[发明专利]一种高陡岩体崩塌机制的物理模型试验系统及方法

摘要

本发明公开了一种高陡岩体崩塌机制的物理模型试验系统和方法，该系统包括崩塌试验模型、试验承台、人工反力装置和测试设备；崩塌试验模型放置在试验承台上，人工反力装置设置在崩塌试验模型的上端；在崩塌试验模型底部区域与试验承台结合面、崩塌试验模型底部区域与上部区域结合面分别布设压力传感器；在崩塌试验模型上方和侧面安装激光传感器；在崩塌试验模型底部区域的中间部位设置声波换能器，连接声波测试仪用以监测波速变化；在崩塌试验模型的底部区域和上部区域分别安装用以监测崩塌试验模型崩塌失稳的动态全过程的高速摄像机。本发明填补了目前高陡岩体崩塌模型试验的空白，可为高陡岩体崩塌灾害防灾减灾提供重要数据支撑。

主权项

1.一种高陡岩体崩塌机制的物理模型试验系统，其特征在于，包括崩塌试验模型(1)、试验承台(2)、人工反力装置(3)和测试设备(4)；所述崩塌试验模型(1)放置在试验承台(2)上，所述人工反力装置(3)设置在崩塌试验模型(1)的上端；所述测试设备(4)包括压力传感器(4.1)、激光传感器(4.2)、声波换能器(4.3)、声波测试仪(4.4)和高速摄像机(4.5)；崩塌试验模型(1)为模拟高陡岩体且高径比为3:1的长方体，其试验相似比设为1:50；所述崩塌试验模型(1)划分为底部区域(1.1)和上部区域(1.2)两部分，底部区域(1.1)用以模拟高陡岩体的压裂溃屈区，上部区域(1.2)用以模拟高陡岩体中上部的自重荷载区；在崩塌试验模型(1)底部区域(1.1)与试验承台(2)结合面、崩塌试验模型底部区域(1.1)与上部区域(1.2)结合面分别布设压力传感器(4.1)；在崩塌试验模型(1)上方和侧面安装激光传感器(4.2)；在崩塌试验模型底部区域(1.1)的中间部位设置声波换能器(4.3)，所述声波换能器(4.3)连接声波测试仪(4.4)用以监测波速变化；在崩塌试验模型(1)的底部区域(1.1)和上部区域(1.2)分别安装用以监测崩塌试验模型(1)崩塌失稳的动态全过程的高速摄像机(4.5)；根据测试工况，分别采用不同的规则块体来组合为模拟岩体的崩塌试验模型(1)，通过调整块体大小、强度以及组合方式模拟高陡岩体上强下弱的强度差异及自然界中岩体内部节理裂隙的差异分布；不同的规则块体包括长方体、正方体和三棱柱；所述崩塌试验模型(1)包括一组水平层理、一组垂直节理、一组45°斜节理或一组45°/135°共轭节理；在试验前、加载过程中和失稳临界状态三个重点受力阶段分别对崩塌试验模型(1)底部区域(1.1)开展超声直达波声波测试，测试位置设在底部区域(1.1)的中间部位，获取底部区域(1.1)关键部位的波速变化数据，以反演模型的物理力学性态；在崩塌试验模型(1)上方设置人工反力装置(3)，通过试验承台逐级加载，直至崩塌试验模型发生失稳破坏。