[发明专利]带锁固段滑坡堵江成坝机理的试验装置、控制方法及应用

说明书

本发明属于滑坡安全评估技术领域，公开了一种带锁固段滑坡堵江成坝机理的试验装置、控制方法及应用，所述带锁固段滑坡堵江成坝机理的试验装置设置有用于提供滑坡运动的平面，并固定岩块进行测力的滑坡模拟平台；用以对河流状态进行模拟的河流模拟平台；用以记录各个阶段的实验画面，并对水槽的流速进行测定的数据采集平台。滑坡模拟平台设置有滑动平台和锁固测量模块，锁固测量模块安装在滑动平台上端。本发明不仅对揭示高位滑坡成坝机理具有重要科学意义，而且能够为国家重大工程的规划、建设及运营中面临的高位滑坡堵江问题的防灾减灾工作提供科学依据。

技术领域

本发明属于滑坡安全评估技术领域，尤其涉及一种带锁固段滑坡堵江成坝机理的试验装置、控制方法及应用。

背景技术

目前，国内外研究现状及发展动态分析如下：滑坡启程剧发速度形成机理研究，斜坡岩土体滑坡前，在重力和其他外力作用下，往往导致基岩锁固段形成应力集中区，锁固段会以脆性剪断方式启动，与周围岩土体以一定初速度抛射而出，并可能造成下游的堵江成坝，形成堰塞湖。滑坡启程剧动机制一直是滑坡研究的热点和难点，在该方面的研究成果主要包括锁固段的存在、临床岩体的弹冲及峰残强降效应。在滑坡锁固段研究方面，滑面锁固段对岩质滑坡的抗剪稳定性起关键控制作用。进一步研究表明大型灾难性滑坡一般存在锁固段的应力集中和脆性破坏，其锁固段强度和变形对边坡整体稳定性具有重要影响。锁固段一般赋存于滑坡中部或前缘且具有不同的存在形式，据此锁固段型滑坡具有不同类型。在滑坡启程加速效应研究方面，高速滑坡启程剧动机制包括临床峰残强降加速效应、临床弹冲加速效应以及坡体波动振荡加速效应。

临床峰残强降加速效应(图3(a))认为在斜坡破坏前后，临床岩土体抗剪强度会出现显著“峰残差”，使得原有下滑力骤然释放导致滑坡体在启程滑动瞬间即具有较高的启程剧发速度；临床弹冲加速效应(图3(b))认为临床两侧岩体沿着滑床面瞬间剪断时，滑床上部岩体以“弹性冲动”的加速方式，骤然爆发沿滑面的滑动，形成并带动滑体，瞬间出现启程剧发速度；坡体波动振荡加速效应认为地震、爆破等外加的波动振荡通过斜坡形成了滑体的波动振荡，激发滑坡骤然而迅猛启动。在这三种加速效应的基础上，其他诸多学者对滑体启程剧发速度形成机理开展了进一步的理论与试验研究。例如，根据临床峰残强降加速动力学机理，应用断裂力学原理，通过对斜坡累进性破坏过程中锁固段岩体的剪断释能效应分析，推导了平面应力状态下峰残强降启程剧发速度公式。另外，滑体体积大小对滑坡启程剧发速度有较大影响，滑体体积越小则速度越明显，当体积小到一个岩块大小时，岩块就会像岩爆一样完全弹射出去。由此可见，许多学者在滑坡启程剧发速度形成机理及计算公式推导方面作出了重要贡献。然而，考虑到高山峡谷区工程地质环境的复杂性及真实地形三维效应，高位滑坡启程剧发速度形成机理仍有待进一步的研究探讨，启程剧发速度对滑坡运动特征以及滑坡成坝过程具有重要影响。

滑坡成坝机理研究，在高山峡谷区发育的滑坡往往易造成堵江而形成滑坡坝，不仅威胁着流域上下游人民生命财产安全，而且严重影响着区域内高速铁路、水能资源开发等国家重大工程的建设和运营。对于滑坡成坝机理的研究则相对较少，相关研究逐步从定性阶段到定量阶段发展。

滑坡成坝机理的定性研究，滑坡成坝机理的定性研究主要从地形地貌、滑坡特征、河道特征、河床水动力条件等方面对影响滑坡成坝的关键因素进行分析。滑坡堵江成坝的发生需要满足一定的地形地貌条件，发育在高山峡谷区高陡斜坡处的滑坡易堵江成坝，因为其能够提供斜坡岩土体能量和有效临空面的深切河谷地形，而且这些地方滑坡物源丰富，且由于河谷狭窄，堵江成坝所需的滑坡体积相对较少。同时，滑坡堵江成坝的发生也取决于滑坡体积、滑坡的滑速和入江类型、河谷宽度、河水流量和流速等因素。例如，根据滑坡下滑速度、主河道水流流量和速度以及主河道宽度三个方面因素的分析，胡卸文等详细分析了唐家山滑坡的堵江成坝机制。上述研究主要从定性角度探讨了滑坡成坝机理。考虑到滑坡成坝过程的复杂性，进行滑坡成坝机理的定量研究是十分有意义的。