[发明专利]模拟寒区露天采场边坡失稳的动态扰动试验机系统及方法

说明书

本发明公开了一种模拟寒区露天采场边坡失稳的动态扰动试验机系统及方法，属于寒区工程岩体失稳模型试验技术领域，系统包括底座、控制装置、可视冻融环境箱、加载装置、降雨加湿装置、图像采集装置以及分布式光纤监测装置，同时公开了基于上述系统的试验方法。采用上述一种模拟寒区露天采场边坡失稳的动态扰动试验机系统及方法，用于揭示降雨过程、冻融循环环境及爆破地震波耦合作用下采场边坡物理模型失稳过程，通过图像采集装置获取不同致灾环境下边坡失稳全时序图像，采场边坡物理模型内部埋设分布式光纤机构用于获取不同加载环境下边坡在不同部位的物理参量，为建立开采扰动作用下露天采场边坡失稳物理预测模型提供理论依据。

技术领域

本发明涉及寒区工程岩体动力失稳模型试验技术领域，尤其是涉及一种模拟寒区露天采场边坡失稳的动态扰动试验机系统及方法。

背景技术

寒区矿产资源的开采多以露天开采为主，露天金属矿开采过程中，温度周期性变化将诱发岩体冻融损伤，加速裂隙扩展与贯通，进而引起矿山岩体结构失效破坏。同时，因爆破地震波扰动、开挖卸荷扰动以及矿山岩体经冻融循环后，其稳定性影响因素较常温地区更为复杂。针对高海拔地区低温、低气压、冻融循环以及生态环境脆弱等特点，矿山开采条件差，边坡环境地质灾害灾变机理复杂，亟需研究露天矿山边坡开采过程中的渐进失稳过程，探究对爆破地震波在不同地质条件下的传播规律，揭示爆破震动对边坡稳定性的影响。

地质力学模型试验以其形象、直观、真实的特性成为研究高陡边坡非线性变形与破坏过程的重要手段，它对于发现新现象、探索新规律、揭示新机理和验证新理论，具有理论分析和数值模拟不可替代的重要作用。

露天矿开挖爆破时，爆源一定范围内的岩体受近场应力波强扰动的冲击作用，是一种典型的循环冲击动荷载。露天矿爆破生产过程中，在爆破应力波作用范围内，被压缩岩体向自由面方向扩张，使岩体受到拉伸作用，自由面附近岩体节理裂隙张开、扩散并产生新裂隙，主要表现为局部崩落和掉块，由于这种破坏是局部的，仅对台阶边坡影响大，而对整个边坡的稳定性不会有很大影响。在远区应力波演变为地震波，其振幅随距爆源距离增加而降低，周期变长，地震惯性力使岩体的原有裂隙、层理等扩张、错动，降低了岩体结构面的抗剪性能，减小了摩擦阻力,对边坡稳定性产生不利影响。针对岩体在地震波作用下的模型试验主要是根据相似原理采用缩尺地质模型进行研究，最为常见的是振动台模型试验、模爆器、爆坑、轻气炮、分离式霍普金森压杆冲击试验和落锤试验。然而，对于露天矿爆破振动对边坡的影响影响而言，岩体内部应力波传播形成的地震效应并不同于天然远场地震应力波对岩体的扰动效应，影响试验结果的准确性。

发明内容

本发明的目的是解决上述存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种模拟寒区露天采场边坡失稳的动态扰动试验机系统，包括底座、控制装置、可视冻融环境箱、加载装置、降雨加湿装置、图像采集装置以及分布式光纤监测装置，所述分布式光纤监测装置设置在采场边坡物理模型中，所述图像采集装置与所述可视冻融环境箱相对设置，所述可视冻融环境箱设置在底座上，所述采场边坡物理模型通过模型架设置在所述可视冻融环境箱内，所述可视冻融环境箱的顶部设置有降雨加湿装置的出水机构，所述可视冻融环境箱的底部连接有回水管，所述回水管与所述降雨加湿装置的循环机构相连接，所述循环机构安装在底座上，所述加载装置包括爆破地震波加载机构和静力加载机构，所述静力加载机构安装在模型架上并与所述采场边坡物理模型的顶部相对设置用于提供垂直应力的施加，所述爆破地震波加载机构设置在可视冻融环境箱的两侧用于提供震动波，所述可视冻融环境箱、所述加载装置、所述降雨加湿装置、所述图像采集装置以及所述分布式光纤监测装置均与所述控制装置电连接。

优选的，所述可视冻融环境箱包括箱架、透明侧板、制冷制热一体机以及交换管道，所述交换管道固定在箱架的内侧，所述箱架的顶部固定有制冷制热一体机，所述制冷制热一体机与所述交换管道相连接，所述透明侧板安装在箱架的两侧，所述制冷制热一体机与所述控制装置电连接。