專利名稱：變角度空間塊體滑落模型試驗平臺及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變角度空間塊體滑落模型試驗平臺及其使用方法
背景技術(shù)：
隨著我國公路、鐵路、隧道等工程的不斷發(fā)展，巖體、巖塊的穩(wěn)定性和安全性問題成為理論研究和現(xiàn)場施工中重點關(guān)注的焦點和難點。碎裂巖體是工程中常見的不良巖體，巖體既不是連續(xù)體也不是均勻體，巖石內(nèi)部存在大量微孔隙、微裂紋等內(nèi)部缺陷，并在不同程度上存在非連續(xù)體。工程開挖擾動過程中極易發(fā)生巖體結(jié)構(gòu)損傷，有時甚至誘發(fā)工程災(zāi)害，均與巖體結(jié)構(gòu)有關(guān)。加上由于對巖體擾動區(qū)形成、損傷控制和災(zāi)害機理認(rèn)識還不夠徹底，這些都給巖石擾動區(qū)損傷控制、穩(wěn)定性和災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報帶來了極大的困難。因此，對于巖體開挖工作面周圍巖體及其內(nèi)部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確把握至關(guān)重要。研究巖體工程擾動過程，準(zhǔn)確認(rèn)識真實巖體結(jié)構(gòu)面的時空演變規(guī)律，對于地下工程和資源的開發(fā)和利用，保護地面建筑物與構(gòu)筑物、地表均有十分重要的工程價值。塊體穩(wěn)定性分析模型實驗研究現(xiàn)狀通常塊體穩(wěn)定性分析采用方法包括基于極射赤平投影的結(jié)構(gòu)分析方法、基于極射赤平投影的統(tǒng)計分析方法和關(guān)鍵塊體分析方法。塊體理論認(rèn)為，堅硬和半堅硬的巖體往往被不同序次、不同類型、不同方向、不同性質(zhì)的結(jié)構(gòu)面切割成大小不一、形狀各異的空間鑲嵌塊體。在天然狀態(tài)下，這些空間塊體處于靜力平衡狀態(tài)。人類的工程開挖再次切割這些空間塊體，并使工程開挖面附近的巖體產(chǎn)生應(yīng)力重分布。在重分布應(yīng)力和工程作用力的聯(lián)合作用下，位于開挖面附近的某些空間塊體將失去原有的靜力平衡狀態(tài)，成為關(guān)鍵塊體。由于關(guān)鍵塊體的失穩(wěn)運動，導(dǎo)致連鎖破壞，從而導(dǎo)致工程巖體的整體破壞。研究結(jié)構(gòu)面以及塊體滑落主要有三種技術(shù)路線，一是室外巖體力學(xué)試驗，二是經(jīng)驗估計方法，三是室內(nèi)模擬試驗。在室內(nèi)模擬方面，有模擬鋸齒結(jié)構(gòu)面的爬坡現(xiàn)象以及水波狀結(jié)構(gòu)面剪切滑移，都針對于某一種特定結(jié)構(gòu)面情況，研究結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)，但未對微小的結(jié)構(gòu)面以及在其上面的碎裂巖塊有充分的實物模擬方法及可靠性的驗證，在基于極限平衡法的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，對處于結(jié)構(gòu)面上的碎裂巖塊以某一固定的角度在重力場的作用下可以進行靜力方法的分析。本試驗的滑落塊體所接觸的面模擬為V級結(jié)構(gòu)面，微小、結(jié)構(gòu)連續(xù)性差的小節(jié)理，在非貫通的巖體中有著較重要的作用。目前研究巖體中的可移動塊體大都采取數(shù)值模擬的分析方法，根據(jù)結(jié)構(gòu)面及巖塊的一些參數(shù)來判定滑落角度以及滑落過程，也有部分專家學(xué)者通過實驗來塊體滑落的過程，但實驗平臺有著以固定的幾個角度轉(zhuǎn)動的不足，由于實際工程中塊體的滑落角度有著隨機性，因而無法模擬巖塊空間任意角度的滑落。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種變角度空間塊體滑落模型試驗平臺及其使用方法。
本發(fā)明的變角度空間塊體滑落模型試驗平臺，包括底板和傾斜臺，底板與傾斜臺通過旋轉(zhuǎn)軸連接，底板上端設(shè)置有絲桿以及與絲桿連接的手輪，通過旋轉(zhuǎn)手輪帶動絲桿旋轉(zhuǎn)，使傾斜臺以旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)傾斜臺與底板的角度范圍為0 90°，在底板和傾斜臺之間設(shè)置有角度標(biāo)尺，準(zhǔn)確測量底板與傾斜臺之間的夾角，在傾斜臺上設(shè)置有可以自由旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臺，在旋轉(zhuǎn)臺上設(shè)置鎖釘，通過鎖釘來調(diào)整旋轉(zhuǎn)臺角度，旋轉(zhuǎn)臺可連接不同摩擦系數(shù)的模具，底板下端設(shè)置有地腳，通過4個地腳的調(diào)節(jié)使底板保持水平。本發(fā)明的變角度空間塊體滑落模型試驗平臺的使用方法，步驟如下
(1)通過調(diào)整地腳使變角度空間塊體滑落模型試驗平臺底板保持水平；
(2)將傾斜臺和旋轉(zhuǎn)臺的角度調(diào)為0°，將裝有塊體的模具放到旋轉(zhuǎn)臺上；
(3)先將旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到某一角度并用鎖釘固定，記錄當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)臺角度讀數(shù)，通過轉(zhuǎn)動手輪帶動絲桿旋轉(zhuǎn)，使傾斜臺以旋轉(zhuǎn)軸為中心緩慢轉(zhuǎn)動，直到碎裂巖塊滑落時，立刻停止絲桿的轉(zhuǎn)動，記錄角度標(biāo)尺的刻度讀數(shù)，得到一組塊體滑落時的兩個角度；
(4)以等角度差逆時針轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)臺，重復(fù)步驟(3)的試驗過程，得到塊體滑落時的角度數(shù)據(jù)，繪制出塊體臨界滑落曲線；
(5)改變模具的摩擦系數(shù)進行試驗，重復(fù)步驟(I) (4)，得到塊體在不同摩擦系數(shù)環(huán)境下的臨界滑落曲線。
與現(xiàn)用技術(shù)相比，本發(fā)明的特點及其有益效果是
1.本發(fā)明可以模擬塊體在空間中所處的任意位置，并且通過兩個角度的標(biāo)示讀出其所在的空間角度，具有準(zhǔn)定量的性質(zhì)，改善了由于構(gòu)造等因素造成的有限個角度轉(zhuǎn)動模擬的情況，使角度的改變更加靈活，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀角度的模擬更加貼近實際；
2.本發(fā)明針對塊體滑落的一系列試驗提供了一個平臺，使試驗具有可重復(fù)性；針對數(shù)值模擬的結(jié)果，通過基于該發(fā)明基礎(chǔ)上的相關(guān)試驗，補充試驗結(jié)果，使試驗具有補充性與驗證性。


圖I為變角度空間塊體滑落模型試驗平臺結(jié)構(gòu)示意圖，其中I底板，2傾斜臺，3旋轉(zhuǎn)臺，4地腳，5絲桿，6角度標(biāo)尺，7鎖釘，8手輪，9模具；
圖2為角度標(biāo)尺的結(jié)構(gòu)示意 圖3為旋轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)示意 圖4為模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護范圍不僅限于下述的實施例
下述實施例采用的變角度空間塊體滑落模型試驗平臺，包括尺寸為
1200mmX 1000mmX5mm的底板I和尺寸為800mmX600mmX5mm傾斜臺2,底板I與傾斜臺2通過旋轉(zhuǎn)軸連接，底板上端設(shè)置有絲桿5以及與絲桿5連接的手輪8，在底板I和傾斜臺2之間設(shè)置有O 90°的角度標(biāo)尺6，在傾斜臺2上設(shè)置有可以自由旋轉(zhuǎn)的尺寸為
O500mm X 5mm的旋轉(zhuǎn)臺3，在旋轉(zhuǎn)臺3上設(shè)置鎖釘7，模具9固定在旋轉(zhuǎn)臺3上，底板I下端設(shè)置有地腳4。變角度空間塊體滑落模型試驗平臺的使用方法，
實施例I :選用接觸面為花崗巖的楔形模具，塊體為花崗巖材質(zhì)，模具與塊體的之間的摩擦系數(shù)為0. 57，
(1)通過調(diào)整地腳4使變角度空間塊體滑落模型試驗平臺底板I保持水平；
(2)將傾斜臺2與底板的角度調(diào)整為0°，同時將旋轉(zhuǎn)臺3的角度調(diào)為0°，將裝有塊體的模具9放到旋轉(zhuǎn)臺3上；
(3)先將旋轉(zhuǎn)臺3旋轉(zhuǎn)到0°并用鎖釘7固定，通過轉(zhuǎn)動手輪8帶動絲桿5旋轉(zhuǎn)，使傾
斜臺2以旋轉(zhuǎn)軸為中心緩慢轉(zhuǎn)動，直到塊體滑落時，立刻停止絲桿5的轉(zhuǎn)動，記錄角度標(biāo)尺
6的刻度讀數(shù)為25° ;
(4)以10°角度差逆時針轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)臺3，重復(fù)步驟(3)的試驗過程，得到塊體滑落時的
角度數(shù)據(jù)，繪制出塊體臨界滑落曲線；
權(quán)利要求
1.一種變角度空間塊體滑落模型試驗平臺，包括底板(I)和傾斜臺(2)，其特征在于底板(I)與傾斜臺(2)通過旋轉(zhuǎn)軸連接，底板(I)上端設(shè)置有絲桿(5)以及與絲桿(5)連接的手輪(8)，在底板(I)和傾斜臺(2)之間設(shè)置有角度標(biāo)尺(6)，在傾斜臺(2)上設(shè)置有可以自由旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臺(3)，在旋轉(zhuǎn)臺(3)上設(shè)置鎖釘(7)，模具(9)固定在旋轉(zhuǎn)臺(3)上，底板(I)下端設(shè)置有地腳(4)。
2.權(quán)利要求I所述的一種變角度空間塊體滑落模型試驗平臺的使用方法，其特征在于按如下步驟進行 (1)通過調(diào)整地腳使變角度空間塊體滑落模型試驗平臺底板保持水平； (2)將傾斜臺和旋轉(zhuǎn)臺的角度調(diào)為O。，將裝有塊體的模具放到旋轉(zhuǎn)臺上； (3)先將旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到某一角度并用鎖釘固定，記錄當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)臺角度讀數(shù)，通過轉(zhuǎn)動手輪帶動絲桿旋轉(zhuǎn)，使傾斜臺以旋轉(zhuǎn)軸為中心緩慢轉(zhuǎn)動，直到碎裂巖塊滑落時，立刻停止絲桿的轉(zhuǎn)動，記錄角度標(biāo)尺的刻度讀數(shù)，得到一組塊體滑落時的兩個角度； (4)以等角度差逆時針轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)臺，重復(fù)步驟(3)的試驗過程，得到塊體滑落時的角度數(shù)據(jù)，繪制出塊體臨界滑落曲線； (5)改變模具的摩擦系數(shù)進行試驗，重復(fù)步驟(I) (4)，得到塊體在不同摩擦系數(shù)環(huán)境下的臨界滑落曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種變角度空間塊體滑落模型試驗平臺的使用方法，其特征在于所述的塊體材質(zhì)為花崗巖或混凝土。
全文摘要
本發(fā)明涉及巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變角度空間塊體滑落模型試驗平臺及其使用方法。本發(fā)明的平臺，包括底板和傾斜臺，底板與傾斜臺通過旋轉(zhuǎn)軸連接，底板上端設(shè)置有絲桿以及與絲桿連接的手輪，通過旋轉(zhuǎn)手輪帶動絲桿旋轉(zhuǎn)，使傾斜臺以旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)，在底板和傾斜臺之間設(shè)置有角度標(biāo)尺，準(zhǔn)確測量底板與傾斜臺之間的夾角，在傾斜臺上設(shè)置有可以自由旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臺，在旋轉(zhuǎn)臺上設(shè)置鎖釘，通過鎖釘來調(diào)整旋轉(zhuǎn)臺角度，旋轉(zhuǎn)臺可連接不同摩擦系數(shù)的模具，底板下端設(shè)置有地腳，通過4個地腳的調(diào)節(jié)使底板保持水平。本發(fā)明使試驗具有可重復(fù)性；針對數(shù)值模擬的結(jié)果，通過基于該發(fā)明基礎(chǔ)上的相關(guān)試驗，補充試驗結(jié)果，使試驗具有補充性與驗證性。
文檔編號G01N33/24GK102621287SQ201210049340
公開日2012年8月1日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者倪勇, 汪江, 王述紅, 饒文杰 申請人:東北大學(xué)