一种用于开挖卸荷变形模拟实验装置及其使用方法与流程

本发明涉及开挖卸荷变形，尤其涉及一种用于开挖卸荷变形模拟实验装置及其使用方法。

背景技术：

1、深切峡谷中陡峻岩质边坡的开挖，是中大型电站建设过程中不可避免的工程问题。在高山峡谷地区兴建水利水电工程、通航建筑物等，更加需要开展大体积开挖形成大量边坡工程。大体量的开挖卸荷将导致工程区域岩体的进一步损伤劣化。与其他岩体工程相比，通航建筑物对工程岩体的变形控制要求更高，因此高山峡谷地区通航建筑物高陡边坡开挖卸荷变形控制是必须要面临的关键技术问题。同时大量研究表明，长大的卸荷裂隙往往是岩质边坡的控制性结构面，是控制边坡发生变形破坏的滑动面或边界，其对边坡的稳定性起着重要作用。因此，在水电工程勘察中，查清卸荷裂隙的分布情况，对坝区边坡岩体稳定性和坝址的选择具有十分重要的意义。

2、而物理模型试验是基于相似原理对特定的工程结构及其赋存的地质环境进行缩尺研究的一种物理方法。相对于其它方法，模型试验能更准确实际的反映边坡岩体地质结构的空间关系。对边坡岩体开挖卸荷的全过程，能够全程记录全程分析。从而使得研究者更好地从整体上把握试验对象变化的全过程。

3、在室内物理模拟试验过程中，如何模拟出自然界中边坡开挖卸荷过程，尤其是对卸荷回弹力的模拟成为室内试验成功与否的重要因素，由于室内试验采用的相似材料无法像自然界中岩体一样赋存较大的体应力，导致对开挖卸荷回弹力的模拟一直成为困扰试验人员的一大难题。现阶段大都通过堆积较大的坡体模型并对其施加水平应力，然后再进行分级开挖，试验过程较复杂，且试验成本高，并没有直接对卸荷过程中的回弹膨胀力进行模拟。因此本发明设计并提出一个新的边坡卸荷的装置及方法，可以更经济、直接、精确模拟出边坡的卸荷回弹过程，尤其是对卸荷过程中回弹膨胀力的模拟。

4、现阶段都是大都通过堆积较大的坡体模型并对其施加水平应力，然后再进行分级开挖，试验过程较复杂，试验成本高，且无法对卸荷过程中回弹膨胀过程进行模拟还原。因此本发明设计并提出一种新的边坡卸荷装置及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决背景技术中的问题，而提出的一种用于开挖卸荷变形模拟实验装置及其使用方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种用于开挖卸荷变形模拟实验装置，包括自制摸具、泡沫模型、胶布、螺母、重晶石粉、石英砂、水、水泥、石膏、直尺、螺丝刀、盆、气锤、手动试压泵和空壳模型，所述自制模具包括五块可拆卸有机玻璃，每个相邻的两个所述可拆卸有机玻璃的连接处均共同螺纹连接有若干个螺栓，所述自制模具内设有三块可拆卸的木制边坡模型，多个所述木制边坡模型之间以及每个木制边坡模型和其中一个可拆卸有机玻璃之间均共同螺纹连接有螺钉。

4、优选地，所述泡沫模型和自制摸具用以浇筑空壳模型四周外壳。

5、优选地，所述胶布用以加固自制摸具。

6、优选地，所述螺母用以连接试验模型与手动试压泵。

7、优选地，所述直尺用以振捣气泡并确定泡沫模型与自制摸具之间的距离。

8、优选地，所述螺丝刀用以拆卸摸具及泡沫材料。

9、优选地，所述盆用以浇筑模型底面。

10、优选地，所述气锤用以拆卸模型底面多余材料。

11、优选地，所述手动施压泵用以给浇筑的模型充水加压。

12、一种用于开挖卸荷变形模拟实验方法，包括以下步骤：

13、s1、将泡沫模型放入自制摸具中，并通过直尺调整位置，保证泡沫模型与摸具左右前后距离相差0.5cm。而后将螺母放在合适位置，保证螺母一侧端口不被相似材料封住，另一侧端口与泡沫模型紧紧贴住；

14、s2、称取合适重量的重晶石粉、石英砂、水、水泥、石膏按照按照3：3：10：10：15的比例混合均匀，并浇筑进已组装的模具中。随后使用直尺对其振捣减少模型中的气泡。静止36h，使模型完全干透；

15、s3、使用螺丝刀将摸具底部拆除并将摸具中的泡沫模型取出，使模型内部形成一个真空。在盆里配置高2cm的相同配比的相似材料。将处理好的模型放盆中，同样静止36h；

16、s4、使用气锤将已干燥的模型取出并处理掉模型底部多余材料。取出摸具边坡部分，仅让模型的边坡成为临空面，而摸具其他部位不动，以此来对模型进行约束；

17、s5、往浇筑好的模型内部充水，将其内部空间填满即可，然后用手动试压泵通过螺母与浇筑好的模型进行连接同时保证其密闭性。最后通过通过手动试压泵往模型充水，即可进行试验。试验过程中可观察到边坡两侧卸荷裂隙的产生及其发展过程。

18、与现有的技术相比，本一种用于开挖卸荷变形模拟实验装置及其使用方法的优点在于：

19、1、模型小巧，轻便易于操作；

20、2、试验过程较简单，仅需一人便可完成试验；

21、3、新的边坡卸荷装置及方法能有效且直接模拟卸荷回弹膨胀的过程；

22、4、该试验装置和方法采用的模型较小能有效节约财力物力；

23、5、试验周期相对于传统卸荷时间的周期短；

24、6、试验现象的观察变得更加简单且清晰。

25、综上所述，本发明所需摸具小巧轻便易于操作。浇筑模型体积小，耗费人力与物力较少，大大节约试验成本。同时所采用新的边坡卸荷装置及方法可以很好模拟出边坡卸荷回弹膨胀过程。

技术特征：

1.一种用于开挖卸荷变形模拟实验装置，包括自制摸具(1)、泡沫模型(2)、胶布(3)、螺母(4)、重晶石粉、石英砂、水、水泥、石膏、直尺(6)、螺丝刀(7)、盆(8)、气锤、手动试压泵(10)和空壳模型，其特征在于，所述自制模具(1)包括五块可拆卸有机玻璃(11)，每个相邻的两个所述可拆卸有机玻璃(11)的连接处均共同螺纹连接有若干个螺栓(12)，所述自制模具(1)内设有三块可拆卸的木制边坡模型(5)，多个所述木制边坡模型(5)之间以及每个木制边坡模型(5)和其中一个可拆卸有机玻璃(11)之间均共同螺纹连接有螺钉(9)。

2.根据权利要求1所述的一种用于开挖卸荷变形模拟实验装置，其特征在于，所述泡沫模型(2)和自制摸具(1)用以浇筑空壳模型四周外壳。

3.根据权利要求1所述的一种用于开挖卸荷变形模拟实验装置，其特征在于，所述胶布(3)用以加固自制摸具(1)。

4.根据权利要求1所述的一种用于开挖卸荷变形模拟实验装置，其特征在于，所述螺母(4)用以连接试验模型与手动试压泵(10)。

5.根据权利要求1所述的一种用于开挖卸荷变形模拟实验装置，其特征在于，所述直尺(6)用以振捣气泡并确定泡沫模型(2)与自制摸具(1)之间的距离。

6.根据权利要求1所述的一种用于开挖卸荷变形模拟实验装置，其特征在于，所述螺丝刀(7)用以拆卸摸具及泡沫材料。

7.根据权利要求1所述的一种用于开挖卸荷变形模拟实验装置，所述盆(8)用以浇筑模型底面。

8.根据权利要求1所述的一种用于开挖卸荷变形模拟实验装置，所述气锤用以拆卸模型底面多余材料。

9.根据权利要求1所述的一种用于开挖卸荷变形模拟实验装置，所述手动施压泵(10)用以给浇筑的模型充水加压。

10.一种用于开挖卸荷变形模拟实验方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种用于开挖卸荷变形模拟实验装置，包括自制摸具、泡沫模型、胶布、螺母、重晶石粉、石英砂、水、水泥、石膏、直尺、螺丝刀、盆、气锤、手动试压泵和空壳模型，所述自制模具包括五块可拆卸有机玻璃，每个相邻的两个所述可拆卸有机玻璃的连接处均共同螺纹连接有若干个螺栓，所述自制模具内设有三块可拆卸的木制边坡模型，多个所述木制边坡模型之间以及每个木制边坡模型和其中一个可拆卸有机玻璃之间均共同螺纹连接有螺钉。本发明所需摸具小巧轻便易于操作。浇筑模型体积小，耗费人力与物力较少，大大节约试验成本。同时所采用新的边坡卸荷装置及方法可以很好模拟出边坡卸荷回弹膨胀过程。

技术研发人员：杨锦,易韡,王平,王敬勇
受保护的技术使用者：浙江华东岩土勘察设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8