[发明专利]模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置及位移监测方法

说明书

本发明公开一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置及位移监测方法，包括反力架，所述反力架内侧与固定框外侧固定连接，所述固定框内侧与加载板外侧配合，所述反力架内侧还横向设有与加载板外侧配合的液压千斤顶，所述加载板内侧填筑的模型材料中布置有光纤光栅位移传感器；本发明可以用于高山峡谷地区高陡岩质边坡开挖卸荷导致的岩体内位移和变形演化规律相关研究。

技术领域

本发明涉及高陡边坡开挖卸荷物理模型试验领域，具体地指一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置及位移监测方法。

背景技术

随着我国的航运需求不断增大，不可避免地需要在高地应力的高山峡谷地区修建水利水电工程和通航建筑物，这就会形成大量边坡，国内外很多学者、专家通过地质力学物理模型试验对高山峡谷地区通航建筑物高陡边坡开挖卸荷进行了研究，取得了丰硕的成果。袁大祥等制作了节理岩体地质力学模型并进行相关试验，研究了高陡边坡开挖过程中岩体内部的时效变形。唐红梅等通过模型试验研究岩质高边坡在开挖过程中的应力变化情况，提出岩质边坡安全监测优化方案。

当前取得了很多研究成果，但少有开展考虑高地应力的岩质边坡开挖卸荷模型试验，使用传统方法在高陡边坡开挖过程中对其岩体内位移监测难度大，传感器体积大对试验会产生影响，对位移的监测大都是间接监测，精度不够高，高地应力条件下传感器容易损坏，无法进行连续多点监测，导致岩体内的应力位移和变形演化规律的研究滞后。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置及位移监测方法，以用于高山峡谷地区高陡岩质边坡开挖卸荷导致的岩体内位移和变形演化规律相关研究。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种模拟高陡边坡开挖卸荷的模型试验装置，包括反力架，所述反力架内侧与固定框外侧固定连接，所述固定框内侧与加载板外侧配合，所述反力架内侧还横向设有与加载板外侧配合的液压千斤顶，所述加载板内侧填筑的模型材料中布置有光纤光栅位移传感器。

优选地，所述光纤光栅位移传感器的光纤表面套设固定有多个法兰盘，每相邻两个法兰盘之间的光纤表面套设有螺纹套筒，所述螺纹套筒上设有与其螺纹配合的调节螺母，所述调节螺母与法兰盘之间设有压缩弹簧。

优选地，所述光纤内部设有多段光栅，每段光栅对应的光纤表面均设置有法兰盘。

优选地，所述反力架为底部封闭，顶部开放的长方体箱体结构，反力架每一内侧均横向设有液压千斤顶，固定框为长方体框架结构，固定框每一内侧均与一块加载板外侧配合，四块加载板围合形成长方体区域，互相接触的两块加载板之间还竖向设有挡条。

优选地，所述固定框内侧与连接杆一端固定连接，所述连接杆另一端与U型板外侧固定连接，所述U型板两侧开设有用于穿设插销的通孔，所述插销与限位环滑动配合，所述限位环通过固定杆与加载板外侧固定连接。

优选地，所述液压千斤顶的缸体部分与安装槽配合，所述安装槽固定于反力架内侧，所述加载板外表面还固定有多根传力钢条，多根传力钢条形成米字形，液压千斤顶的伸缩端正对多根传力钢条的交叉点处；所述反力架顶部还设有吊耳。

另外，本发明还公开上述模拟高陡边坡开挖卸荷的试验装置的位移监测方法，它包括如下步骤：

Step1：选取合适的平整场地，将反力架吊装至指定位置，再将固定框置于反力架内并与其固定连接，固定框内侧分别设置四块加载板，四块加载板围合形成填筑区域；

Step2：在填筑区域内制作所模拟的高陡边坡的模型材料，从下往上分层制作模型，每层模型制作完成时，依照提前设计好的监测点位挖好用于埋设法兰盘的凹槽；

Step3：将光纤光栅位移传感器的相应段设于该层模型表面，并将与光纤表面固定连接的法兰盘埋设于该层模型表面的凹槽内，转动调整螺纹套筒上的调节螺母，使得压缩弹簧受压而使得每相邻的两个法兰盘拉紧该区域的光纤，从而给光纤施加一定预张力；