和土层同时存在的反倾边坡模型，制作的边坡模型更加贴合工程实际。此外该方法简单易行，制作过程方便快捷，不仅能够保证土层的均匀性和岩层的强度，而且岩层的预制缩短了模型制作的时间。

本发明的另一个目的是在于提供了一种制作复杂反倾边坡模型的试验装置，该装置结构简单合理，使用方便，通过操作面板即可控制模型箱整体转动和砂石箱的运动，大大降低了操作难度，保证了复杂反倾边坡的完成，为进一步揭示复杂反倾边坡的失稳破坏机理提供先决条件。

为了实现上述目的，本发明采取以下措施：

一种制作复杂反倾边坡模型的方法，其步骤是：

(1)根据设计的边坡模型，按照尺寸，将石膏、铁砂、石英砂、水按照质量比为34:46:5:15的比例制备岩层，制备过程为：将石膏粉，铁砂和石英砂按照比例混合均匀后加入水搅拌直到混合粉料搅拌成粘稠流体，迅速将粘稠体装至模具中，将放入相似材料的模具放至震动台上震出气泡直到粘稠体凝固，十分钟后再拆模。最后将试块放至烤箱中，烘干一周后取出；当土层为砂土层，将准备的砂体材料放置在砂石箱中，砂体材料数量应能够满足模型设计需求；若土层为黏土层，预先通过击实试验确定含水量和土层密度的关系，将土体烘干后碾碎，根据所需土层密度加水，使其满足相应的含水率条件后，搅拌均匀，试验前养护12h；

(2)在模型箱的四周涂抹润滑剂(市场上购置)，减小模型与箱体的摩擦。同时安装好边坡模型制作所需的有机玻璃块，根据以下力矩平衡公式计算钢丝绳所需的拉力T₉，根据拉力T₉的大小放置配重块。