专利名称：用于地表及地下水作用下边坡采动模型试验装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种边坡试验装置，尤其涉及一种用于地表及地下水作用下边坡采动模型试验装置。
背景技术：
随着我国岩土工程的蓬勃发展，边坡问题已成为工程界普遍面临的问题，边坡是指岩体、土体在自然重力作用或人为作用下而形成一定倾斜度的临空面，边坡的分类有多种，按成因分类，可分为人工边坡和自然边坡；按地层岩性分类，可分为土质边坡和岩质边坡；按使用年限分类，可分为永久性边坡和临时性边坡。
对边坡的影响因素中，不同荷载条件下边坡稳定性分析是十分必要的研究方向，边坡的模型试验中，往往遇到较高的地应力，单纯的土体自重模拟难以实现，而且对地下水的模拟不多，实验结束后水体排出较为麻烦，影响实验效率；采动诱发边坡失稳的实验更是少见，且无法对综合作用下的边坡破坏做出合理的分析和解释，缺乏高效性、准确性及实用性。发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种用于地表及地下水作用下边坡采动模型试验装置，有效满足了实验需要，提高实验效率，综合性强，大大方便了实验操作。
为实现上述目的，本设计采用如下方案:
一种用于地表及地下水作用下边坡采动模型试验装置，它包括带孔竖直挡墙和与之垂直安装的带孔边坡底板，带孔边坡底板放置在装置底座上；在带孔竖直挡墙和带孔边坡底板外部设有钢框架，钢框架四周安装可视化玻璃，在钢框架前侧设有巷道开口，边坡土体置于整个钢框架形成的空间内；竖直反力架安装在钢框架外侧，降雨模拟装置安装在竖直反力架上部，同时在竖直反力架下内侧还设有地应力模拟千斤顶；带孔竖直挡墙和带孔边坡底板分别与相应的可升降供水装置连接；钢框架以及带孔竖直挡墙分别与支撑装置连接。
所述可视化玻璃带有刻度。
所述可升降供水装置分为与带孔边坡底板连接的底板连通水槽和与带孔竖直挡墙连接的竖直挡墙连通水槽。
所述支撑装置为三角支撑。
所述巷道开口处设有滑动拉门。
一种用于岩土工程边坡振动扰动模拟模型试验装置的使用方法，包括以下几步:
(I)将钢框架固定于带孔竖直挡墙和带孔边坡底板周围，将可视化玻璃安置在钢框架四面固定，并布设刻度；
(2)将边坡土体砌筑于钢框架形成的空间内，磊成需要的形状，埋设好监测元件；
(3)架设坡顶竖直反力架，地应力模拟千斤顶预压坡面，模拟地应力；
(4)向两个底板连通水槽和竖直挡墙连通水槽内加水，保持水流溢出状态，并放在固定高度上，模拟地下水位；
(5)进行边坡的采动实验，分析采动过程中边坡稳定性的变化；
(6)实验结束，将底板连通水槽放平，将整个钢框架内的水体排出；
(7)改变地应力、地下水位、采动速度及采动面大小，重复上述实验过程。
本发明与以往的测量方法相比具有以下优点:
I带刻度的玻璃板实现了边坡实验全过程的可视化，并可清晰观测坡面的变化情况；
2设置了降雨装置，实现了对地表水的模拟。
3外部水槽加水，通过连通器原理控制边坡土体的地下水位，实验结束时，底板连通的水槽又可作为排水装置，方便简洁。
4竖直千斤顶加压实现了对高地应力的模拟。
5可研究地表及地下水作用下边坡采动对边坡稳定性的影响。
图1为本发明的装配结构示意图。
图2为图1的后侧面视图。
其中，I降雨模拟装置；2竖直反力架；3地应力模拟千斤顶；4钢框架；5滑动拉门；6带孔竖直挡墙；7带孔边坡底板；8装置底座；9边坡土体；10底板连通水槽；11竖直挡墙连通水槽；12三角支撑。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明做进一步说明:
图1、图2中，一种用于地表及地下水作用下边坡采动模型试验装置，在装置底座8上设有带孔边坡底板7和带孔竖直挡墙6，钢框架4安装在带孔边坡底板7和带孔竖直挡墙6外部，四面安装可视化玻璃，玻璃带有刻度，边坡土体9置于整个空间内，可清晰观测加载后边坡土体9的形态变化及滑塌分布。
钢框架4上部安装降雨模拟装置1，带孔竖直挡墙6与竖直挡墙连通水槽11连通，带孔边坡底板7与底板连通水槽10连通。钢框架4的内侧安装地应力模拟千斤顶3。
装降雨模拟装置I水量可调节，以此进行地表水的模拟；带孔竖直挡墙6设有流水孔，外部与可升降竖直挡墙连通水槽11连接形成连通器；带孔边坡底板7上布置流水孔，外部与另一底板连通水槽10连接形成连通器；竖直加载地应力模拟千斤顶3可以提供向下的竖直力对边坡土体9进行竖直加载；钢框架4 一侧安置巷道开口并安装滑动拉门，可研究采矿扰动条件下边坡稳定性的变化情况。
一种用于地表及地下水作用下边坡采动模型试验装置，操作方法包括以下几步:
( I)钢框架4固定于带孔竖直挡墙6和带孔边坡底板7周围，将玻璃板安置在钢框架4四面，用护栏固定，并布设刻度。
(2)将边坡土体9砌筑于试验装置内，磊成需要的形状，埋设好监测元件。
(3)架设坡顶竖直反力架2，地应力模拟千斤顶3预压边坡土体9的坡面，模拟地应力。
(4)向底板连通水槽10和竖直挡墙连通水槽11内加水，保持水流溢出状态，并放在固定高度上，模拟地下水位。
(5)进行边坡的采动实验，分析采动过程中边坡稳定性的变化。
(6)实验结束，将地板连通的底板连通水槽10放平，将试验装置内的水体排出。
(7)改变地应力、地下水位、采动速度及采动面大小，重复上述实验过程。
权利要求
1.一种用于地表及地下水作用下边坡采动模型试验装置，其特征在于:它包括带孔竖直挡墙和与之垂直安装的带孔边坡底板，带孔边坡底板放置在装置底座上；在带孔竖直挡墙和带孔边坡底板外部设有钢框架，钢框架四周安装可视化玻璃，在钢框架前侧设有巷道开口，边坡土体置于整个钢框架形成的空间内；竖直反力架安装在钢框架外侧，降雨模拟装置安装在竖直反力架上部，同时在竖直反力架下内侧还设有地应力模拟千斤顶；带孔竖直挡墙和带孔边坡底板分别与相应的可升降供水装置连接；钢框架以及带孔竖直挡墙分别与支撑装置连接。
2.如权利要求1所述的用于地表及地下水作用下边坡采动模型试验装置，其特征在于:所述可视化玻璃带有刻度。
3.如权利要求1所述的用于地表及地下水作用下边坡采动模型试验装置，其特征在于:所述可升降供水装置分为与带孔边坡底板连接的底板连通水槽和与带孔竖直挡墙连接的竖直挡墙连通水槽。
4.如权利要求1所述的用于地表及地下水作用下边坡采动模型试验装置，其特征在于:所述支撑装置为三角支撑。
5.如权利要求1所述的用于地表及地下水作用下边坡采动模型试验装置，其特征在于:所述巷道开口处设有滑动拉门。
6.一种权利要求1所述的用于岩土工程边坡振动扰动模拟模型试验装置的使用方法，其特征在于，包括以下几步: (1)将钢框架固定于带孔竖直挡墙和带孔边坡底板周围，将可视化玻璃安置在钢框架四面固定，并布设刻度； (2)将边坡土体砌筑于钢框架形成的空间内，磊成需要的形状，埋设好监测元件； (3)架设坡顶竖直反力架，地应力模拟千斤顶预压坡面，模拟地应力； (4 )向两个底板连通水槽和竖直挡墙连通水槽内加水，保持水流溢出状态，并放在固定高度上，模拟地下水位； (5)进行边坡的采动实验，分析采动过程中边坡稳定性的变化； (6)实验结束，将底板连通水槽放平，将整个钢框架内的水体排出； (7 )改变地应力、地下水位、采动速度及采动面大小，重复上述实验过程。
全文摘要
本发明涉及一种用于地表及地下水作用下边坡采动模型试验装置及方法，有效满足了实验需要，提高实验效率，综合性强，大大方便了实验操作。它包括带孔竖直挡墙和与之垂直安装的带孔边坡底板，带孔边坡底板放置在装置底座上；在带孔竖直挡墙和带孔边坡底板外部设有钢框架，钢框架四周安装可视化玻璃，在钢框架前侧设有巷道开口，边坡土体置于整个钢框架形成的空间内；竖直反力架安装在钢框架外侧，降雨模拟装置安装在竖直反力架上部，同时在竖直反力架下内侧还设有地应力模拟千斤顶；带孔竖直挡墙和带孔边坡底板分别与相应的可升降供水装置连接；钢框架以及带孔竖直挡墙分别与支撑装置连接。
文档编号G01N33/24GK103197043SQ20131009256
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月21日 优先权日2013年3月21日
发明者李利平, 雷霆, 石少帅, 李术才, 胡聪, 张骞, 周宗青, 张乾青 申请人:山东大学