本發(fā)明屬于試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種試驗(yàn)設(shè)備，具體涉及一種適用于巖、土邊坡的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)方法及模型箱，主要用于對(duì)模型邊坡進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。

背景技術(shù)：

隨著近年來地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的增多，人們對(duì)邊坡的動(dòng)力穩(wěn)定性研究也日益加深，振動(dòng)臺(tái)物理模型試驗(yàn)成為了研究邊坡動(dòng)力響應(yīng)及其失穩(wěn)模式重要手段之一。模型箱作為邊坡振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的重要設(shè)備，起傳遞振動(dòng)荷載到模型邊坡的作用?，F(xiàn)有的模型箱類型主要有層狀剪切變形模型箱、固壁式剛性模型箱、柔性容器等。然而，層狀剪切變形模型箱、柔性容器多用于砂、土等松散型材料的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，其能模擬土中的水平剪切變形；固壁式剛性模型箱主要用于類巖質(zhì)材料的振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)。但現(xiàn)有的模型箱少有既能實(shí)現(xiàn)砂、土體的層狀剪切變形，又能用于巖體模型試驗(yàn)的；還因模型箱過于笨重而移動(dòng)困難，從而限制邊坡模型的施工便捷性。此外，對(duì)于不同角度、形狀的坡體施工存在有相當(dāng)大的難度，間接提高了試驗(yàn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本專利的目的在于提供一種適用于巖、土邊坡的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)方法及模型箱，通過調(diào)節(jié)后側(cè)方形管的松緊可分別實(shí)現(xiàn)層狀剪切模型箱、剛性模型箱的功能，即可分別應(yīng)用于土體、巖體的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的一種適用于巖、土邊坡的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)方法，具體包括如下步驟：

1)、確定欲試驗(yàn)用模型邊坡的類型，并根據(jù)該類型進(jìn)行模型箱的組裝；

2)、利用組裝出的所述模型箱建造該類型相應(yīng)的邊坡模體；

3)、將建造出的所述邊坡模體在該模型箱內(nèi)靜置1～2天；

4)、利用振動(dòng)臺(tái)安裝帶有該邊坡模體的模型箱，并加載相應(yīng)的地震波形。

優(yōu)選的，在步驟1)中，還包括如下分步驟：

1.1)、根據(jù)邊坡模體的設(shè)計(jì)尺寸及分層厚度在模型箱兩邊側(cè)的墻體外描繪相應(yīng)的各分層層面輪廓線；

1.2)、根據(jù)邊坡模體的類型選擇合適的柔性材料布置于模型箱內(nèi)；

1.3)、根據(jù)邊坡模體的分層層面傾角將模型箱旋轉(zhuǎn)適宜的角度并加設(shè)支撐固定。

優(yōu)選的，在步驟1.2)中，所述柔性材料為：在與水平振動(dòng)方向垂直的方向上，模型箱的前、后側(cè)內(nèi)壁襯40mm聚苯乙烯塑料泡沫板或5mm橡膠膜，在順沿水平振動(dòng)的方向上，模型箱的兩邊側(cè)內(nèi)壁粘貼光滑的聚氯乙烯薄膜，聚氯乙烯薄膜與墻體相接觸的表面涂有潤滑油。

優(yōu)選的，在步驟2)中，還包括如下分步驟：

2.1)、根據(jù)邊坡模體各分層的幾何尺寸及密度值，算出各分層所需的混合料，并將該混合料所對(duì)應(yīng)的干料按照相似材料配比、稱量后在攪拌機(jī)內(nèi)攪拌均勻；

2.2)、將拌和均勻的干料倒出，并在稱量好的水中加入甘油及石膏緩凝劑后分若干次加入該干料中進(jìn)行人工拌和均勻；

2.3)、將拌和均勻的混合料鏟入模型箱中，夯實(shí)至該分層設(shè)計(jì)的密實(shí)度，直至厚度達(dá)到墻體外描繪的該分層層面輪廓線，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求放置相應(yīng)的測(cè)試元件；

2.4)、在該分層的拌和料壓實(shí)平整且尚未初凝前進(jìn)行正交次級(jí)節(jié)理的切割，即采用2mm薄鋼板垂直切割并帶入聚氯乙烯薄膜；

2.5)、對(duì)該分層進(jìn)行相應(yīng)的層面鑿毛處理，并鋪撒一層薄石英砂；

2.6)、重復(fù)步驟2.1)～2.5)，直到邊坡模體達(dá)到設(shè)計(jì)的高度。

優(yōu)選的，在步驟2.3)中，每次夯實(shí)碾壓的拌和料厚度控制在5cm～10cm。

優(yōu)選的，在步驟2.4)中，所述次級(jí)節(jié)理的切割間距等于該分層厚度，切割深度等于2/3該分層厚度。

本發(fā)明還提供一種適用于巖、土邊坡的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖?，用于?shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6所述的方法，由底座、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、梯形框架、橫向加勁肋、縱向加勁肋、空心方管和墻體組裝而成，所述底座用于與振動(dòng)臺(tái)連接，其上方自下而上依次設(shè)置所述的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、梯形框架；所述梯形框架的后側(cè)外壁、且沿其高度方向自下而上疊合有多個(gè)所述的空心方管，前側(cè)外壁設(shè)置所述的橫向加勁肋，兩邊側(cè)內(nèi)壁設(shè)置所述的墻體，兩邊側(cè)外壁對(duì)稱設(shè)置所述的縱向加勁肋。

進(jìn)一步，所述底座靠近梯形框架后側(cè)的一端設(shè)有與底座的底平面傾斜布置的三段連續(xù)斜面，三段連續(xù)斜面的傾角由下至上依次為30°、45°、60°。

進(jìn)一步，所述墻體為透明的鋼化玻璃。

進(jìn)一步，相鄰的兩個(gè)空心方管的接觸面之間涂有潤滑油。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明能夠通過調(diào)節(jié)模型箱后側(cè)空心方管的松緊可分別實(shí)現(xiàn)層狀剪切模型箱、剛性模型箱的功能，可分別應(yīng)用于土體、巖體的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，兩邊側(cè)采用透明材料便于制作邊坡模體及觀察試驗(yàn)的整個(gè)過程，同時(shí)該模型箱具有可自由拆卸、組裝，操作靈活的特點(diǎn)。

本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書來實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作優(yōu)選的詳細(xì)描述，其中：

圖1為本發(fā)明模型箱的側(cè)立面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明模型箱的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為三個(gè)典型順層巖質(zhì)邊坡的概化模型；其中，a為水平層狀坡；b為中傾順層坡；c為陡傾順層坡。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

說明書附圖中的附圖標(biāo)記包括：底座1、圍護(hù)結(jié)構(gòu)2、梯形框架3、橫向加勁肋4、縱向加勁肋5、空心方管6、墻體7、柔性材料8、邊坡模體9、層面10、次級(jí)節(jié)理11。

實(shí)施例基本如附圖1所示：本實(shí)施例提供的本發(fā)明公開了一種適用于巖、土邊坡的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖?，在設(shè)計(jì)本次試驗(yàn)所用模型箱時(shí)，需要考慮以下三方面的要求：①振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面尺寸及承載能力的限制。臺(tái)面大小為1.2m×1.2m，重量限制為1000kg。②試驗(yàn)過程中能方便觀測(cè)。由于試驗(yàn)中的邊坡設(shè)計(jì)為平面應(yīng)變模型，應(yīng)便于從模型箱兩側(cè)觀察邊坡的變形破壞過程。③與臺(tái)面的螺栓連接。應(yīng)在模型箱底部設(shè)計(jì)足夠多螺栓孔，保證模型箱能與振動(dòng)臺(tái)面一起運(yùn)動(dòng)。④動(dòng)力邊界處理。由于模型箱的存在，半無限長度的邊坡被人為截?cái)?，截?cái)嗪蟮哪Ｐ瓦吰屡c模型箱之間的邊界應(yīng)滿足邊坡變形及地震波傳播的要求。試驗(yàn)中采用了角鋼和鋼板焊接而成的剛性模型箱，考慮到邊坡的外輪廓及模型制作的方便，模型箱的側(cè)面形狀設(shè)計(jì)為梯形，考慮試驗(yàn)中模型邊坡的受力為平面應(yīng)變問題，理論上，模型的厚度尺寸不會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響。剛性模型箱兩個(gè)側(cè)面采用有機(jī)鋼化玻璃，以便于觀察試驗(yàn)中邊坡的破壞過程，為減小有機(jī)玻璃板與模型接觸面上的摩阻力，在有機(jī)玻璃板上粘貼光滑的聚氯乙烯薄膜，薄膜表面涂潤滑油。當(dāng)螺栓擰緊，實(shí)現(xiàn)剛性模型箱功能時(shí)，模型箱后壁加襯40mm厚泡沫墊層以減小模型箱邊界效應(yīng)。

具體的，該模型箱由底座1、圍護(hù)結(jié)構(gòu)2、梯形框架3、橫向加勁肋4、縱向加勁肋5、空心方管6和墻體7組裝而成，底座1用于與振動(dòng)臺(tái)(未畫出)連接，其上方自下而上依次設(shè)置圍護(hù)結(jié)構(gòu)2、梯形框架3；并定義：在順沿振動(dòng)臺(tái)水平振動(dòng)的方向上，模型箱前、后端為前、后側(cè)，在與振動(dòng)臺(tái)水平振動(dòng)方向垂直的方向上，模型箱左、右兩端為兩邊側(cè)，而梯形框架3的后側(cè)外壁且沿其高度方向自下而上疊合有多個(gè)空心方管6，前側(cè)外壁設(shè)置橫向加勁肋4，兩邊側(cè)內(nèi)壁設(shè)置墻體7，兩邊側(cè)外壁對(duì)稱設(shè)置縱向加勁肋5；該底板1上有若干孔洞，可將模型箱與振動(dòng)臺(tái)連接；梯形框架3由角鋼焊接而成；圍護(hù)結(jié)構(gòu)2、橫向加勁肋4、縱向加勁肋5、空心方管6和墻體7與梯形框架3均采用螺栓可拆卸的連接；空心方管兩端是采用螺栓連接于兩邊側(cè)上的，通過調(diào)節(jié)空心方管的螺栓的松緊來分別實(shí)現(xiàn)層狀剪切模型箱、剛性模型箱的功能；該橫向加勁肋4與縱向加勁肋5的設(shè)計(jì)，可以增強(qiáng)模型箱的梯形框架3的整體剛度。

本實(shí)施例中的底座1靠近梯形框架3后側(cè)的一端設(shè)有與水平相交的連續(xù)三段斜面，三段斜面的傾角由下至上依次為30°、45°、60°。這樣，可便于在制作傾角較大的邊坡模體9坡體時(shí)，模型箱旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度后能與地面為面接觸，并可使邊坡模體的各分層層面在制作過程中始終處于近似水平狀態(tài)，利于加工制作。

本實(shí)施例中的墻體7具有較大剛度且為透明材料，如鋼化玻璃，厚度為1cm，便于制作邊坡模體9及觀察邊坡模體9的破壞情況。

本實(shí)施例中的相鄰的兩個(gè)空心方管6的接觸面之間涂有潤滑油。這樣，可減小空心方管之間的摩擦力。

本實(shí)施例中的模型箱內(nèi)壁設(shè)有一定強(qiáng)度、厚度的柔性材料8，以消除邊界發(fā)射效應(yīng)。具體的，在空心方管6的螺栓擰緊，實(shí)現(xiàn)模型箱的剛性功能時(shí)，為了消除邊界反射效應(yīng)，模型箱的圍護(hù)結(jié)構(gòu)2前側(cè)內(nèi)壁及圍護(hù)結(jié)構(gòu)2和梯形框架3后側(cè)內(nèi)壁均加設(shè)有40mm厚聚苯乙烯塑料泡沫板，在空心方管6的螺栓松開，實(shí)現(xiàn)模型箱的層狀剪切功能時(shí)，為避免土體從方形管之間的縫隙中外漏，梯形框架3后側(cè)內(nèi)壁則加設(shè)5mm橡膠膜；此外，模型箱的兩邊側(cè)內(nèi)壁均粘貼光滑的聚氯乙烯薄膜，聚氯乙烯薄膜與墻體7相接觸的表面涂有潤滑油。

下面闡述下本發(fā)明適用于巖、土邊坡的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)方法，本次振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了三個(gè)順層巖質(zhì)邊坡模體，其主要的區(qū)別在于邊坡層面傾角和平整度的不同。模型一的層面傾角設(shè)為水平(如圖3a所示)，以研究平緩巖層岸坡在頻發(fā)微震下累積損傷演化特征及最終的破壞模式；模型二、模型三的層面傾角分別為30°、60°，其中模型二的層面在坡面出露，模型三的層面與坡面平行(如圖3b、3c所示)，以這兩個(gè)坡體來研究中傾順層坡、陡傾順層坡在頻發(fā)微震作用下的累積損傷特征及破壞模式。

具體包括如下步驟：

1)、確定欲試驗(yàn)用模型邊坡的類型(土質(zhì)或巖質(zhì)邊坡)，并根據(jù)該類型進(jìn)行模型箱的組裝；

1.1)、根據(jù)邊坡模體9的設(shè)計(jì)尺寸及分層厚度在模型箱兩邊側(cè)的墻體7外描繪相應(yīng)的各分層層面輪廓線；

1.2)、根據(jù)邊坡模體的類型選擇合適的柔性材料8布置于模型箱內(nèi)；所述柔性材料為：在與水平振動(dòng)方向垂直的方向上，模型箱的前、后側(cè)內(nèi)壁襯40mm聚苯乙烯塑料泡沫板或5mm橡膠膜，在順沿水平振動(dòng)的方向上，模型箱的兩邊側(cè)內(nèi)壁粘貼光滑的聚氯乙烯薄膜，聚氯乙烯薄膜與墻體7相接觸的表面涂有潤滑油；

1.3)、根據(jù)邊坡模體的分層層面10傾角將模型箱旋轉(zhuǎn)適宜的角度并加設(shè)支撐固定；

2)、利用組裝出的所述模型箱建造該類型的邊坡模體9；

2.1)、根據(jù)邊坡模體9各分層的幾何尺寸及密度值，算出各分層所需的混合料，并將該混合料所對(duì)應(yīng)的干料按照相似材料配比、稱量后在攪拌機(jī)內(nèi)攪拌均勻；

2.2)、將拌和均勻的干料倒出，并在稱量好的水中加入甘油及石膏緩凝劑后分若干次加入該干料中進(jìn)行人工拌和均勻；由于加水后的混合料(濕料)在攪拌機(jī)中拌和時(shí)容易粘結(jié)成團(tuán)，包裹部分干料，為使?jié)窳蠑嚢杈鶆颍臑楦闪霞铀斯嚢璧姆绞剑?/p>

2.3)、將拌和均勻的拌和料鏟入模型箱中，采用專門加工的小型夯錘壓實(shí)至設(shè)計(jì)的密實(shí)度，為保證壓實(shí)效果，每次碾壓的厚度控制在5cm～10cm，直至厚度達(dá)到墻體外描繪的該分層層面輪廓線，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求放置相應(yīng)的測(cè)試元件；

2.4)、在該分層的拌和料壓實(shí)平整且尚未初凝前進(jìn)行正交次級(jí)節(jié)理11的切割，即采用2mm薄鋼板垂直切割并帶入聚氯乙烯薄膜；該次級(jí)節(jié)理的切割間距等于該分層厚度，切割深度等于2/3該分層厚度；

2.5)、對(duì)該分層進(jìn)行相應(yīng)的層面10鑿毛處理，并鋪撒一層2～3mm薄石英砂；

2.6)、為了使邊坡模體9達(dá)到設(shè)計(jì)坡角，隨著邊坡模體9建造高度的增加，需要在坡面進(jìn)行支模，并重復(fù)步驟2.1)～2.5)，直到邊坡模體達(dá)到設(shè)計(jì)的高度；

3)、將建造出的所述邊坡模體9在該模型箱內(nèi)靜置1～2天；

4)、利用振動(dòng)臺(tái)安裝帶有該邊坡模體9的模型箱，并加載相應(yīng)的地震波形，記錄數(shù)據(jù)，完成試驗(yàn)。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。