一种测试崩滑体对建筑物冲击作用的模拟实验系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种测试崩滑体对建筑物冲击作用的模拟实验系统及方法，该模拟实验系统包括崩滑体模拟件、模拟崩滑体轨迹的滑槽装置、设置在滑槽装置的下方，且用于支撑滑槽装置的支撑装置，建筑物模拟装置和记录装置；滑槽装置包括滑槽本体和位于其上的滑面，滑槽本体包括自左而右依次连接的第一斜滑槽、第二斜滑槽和水平滑槽；滑槽装置与水平面具有夹角、崩滑体模拟件设置在位于第一斜滑槽的滑面上，位于第一斜滑槽的滑面上设有用于阻挡崩滑体模拟件下滑的挡板；建筑物模拟装置设置在第二斜滑槽上。滑面与滑槽装置可拆卸连接，因此，可以将滑面设置为不同的材质，从而更有利于研究和模拟不同地质中，崩滑体对地面建筑物冲击作用的大小。
【专利说明】一种测试崩滑体对建筑物冲击作用的模拟实验系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种模拟实验系统和方法，具体指一种测试崩滑体对建筑物冲击作用 的模拟实验系统及方法。
【背景技术】
[0002] 滑坡体是一种突发性地质灾害，其体积大、速度快和运动距离远，往往会引发灾难 性事故，例如1903年加拿大Frank滑坡，4X 107m3的碎屑在30 S内运动了 2. 5 km，造成 超过10000人遇难。我国西南山区也是滑坡体多发地区，华蓥溪口、头寨沟、鸡尾山以及汶 川地震触发的牛圈沟、文家沟、东河口、大光包等滑坡体均造成重大的人员、财产损失。滑坡 体的概念1882年由Heim命名碎屑状、高速、远程、流态化的Elm滑坡类型时首次提出， 之后100余年学者们提出了很多种经验性的假设来解释滑坡的高速远程机制。
[0003] 近几十年里国内外学者包括 Manzel 1、Okura、Anjia、Ugai、Zhou、Valentino 等对 其进行了大量的现场调查、室内实验，却对其运动机制知之甚少，准确预测其致灾范围还非 常困难。他们中间具有代表性的观点主要有3类：（1)滑坡体内碎屑的孔隙被空气、粉尘、 水等流体介质充填，降低了滑坡与滑床的作用；（2)滑坡体内部碎屑通过碰撞进行能量传 递，使得前端碎屑的运动距离更远；（3)滑坡在消散压力的作用下体积膨胀，碎屑间距离增 大，粒间作用减弱。
[0004] 针对上述三种观点，业界人士做了很多相关的实验，虽然这些实验虽然为滑坡体 的发展做出了很大的贡献。但是仍然存在一定程度的限制或不足，主要为：（1)模拟山体滑 坡的滑坡面都为同一种滑坡面，缺少对照组。（2)研究山体滑坡对建筑物的危害程度时，缺 少和没有建筑物的情况下，山体滑坡对建筑物冲击影响范围作为空白对照，不能准确反应 山体滑坡对建筑物冲击地质灾害影响范围的大小。（3)研究山体滑坡体对建筑物的危害程 度时，缺少通过改变建筑物离滑坡山体的距离和建筑物的分布格局，来研究建筑物的建造 地点和建筑物的分布对山体滑坡对建筑物冲击造成的地质灾害的影响程度。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的上述问题，本发明的一个目的是提供一种测试崩滑体对建筑 物冲击作用的模拟实验系统。
[0006] 另一个目的是利用上述系统测试崩滑体对建筑物冲击作用的方法，进而根据该方 法确定可以进行建筑物建设的安全位置。
[0007] 为实现上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：一种测试崩滑体对建筑物冲 击作用的模拟实验系统，其特征在于：包括崩滑体模拟件、模拟崩滑体轨迹的滑槽装置、设 置在滑槽装置的下方，且用于支撑滑槽装置的支撑装置，建筑物模拟装置和记录装置；所述 滑槽装置包括滑槽本体和位于滑槽本体上方，且与滑槽本体可拆卸连接的滑面；所述滑槽 本体包括自左而右依次连接的第一斜滑槽、第二斜滑槽和水平滑槽，其中，第一斜滑槽和第 二斜滑槽分别与水平面具有大于零的夹角；所述崩滑体模拟件设置在位于第一斜滑槽的滑 面上，位于第一斜滑槽的滑面上设有用于阻挡崩滑体模拟件下滑的挡板；所述建筑物模拟 装置包括固定件和滑动件，所述固定件为U形结构，该U形结构的开口朝向第一斜滑槽，固 定件的底部固定连接在第二斜滑槽上，滑动件设置在固定件的左侧，滑动件可沿U形结构 的固定件的两条平行侧壁滑动；所述记录装置包括计时器、第一高清照相机和测力器；所 述第一高清照相机通过第一照相机固定架安装，且位于滑槽装置的上方，第一高清照相机 的镜头朝向测力器和计时器的数显部分，所述测力器的检测端通过活塞杆与滑动件连接。
[0008] 作为优化，所述记录装置还包括第二高清照相机和第一高清摄像机；所述第二高 清照相机通过第二高清照相机固定架安装，且位于滑槽装置的上方，第二高清照相机的镜 头朝向测力器和计时器的数显部分；第一高清摄像机通过第一高清摄像机固定架安装，且 位于滑槽装置的上方，第一高清摄像机的镜头朝向滑槽装置。
[0009] 为实现上述第二目的，本发明采用如下技术方案：一种测试崩滑体对建筑物冲击 作用的方法，采用上述的测试崩滑体对建筑物冲击作用的模拟实验系统；具体步骤如下： 步骤1 :通过调整支撑装置，设置第一斜滑槽和第二斜滑槽相对于水平面的夹角； 步骤2 :设滑槽装置包括I个滑道，每个滑道位于第二斜滑槽的部分上，均设有J排建 筑物模拟装置，设相邻两排建筑物模拟装置中固定件的间距为L ; 步骤3 :打开记录装置，设置第一高清照相机和第二高清照相机连续拍照的间隔，用力 快速抽走挡板，崩滑体模拟件沿滑道从第一斜滑槽向第二斜滑槽滑动； 设i表示滑道数，i=l，2, 3…I，j表示建筑物模拟装置的排数，j=l，2, 3…J，p表示建 筑物模拟装置的数，P=l，2, 3…P，k表示实验次数，k=l，2, 3…K，s表示建筑物模拟装置距第 一斜滑槽与第二斜滑槽连接处的距离，s的最大取值为S ; 51 :令 k=l, i=l, j=l, s=a ; 52 :选取第一高清照相机拍摄的位于时间tstart与t6nd之间，测力器和计时器数显部分 的读数，然后，以时间为横坐标，以受力为纵坐标绘制建筑物模拟装置的受力曲线；tstart表 示崩滑体与建筑物模拟装置Pu中的滑动体接触的时刻，tmd表示崩滑体与建筑物模拟装置 Pij中的滑动体分离的时刻； 53 :令 k=k+l ; 54 :当k彡K时，返回步骤S2,当k > K时，执行步骤S5; 55 :对建筑物模拟装置Pi」对应的k条受力曲线上，每个时间点所对应的受力值求平均， 得到建筑物模拟装置Pij在每个时间点上的平均受力，然后，再以时间为横坐标，以受力值 为纵坐标绘制建筑物模拟装置Pu的平均受力曲线； 56 :令 i=i+l, j=j+l ; 57 :当i彡I或j彡J时，返回步骤S2, i > I或j > J时，执行步骤S8; 58 :计算每个建筑物模拟装置Pu对应的平均受力曲线上，各个点的切线的斜率，然后， 根据公式（A)，计算每条平均受力曲线上所有点的切线的斜率之和，并选出平均受力曲线上 所有点的切线的斜率之和最小的一条平均受力曲线，将该条平均受力曲线记为标志受力曲
【权利要求】
1. 一种测试崩滑体对建筑物冲击作用的模拟实验系统，其特征在于：包括崩滑体模拟 件、模拟崩滑体轨迹的滑槽装置、设置在滑槽装置的下方，且用于支撑滑槽装置的支撑装 置，建筑物模拟装置和记录装置； 所述滑槽装置包括滑槽本体和位于滑槽本体上方，且与滑槽本体可拆卸连接的滑面； 所述滑槽本体包括自左而右依次连接的第一斜滑槽、第二斜滑槽和水平滑槽，其中，第 一斜滑槽和第二斜滑槽分别与水平面具有大于零的夹角； 所述崩滑体模拟件设置在位于第一斜滑槽的滑面上，位于第一斜滑槽的滑面上设有 用于阻挡崩滑体模拟件下滑的挡板； 所述建筑物模拟装置包括固定件和滑动件，所述固定件为U形结构，该U形结构的开口 朝向第一斜滑槽，固定件的底部固定连接在第二斜滑槽上，滑动件设置在固定件的左侧，滑 动件可沿U形结构的固定件的两条平行侧壁滑动； 所述记录装置包括计时器、第一高清照相机和测力器；所述第一高清照相机通过第一 照相机固定架安装，且位于滑槽装置的上方，第一高清照相机的镜头朝向测力器和计时器 的数显部分，所述测力器的检测端通过活塞杆与滑动件连接。
2. 如权利要求1所述的测试崩滑体对建筑物冲击作用的模拟实验系统，其特征在于： 所述记录装置还包括第二高清照相机和第一高清摄像机； 所述第二高清照相机通过第二高清照相机固定架安装，且位于滑槽装置的上方，第二 高清照相机的镜头朝向测力器和计时器的数显部分；第一高清摄像机通过第一高清摄像机 固定架安装，且位于滑槽装置的上方，第一高清摄像机的镜头朝向滑槽装置。
3. -种测试崩滑体对建筑物冲击作用的方法，其特征在于：利用权利要求2所述的测 试崩滑体对建筑物冲击作用的模拟实验系统；具体步骤如下： 步骤1 :通过调整支撑装置，设置第一斜滑槽和第二斜滑槽相对于水平面的夹角； 步骤2 :设滑槽装置包括I个滑道，每个滑道位于第二斜滑槽的部分上，均设有J排建 筑物模拟装置，设相邻两排建筑物模拟装置中固定件的间距为L; 步骤3 :打开记录装置，设置第一高清照相机和第二高清照相机连续拍照的间隔，用力 快速抽走挡板，崩滑体模拟件沿滑道从第一斜滑槽向第二斜滑槽滑动； 设i表示滑道数，i=l，2, 3…I，j表示建筑物模拟装置的排数，j=l，2, 3…J，p表示建 筑物模拟装置的数，P=l，2, 3…P，k表示实验次数，k=l，2, 3…K，s表示建筑物模拟装置距第 一斜滑槽与第二斜滑槽连接处的距离，s的最大取值为S; 51 :令k=l,i=l,j=l,s=a; 52 :选取第一高清照相机拍摄的位于时间tstart与t6nd之间，测力器和计时器数显部分 的读数，然后，以时间为横坐标，以受力为纵坐标绘制建筑物模拟装置的受力曲线；tstart表 示崩滑体与建筑物模拟装置中的滑动体接触的时刻，tmd表示崩滑体与建筑物模拟装置 Pu中的滑动体分离的时刻； 53 :令k=k+l; 54 :当k彡K时，返回步骤S2,当k>K时，执行步骤S5; 55 :对建筑物模拟装置Pij对应的k条受力曲线上，每个时间点所对应的受力值求平均， 得到建筑物模拟装置Pij在每个时间点上的平均受力，然后，再以时间为横坐标，以受力值 为纵坐标绘制建筑物模拟装置的平均受力曲线； 56 :令i=i+l,j=j+l; 57 :当i彡I或j彡J时，返回步骤S2,i>I或j>J时，执行步骤S8; 58 :计算每个建筑物模拟装置对应的平均受力曲线上，各个点的切线的斜率，然后， 根据公式（A)，计算每条平均受力曲线上所有点的切线的斜率之和，并选出平均受力曲线上 所有点的切线的斜率之和最小的一条平均受力曲线，将该条平均受力曲线记为标志受力曲 线.
其中，式（A)中Rpn表示第p个建筑物模拟装置对应的平均受力曲线上第n个点的切线 的斜率，N表示第p个建筑物模拟装置对应的平均受力曲线上点的总数； 59 :s-s+& ; 510 :当S彡S时，返回步骤S2,当s>S时，执行步骤S11; 511 :选取所有标志受力曲线中值最小的一个条，该条标志受力曲线对应的建筑物模拟 装置的位置则为崩滑体冲击作用最小的位置。
【文档编号】G01M7/08GK104406760SQ201410718030
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】杨海清, 谢强, 王桂林, 徐富杰, 蓝一凡, 程俊飞, 周小平 申请人:重庆大学