滑坡模拟系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及±木工程，尤其设及一种滑坡模拟系统。
【背景技术】
[0002] 滑坡是指含有不稳定岩±体的山体斜坡或人工边坡，受到±壤营类型、地形地貌 等内部因素W及将于、人类活动和各种振动等外部因素的综合影响，失去自身平衡，在自重 作用下沿着一定的软弱面或软弱带，部分或全部岩±体顺坡产生滑动的不良地质现象，是 地球上广泛存在着的一种地质灾害。滑坡的发生常常具有突发性、高频性、破坏性的特点， 是目前公认的仅次于地震的第二大自然灾害，也是人类面临的范围最广、破坏最重和时间 最长的地质灾害之一，我国幅员迂阔，地质构造复杂多样，地形地貌反差很大，气候环境变 化大，我国已经发生滑坡灾害和可能发生滑坡灾害的区域约占全国陆地面积的1/5到1/4。 据统计，2014年全国主要在29个省（自治区、直辖市）发生了地质灾害，此外，滑坡灾害发 生的次数和规模随着国民经济的发展和大型工程的建设有逐年增大的趋势。
[0003] 滑坡的研究方法主要有：现场勘察与监测、室内模型试验、数值模拟分析等。相比 较而言，现场监测最准确，但由于距离远、实施难度较大、数据采集不便、需要消耗的人力、 物力和时间也较多；对滑坡进行数值模拟分析，实施最简单、消耗的人力、物力和时间最少， 但该方法往往需要建立简化的模型，假定很多理想的参数，在理想状态下进行，与边坡的实 际情况有一定的差异。滑坡室内模型试验能够较好地模拟现场岩±体参数，实施难度和耗 费的人、财、物也较现场监测小，试验数据也易于采集，所得的实验结果也较为可靠，故而模 型试验为广大研究和工程技术人员用于滑坡的研究中。
[0004] 基于钻孔的滑坡监测方法是滑坡监测最有效的方法之一。测斜仪、基于同轴电缆 的TDR技术、基于复合光纤装置等都是基于钻孔的监测方法。将光纤传感技术应用在滑坡 监测中，主要是通过测量由坡体的滑动致使光纤的光学参数产生改变来实现的，对于钻孔 的布设形式，根据现场情况，一般认为有垂直孔和斜孔两种形式。所谓的垂直孔，是指钻孔 近乎垂直于滑移面；所谓斜孔，是指钻孔与滑移面有较大的倾角，但目前没有一种滑坡模拟 的方法能够深入的模拟更真实的±坡滑动情况。
【发明内容】
阳0化]有鉴于此，本发明提供一种滑坡模拟系统，W解决上述问题。
[0006] 本发明提供的滑坡模拟系统，包括模型箱、设置于模型箱内的用于模拟滑坡的滑 坡模型、用于所述对滑坡模型施加荷载使滑坡模型产生滑动的加载装置和用于检测滑坡滑 动的监测模块；
[0007] 所述滑坡模型包括滑床、滑移面W及设置在滑移面上并形成具有坡顶和边坡结构 的±体，所述滑移面表面经过降低摩擦系数处理，所述滑移面设置有钻孔。
[0008] 进一步，所述加载装置包括承压板I和堆载材料，所述堆载材料通过承压板I将 荷载均匀传递给滑坡模型。
[0009] 进一步，所述加载装置包括承压板II和千斤顶，所述千斤顶通过承压板II将荷载 传递给滑坡模型。
[0010] 进一步，所述加载装置包括承压板I、承压板II、堆载材料和千斤顶，所述千斤顶 通过承压板II将荷载传递给堆载材料，所述堆载材料通过承压板I将荷载均匀传递给滑坡 模型。
[0011] 进一步，所述加载装置还包括模拟降雨模块，所述模拟降雨模块包括用于控制降 雨速度和降雨量的降水装置。
[0012] 进一步，所述监测模块包括用于获取滑坡发生时滑坡模型的运动及变形信号的复 合光纤装置和用于监测滑移面表面运动位移的位移监测装置，所述位移监测装置为光纤光 栅剪切位移测量装置。
[0013] 进一步，所述边坡由对模型箱进行分层巧实填筑，至填满模型箱后经过削坡形成。
[0014] 进一步，所述钻孔在滑坡模型的滑床成型后钻削加工而成或在滑床内预埋套管形 成。
[0015] 进一步，所述滑移面表面覆有抹面层，所述抹面层上覆盖有用于减少摩擦系数的 隔板，所述滑移面为斜面或根据条分法设置的圆弧形状曲面。
[0016] 进一步，还包括围护装置和防护栏，所述围护装置固定于模型箱两个侧面，所述防 护栏为用于保证堆载安全和承担荷载的反力架。
[0017] 本发明的有益效果：本发明提供的滑坡模拟系统，可W根据实际需要，选择=种不 同的加载方案，并对滑移面进行了减小摩擦系数处理，提高了监测效果，在满足试验效果的 前提下，降低了模型的高度，减少用±量，使试验实施更加方便。
【附图说明】
[0018] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
[0019] 图1是本发明的坡肩位移与加载量的关系示意图。
[0020] 图2是本发明的光纤损耗与荷载关系图。
[0021] 图3是本发明的试验坡肩水平位移与光纤损耗关系图。
[0022] 图4是本发明的结构示意图。
[0023] 图5是本发明的位移监测装置的光栅粘贴方式示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：图1是本发明的坡肩位移与加载 量的关系示意图，图2是本发明的光纤损耗与荷载关系图，图3是本发明的试验坡肩水平位 移与光纤损耗关系图，图4是本发明的结构示意图。
[00巧]如图1、2、3、4所示，本实施例中的滑坡模拟系统，包括模型箱、设置于模型箱内的 用于模拟滑坡的滑坡模型、用于所述对滑坡模型施加荷载使滑坡模型产生滑动的加载装置 和用于检测滑坡滑动的监测模块；
[00%] 所述滑坡模型包括滑床、滑移面W及设置在滑移面上并形成具有坡顶和边坡结构 的±体，所述滑移面3表面经过降低摩擦系数处理，所述滑移面设置有钻孔2。
[0027] 在本实施例中，通过=次不同的实验，对实验结果进行统计可W发现，滑移面的摩 擦系数对滑坡产生所需的荷载值影响很大，第1、2次试验是同一个滑移面，但是第1次试验 没有成功，而在削掉近50%的±体再次进行的第2次试验成功；第3次试验对滑移面进行 处理后仍然按第1次试验构筑了边坡模型，但其滑动破坏所需的荷载与第2次相近。因此， 可W说明对于有预设滑移面的模型试验，其摩擦系数是决定边坡滑动所需荷载值的关键 因素，因此，在本实施例中，对滑移面进行处理，减少滑移面的摩擦系数在进行滑坡模拟实 验中，钻孔的灌浆饱满程度决定了其将滑坡体荷载传递给COFT(Combinedopticalfiber trans化cer，复合光纤装置）的效果。其中，COFT采用光纤与基材组合成为长方体，埋设于 钻孔2,钻孔2可W采用斜孔，也可W采用垂直孔，当需要用灌浆机进行灌浆时，垂直孔的 灌浆要比斜孔方便、饱满，为了一次放置更多的钻孔，本实施例中的模型箱采用净长为4. 5 米，净宽为2米，净高为1. 7米。考虑到模型实验装置要重复使用，模型箱采用锻锋钢管制 成。对于复合光纤装置的埋设位置，为了使监测效果更加理想，需要在边坡发生破坏的过程 中，复合光纤装置随着±体的滑动而被剪断，因此需要在复合光纤装置上部的滑动±体尽 量多，增加±体的重量，进而增大模型箱的尺寸。
[002引在本实施例中，使用了 3种加载方案，S种加载方案各有利弊，应综合考虑实际情 况选用合适的加载方案。包括1.包括承压板I1和堆载材料，所述堆载材料通过承压板 I1将荷载均匀传递给滑坡模型。2.包括承压板II和千斤顶，所述千斤顶通过承压板II将 荷载传递给滑坡模型。3.包括承压板I1、承压板II、堆载材料和千斤顶，所述千斤顶通过 承压板II将荷载传递给堆载材料，所述堆载材料通过承压板I1将荷载均匀传递给滑坡模 型。由于堆载材料的存在，为保证堆载块的荷载均匀地传递给模型±体，也避免堆载块刺破 模型±体，在±体与堆载块之间铺放承压板I1。为保证千斤顶荷载能均匀地传递给堆载材 料，在堆载材料与千斤顶之间铺放承压板II。考虑到千斤顶底座对承压板的局部应力集中， 在承压板上布设了钢管，在每个千斤顶底座处加焊了一块增强钢板。
[0029] 在本实施例中，加载装置还包括模拟降雨模块，模拟降雨模块包括用于控制降雨 速度和降雨量的降水装置，降水装置可W采用设置在模型箱顶部的分布式水管，也可W采 用其他的方式来模拟降雨。
[0030] 根据加载量的大小、形式和反力架的高度，可W选用不同的加载方案，各加载方案 的对比如表1所示：
[0031]
w巧表1
[0033] 在本实施例中，钻孔2最好采用滑床5成型后用钻孔的方式成型，但如果钻孔2不 便，可采用在滑床5内预埋套管的方式进行，对预埋套管的方法，考虑到斜孔的重复使用， 可W在预埋前先将套管外表面涂黄油，再用2mm厚塑料膜包裹；搁筑滑床时套管外包裹的 水泥砂浆厚度不小于2cm，在砂浆初凝后转动套管W减少砂浆的粘结力。
[0034] 在本实施例中，边坡由对模型箱进行分层巧实填筑，至填满模型箱后经过削坡形 成。优选的，在模型箱内分层巧实的方式进行填筑时，每层±厚20cm。填满模型箱后，再按 坡角要求进行削坡。静置回填± 2天后，再放入C0FT，C0FT的截面尺寸、材质、编号如表2 示。本实施例的试验中边拔锻锋钢管、边灌浆，灌浆材料为1:5水泥砂浆。待灌浆体养护3 天后进行加载，开始试验。表2中的C0FT中用的〇1、02 (内径0. 7mm、1. 7mm)毛细钢管， 光纤为单模光纤SMF
[0035]
[0036] 表 2
[0037] 在本实施例中，还对斜孔进行了实验，滑移面是水泥砂浆表面。由于斜孔的水平倾 角很小，采用了压力灌浆机进行灌浆。为保证滑坡的产生，共进行了两次试验。
[0038] 第一次试验：
[0039] 采用砂±堆载的方式进行加载。沙袋为预先做成50Kg/包的标准包。在堆的过程 中，为增加堆载量，采用逐层悬挑的方式堆载，最终堆了 90包沙袋，但几乎没有监测到边坡 的变形。后来换用千斤顶加载，当荷载加到80KN时，试验监测数据也只有微小的变化。
[0040] 第二次试验：
[0041] 考虑到滑床摩擦系数太大，试验用的±体较多，在第一次试验模型的基础上，将 边坡±体削掉1米，仍然用千斤顶加载，加载量依次为5kN，10kN，20kN，30kN，40kN，60kN， 80kN，lOOkN，120kN，1