專利名稱：巖質(zhì)滑坡水力啟動室內(nèi)模擬試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報技術(shù)領(lǐng)域的巖質(zhì)滑坡模擬試驗技術(shù)，尤其涉及巖質(zhì)滑坡在重力和地下水壓力作用下的孕育啟動過程的模擬試驗技術(shù)。
背景技術(shù)：
以往人們在進行巖質(zhì)滑坡室內(nèi)模擬試驗時，大多是先在滑體上取巖石樣，在室內(nèi)對樣品加工處理成圓柱形或正方形，對其進行物理力學(xué)參數(shù)試驗，而后以相似原理為基礎(chǔ)把試驗參數(shù)縮放成模擬參數(shù)，選取重晶石粉、石膏粉、石蠟油、滑石粉等按不同比例配合成相似材料模擬滑坡的破壞過程。參見《巖石力學(xué)與工程學(xué)報》第四卷第5期的“三峽庫區(qū)千將坪滑坡地質(zhì)力學(xué)模型試驗研究”、《巖石力學(xué)與工程學(xué)報》第M卷第12期的“三峽庫區(qū)趙樹嶺滑坡穩(wěn)定性物理模擬試驗研究”。在這種模擬過程中，巖體的試驗參數(shù)是按“相似”比例縮小的，巖體質(zhì)量、重力或巖體所受的其它外力也是按“相似”比例縮小。這種模擬方法的不足一是很難保證各種參數(shù)(如質(zhì)量)縮小倍數(shù)的相同性；二是改變了性質(zhì)的材料和縮小了的外力之間的作用過程和變形破壞過程很難說它還具有原型的結(jié)構(gòu)特征和能反映巖體滑移的實際過程；三是這類模型試驗往往比較復(fù)雜，費時費事。我們通過搜集研究以往資料以及大量野外實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，巖質(zhì)滑坡的發(fā)生與地下水壓力關(guān)系密切，而前述的這種模擬方法是對巖質(zhì)滑坡發(fā)生后的破壞過程的模擬，不能模擬巖質(zhì)滑坡的孕育啟動過程及各種外作用力(尤其是水壓力)的相互關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種可以模擬巖質(zhì)滑坡發(fā)生前及啟動時的巖體與外作用力(主要是水壓力)的相互關(guān)系的試驗方法，以反映巖質(zhì)滑坡發(fā)生前斜坡巖體與斜坡體內(nèi)的水壓力的真實力學(xué)關(guān)系。巖質(zhì)滑坡水力啟動室內(nèi)模擬試驗方法，其步驟如下①、現(xiàn)場采取與所模擬的巖質(zhì)滑坡原型滑面上下巖層層位相同、含有潛滑面的巖石試件，并且潛滑面上下巖塊保留一定厚度，②、把現(xiàn)場采取的含有潛滑面的巖石試件以“潛滑面”為界，將其下部巖塊裝入樣品盒中，用水泥砂漿填滿下部巖塊與樣品盒之間的縫隙，將其上部巖塊裝入樣品框中，用水泥砂漿填滿上部巖塊與樣品框之間的縫隙，并用細砂鋪平上部巖塊頂面，③、待步驟②所得的巖石試件凝固后將其放在試驗設(shè)備的底座支架上，下部樣品盒的前端底部限位固定，在上部樣品框的前端安裝位移測量儀，試驗設(shè)備的豎向荷載施壓板與巖石試件頂部的細砂平面全面積接觸，橫向荷載施壓板全面積接觸在上部樣品框的后端，④、計算出被模擬的滑坡前緣部位的重力在平行滑面與垂直滑面上的分力，分別對應(yīng)作為模擬試驗加壓過程中的橫向荷載與豎向荷載的初始值，⑤、啟動試驗設(shè)備，由豎向荷載施壓板向試件頂部施加豎向荷載初始值，由橫向荷
3載施壓板通過上部樣品框的后端對潛滑面的上部巖塊施加橫向荷載初始值，調(diào)整位移測量儀的初始值，記錄荷載與位移的初始值，⑥、保持橫向荷載不變，逐級減小豎向荷載，每減小一級豎向荷載穩(wěn)定一段時間， 記錄對應(yīng)不同豎向荷載下的位移值，⑦、當豎向荷載減小到某一數(shù)量值時，上部樣品框以及凝固在框中的潛滑面上部巖塊的位移速率相對于潛滑面突然增大并持續(xù)增加，表明滑坡已經(jīng)啟動，記錄豎向荷載值， 計算豎向荷載值的累積減少量，結(jié)合被模擬的滑坡現(xiàn)場巖體潛滑面的通水率，換算成水頭高度，此數(shù)值即為所模擬的滑坡在重力和地下水壓力作用下的啟動水頭值。在本發(fā)明的巖質(zhì)滑坡水力啟動室內(nèi)模擬試驗方法中，巖石試件是與所模擬的巖質(zhì)滑坡原型滑面上下巖層層位相同、含有真實潛滑面的基巖塊體，以“潛滑面”為界，將其上、 下巖塊分別裝入樣品框和樣品盒中，而巖石試件的潛滑面露出來，保持自然狀態(tài)以留出滑動空間，用水泥砂漿填塞巖石試件與樣品框、樣品盒之間的縫隙，并用細砂鋪平試件頂面， 以模擬現(xiàn)場巖體周圍的約束情況，并能保證在模擬試驗加壓過程中巖石試件受力均勻；橫向荷載與豎向荷載的初始值是根據(jù)欲模擬的滑坡前緣部位的重力在平行滑面與垂直滑面上的分力計算得來的，使得作用在該潛滑面上的橫向與豎向荷載的大小、方向和分布狀況與所模擬的滑坡原型基本相同。保持橫向荷載不變，通過減小作用在潛滑面上的豎向荷載值(正應(yīng)力)來代替實際中斜坡體內(nèi)地下水對潛滑體的水壓力，當豎向荷載減小到某一數(shù)量值時，巖石試件的上部樣品框以及凝固在框中的潛滑面上部巖塊的位移速率相對于潛滑面突然增大并持續(xù)增加，即表明滑坡已經(jīng)啟動，計算此時豎向荷載值的累積減少量，結(jié)合被模擬的滑坡現(xiàn)場巖體潛滑面的通水率，換算成水頭高度，此數(shù)值即為所模擬的滑坡在重力和地下水壓力作用下的啟動水頭值，以此達到模擬巖質(zhì)滑坡的水力孕育與啟動過程，從而得以反映出滑坡發(fā)生前斜坡巖體與斜坡體內(nèi)的水壓力的真實力學(xué)關(guān)系。本方法的優(yōu)點是模擬過程形象、逼真，提高了模擬的針對性和準確性，試驗結(jié)果可信度高，且簡單易行，省時省事。根據(jù)現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)與模擬試驗得出的啟動水頭值的接近程度就可判斷是否會發(fā)生滑坡，從而做出不同等級的預(yù)報預(yù)警。本方法可以方便有效地判斷斜坡的安全性，較為準確地發(fā)現(xiàn)斜坡的臨滑狀態(tài)，從而減小滑坡災(zāi)害帶來的損失。


圖1為本模擬試驗方法的示意圖
具體實施例方式①、在中鐵西南院峨眉基地一巖質(zhì)斜坡體現(xiàn)場采取含有潛滑面的巖石試件，試件長39cm，寬^cm,潛滑面上、下巖塊厚度各10cm。②、參見圖1，把現(xiàn)場取得的巖石試件以潛滑面10為界，將其下部巖塊9裝入樣品盒2中，用水泥砂漿13填滿巖塊與樣品盒之間的縫隙，將其上部巖塊8裝入樣品框1中，用水泥砂漿13填滿巖塊與樣品框之間的縫隙，用細砂鋪平試件頂面。③、待步驟②所得的巖石試件凝固后將其放在試驗設(shè)備的底座支架3上，下部樣品盒2前端底部用固定在底座支架3上的限位擋塊4限定，在上部樣品框1的前端安裝位移測量儀5，用以測量試驗過程中潛滑面上部巖塊的位移量。試驗設(shè)備的豎向荷載施壓板6與巖石試件頂部的細砂平面全面積接觸，橫向荷載施壓板7全面積接觸在上部樣品框1的后端。④、計算得出巖石試件取樣位置上覆巖體的重力在平行滑面與垂直滑面上的分力分別為0. 0633kN和0. 2215kN，將此值對應(yīng)作為模擬試驗加壓過程中對巖石試件施加的橫向荷載與豎向荷載的初始值。⑤、啟動試驗設(shè)備，順時針轉(zhuǎn)動豎向荷載加壓桿11，通過豎向荷載施壓板6對巖石試件頂部施加豎向荷載初始值0. 2215kN、順時針轉(zhuǎn)動橫向荷載加壓桿12，由橫向荷載施壓板7通過上部樣品框1的后端對潛滑面的上部巖塊8施加橫向荷載初始值0. 0633kN，調(diào)整位移測量儀5的初始值為零。當然，也可以采用如液壓之類的其他方式來施加橫向荷載和豎向荷載。⑥、保持橫向荷載0. 0633kN不變，豎向荷載每級減小0. 002kN并穩(wěn)定一分鐘，記錄對應(yīng)不同豎向荷載下的位移值。⑦、當保持橫向荷載不變，豎向荷載減小到0. 1992kN時，巖石試件潛滑面10的上部巖塊8的位移速率突然增大并持續(xù)增加，表明滑坡已經(jīng)啟動。此時的豎向荷載的累積減少量為0. 0223kN，根據(jù)取樣現(xiàn)場實際情況考慮潛滑面通水率為18%，換算成啟動水頭為 10. 32m。此數(shù)值即為潛滑體在重力和地下水壓力作用下的啟動水頭值。根據(jù)上述試驗結(jié)果，在取樣現(xiàn)場開挖一個ImX Im的巖體作為潛滑體，潛滑體兩側(cè)及后部用粘土夯填封閉以模擬滑坡邊界。經(jīng)換算該潛滑體的啟動水頭值為86.0m。在該潛滑體的后部用注水泵注水，并在潛滑體前部安裝壓力表測量水壓力，當測量值相當于90. 5m 水頭時，滑坡啟動。該實際啟動水頭值與本方法的試驗值接近，證明該方法的結(jié)論適合于實際應(yīng)用。實際值略大于試驗值，可能為所取的巖石試件在采取、運輸過程中對潛滑面有一些擾動影響所致。另一方面，粘土夯填使?jié)摶w所受的側(cè)向摩擦力人為加大，因此實際的滑坡啟動水頭值會略低于實際值而與試驗值更為接近。以試驗值作為滑坡預(yù)警預(yù)報偏安全。
權(quán)利要求
1.巖質(zhì)滑坡水力啟動室內(nèi)模擬試驗方法，其特征是所述的方法步驟如下①、現(xiàn)場采取與所模擬的巖質(zhì)滑坡原型滑面上下巖層層位相同、含有潛滑面的巖石試件，并且潛滑面上下巖塊保留一定厚度，②、把現(xiàn)場采取的含有潛滑面的巖石試件以“潛滑面”為界，將其下部巖塊裝入樣品盒中，用水泥砂漿填滿下部巖塊與樣品盒之間的縫隙，將其上部巖塊裝入樣品框中，用水泥砂漿填滿上部巖塊與樣品框之間的縫隙，并用細砂鋪平上部巖塊頂面，③、待步驟②所得的巖石試件凝固后將其放在試驗設(shè)備的底座支架上，下部樣品盒的前端底部限位固定，在上部樣品框的前端安裝位移測量儀，試驗設(shè)備的豎向荷載施壓板與巖石試件頂部的細砂平面全面積接觸，橫向荷載施壓板全面積接觸在上部樣品框的后端，④、計算出被模擬的滑坡前緣部位的重力在平行滑面與垂直滑面上的分力，分別對應(yīng)作為模擬試驗加壓過程中的橫向荷載與豎向荷載的初始值，⑤、啟動試驗設(shè)備，由豎向荷載施壓板向試件頂部施加豎向荷載初始值，由橫向荷載施壓板通過上部樣品框的后端對潛滑面的上部巖塊施加橫向荷載初始值，調(diào)整位移測量儀的初始值，記錄荷載與位移的初始值，⑥、保持橫向荷載不變，逐級減小豎向荷載，每減小一級豎向荷載穩(wěn)定一段時間，記錄對應(yīng)不同豎向荷載下的位移值，⑦、當豎向荷載減小到某一數(shù)量值時，上部樣品框以及凝固在框中的潛滑面上部巖塊的位移速率相對于潛滑面突然增大并持續(xù)增加，表明滑坡已經(jīng)啟動，記錄豎向荷載值，計算豎向荷載值的累積減少量，結(jié)合被模擬的滑坡現(xiàn)場巖體潛滑面的通水率，換算成水頭高度， 此數(shù)值即為所模擬的滑坡在重力和地下水壓力作用下的啟動水頭值。
全文摘要
巖質(zhì)滑坡水力啟動室內(nèi)模擬試驗方法，屬地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報技術(shù)領(lǐng)域。其步驟為取含有真實潛滑面的巖石試件，以“潛滑面”為界，將其上、下巖塊分別裝入樣品框和樣品盒中，用水泥砂漿填實，以欲模擬的滑坡前緣部位的重力在平行滑面與垂直滑面上的分力為橫向荷載與豎向荷載的初始值，在保持橫向荷載不變、通過減小作用在潛滑面上的豎向荷載值來代替實際中斜坡體內(nèi)地下水對潛滑體的水壓力，當巖石試件的上部樣品框以及凝固在框中的潛滑面上部巖塊的位移速率相對于潛滑面突然增大并持續(xù)增加，即表明滑坡已經(jīng)啟動，此時的豎向荷載值的累積減少量所等同的水頭高度值即為所模擬的巖質(zhì)滑坡的啟動水頭值。本方法可以較為準確的發(fā)現(xiàn)巖質(zhì)斜坡的臨滑狀態(tài)。
文檔編號G01N3/08GK102435497SQ20111027471
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者周小軍, 曹先康, 李朝安, 谷明成, 郭毅, 陳喜昌, 馬顯春 申請人:中鐵西南科學(xué)研究院有限公司