實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的模型試驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的模型試驗(yàn)裝置，包括滑坡模型系統(tǒng)、應(yīng)力應(yīng)變測試系統(tǒng)和PIV測試系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明試驗(yàn)裝置可以很好地模擬導(dǎo)致滑坡滑動的放坡開挖過程，并且能很好地模擬在不同滑面形態(tài)下滑坡的受力以及位移狀態(tài)；本發(fā)明試驗(yàn)裝置在滑面上布置有高精度位移、壓力以及剪切應(yīng)力傳感器，能實(shí)時(shí)精確地量測土體的壓力、剪切應(yīng)力以及位移變化情況；在模型上方設(shè)置高精度的攝像機(jī)，同時(shí)用PIV技術(shù)可以實(shí)時(shí)量測滑坡表面全過程坡體位移圖像；本發(fā)明模型試驗(yàn)裝置操作方便，涉及的儀器構(gòu)造簡單，可調(diào)性強(qiáng)，易于掌握。
【專利說明】
實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的模型試驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及到一種應(yīng)用于巖土工程的滑坡模型試驗(yàn)裝置，尤其是一種可模擬放坡 開挖滑坡過程且對不同滑面形態(tài)下滑體位移、應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)量測的模型試驗(yàn) 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 對不同誘因下滑坡滑動時(shí)滑體的受力情況以及位移應(yīng)力變化規(guī)律的研究和探索 一直是巖土工程中的關(guān)鍵問題。國內(nèi)外學(xué)者在對這一問題進(jìn)行研究時(shí)，一般是采用建立適 當(dāng)?shù)幕履Ｐ瓦M(jìn)行模型試驗(yàn)，在對滑坡的誘因進(jìn)行研究時(shí)，一般對推移式滑坡研究的比較 深入，對牽引式滑坡的研究較少。在實(shí)際中，牽引式滑坡的受力情況以及應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律 與推移式滑坡不盡相同，因此對牽引式滑坡的受力情況以及坡體應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律的探索對巖 土工程具有重要意義，放坡開挖導(dǎo)致的滑坡滑動是一種典型的牽引式滑坡滑動情況。
[0003] 對滑坡沿一定滑面滑動時(shí)滑體受力情況以及位移變化規(guī)律進(jìn)行研究時(shí)，采用滑坡 模型進(jìn)行模型試驗(yàn)，試驗(yàn)中對滑坡滑面形態(tài)的選定主要集中于采用假定的或相似于實(shí)際滑 坡的固定滑面。在實(shí)際中，滑坡滑面形態(tài)存在多樣性，不僅存在一般意義上研究的凹形滑 面，還有直線形，階梯形，甚至凸形滑面。具有不同的滑面形態(tài)的滑坡，在滑坡發(fā)生滑動時(shí)， 滑體各區(qū)域應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律以及坡體表面形態(tài)的變化形式不盡相同。因此，進(jìn)行不同滑 面形態(tài)下滑體位移以及應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律的研究對巖土工程具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種可模擬放坡開挖滑坡過程 且對不同滑面形態(tài)下滑體位移、應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)量測的模型試驗(yàn)裝置，本發(fā)明 裝置儀器構(gòu)造簡單，可調(diào)性強(qiáng)，操作方便，易于掌握。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案： 實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的模型試驗(yàn)裝置，包括滑坡模型系統(tǒng)、位移應(yīng)力 測試系統(tǒng)和PIV測試系統(tǒng);滑坡模型系統(tǒng)包括滑坡滑面和滑坡滑面角度調(diào)節(jié)裝置，滑坡滑面 包括斜滑面和水平滑面，滑坡滑面角度調(diào)節(jié)裝置位于斜滑面下方;位移應(yīng)力測試系統(tǒng)包括 位移傳感器，壓力傳感器和剪切應(yīng)力傳感器，位移傳感器設(shè)置在斜滑面上邊緣，壓力傳感 器、剪切應(yīng)力傳感器設(shè)置在斜滑面上，位移傳感器，壓力傳感器和剪切應(yīng)力傳感器均與處理 器連接;PIV測量系統(tǒng)包括泛光燈光源、CCD高速相機(jī)，CCD高速相機(jī)設(shè)置在模型試驗(yàn)裝置前 面，泛光燈光源設(shè)置在模型試驗(yàn)裝置前面的上方，CCD高速相機(jī)與處理器連接。
[0006] 滑坡滑面由第一、二、三、四滑面板鉸接連接，第一、二、三、四滑面板分別由兩塊相 同尺寸的滑面板鉸接而成。
[0007] 所述滑坡滑面角度調(diào)節(jié)裝置有三組，第一組位于第一滑面板長度的1/3~2/3的水 平中心處，第二組位于第二滑面板長度的1/3~2/3的水平中心處，第三組位于第三滑面板 長度的1/3~2/3的水平中心處，三組滑坡滑面角度調(diào)節(jié)裝置均是底端固定，頂端通過萬向 接頭與滑面板相連。
[0008] 所述滑坡滑面角度調(diào)節(jié)裝置為千斤頂或液壓缸或氣壓缸。
[0009] 位移傳感器至少有四個(gè)，水平對稱的設(shè)置在斜滑面上，位移傳感器與滑坡滑面頂 端的距離為斜滑面長度的1/12~1/6,最外側(cè)位移傳感器與滑坡滑面?zhèn)冗叺木嚯x為滑面寬 度的/12~1/8。
[0010]位移傳感器有五個(gè)，水平對稱設(shè)置在斜滑面上，第一與第五、第二與第四位移傳感 器關(guān)于第三位移傳感器對稱，五個(gè)位移傳感器與滑坡滑面頂端的距離均為斜滑面長度的1/ 12~1/6,第一、第五位移傳感器與滑坡滑面?zhèn)冗叺木嚯x為滑面寬度的1/12~1/8;第二、第 四位移傳感器與滑坡滑面?zhèn)冗叺木嚯x為滑面寬度的1/5~1/3。
[0011] 五個(gè)位移傳感器與滑坡滑面頂端的距離均為斜滑面長度的1/10,第一、第五位移 傳感器與滑坡滑面?zhèn)冗叺木嚯x為滑面寬度的1/9;第二、第四位移傳感器與滑坡滑面?zhèn)冗叺?距離為滑面寬度的1/4。
[0012] 壓力傳感器至少有六個(gè)，水平對稱的均勻分布在斜滑面上，最外側(cè)壓力傳感器與 滑坡滑面?zhèn)冗叺木嚯x為滑面寬度的1/7~1/6,壓力傳感器與滑坡滑面頂端的距離分別為斜 滑面長度的1/6~1/4，1/3~2/3,3/4~5/6。
[0013] 壓力傳感器有九個(gè)，水平對稱的均勻分布在斜滑面上，第一、二、三壓力傳感器水 平對稱的分布在第一滑面板上，第四、五、六壓力傳感器水平對稱的分布在第二滑面板上， 第七、八、九壓力傳感器水平對稱的分布在第三滑面板上，第一、四、七和第三、六、九壓力傳 感器分別關(guān)于第二、五、八壓力傳感器對稱，第一、四、七和第三、六、九壓力傳感器與滑坡滑 面?zhèn)冗叺木嚯x均為滑面寬度的1/7~1/6,第一、二、三壓力傳感器與滑坡滑面頂端的距離均 為斜滑面長度的1/6~1/4,第四、五、六壓力傳感器與滑坡滑面頂端的距離均為斜滑面長度 的1/3~2/3,第七、八、九壓力傳感器與滑坡滑面頂端的距離均為斜滑面長度的3/4~5/6。
[0014] 第一、四、七和第三、六、九壓力傳感器與滑坡滑面?zhèn)冗叺木嚯x均為滑面寬度的2/ 13,第一、二、三壓力傳感器與滑坡滑面頂端的距離均為斜滑面長度的1/5,第四、五、六壓力 傳感器與滑坡滑面頂端的距離均為斜滑面長度的1/2,第七、八、九壓力傳感器與滑坡滑面 頂端的距離均為斜滑面長度的4/5。
[0015] 剪切應(yīng)力傳感器至少有四個(gè)，均勻?qū)ΨQ的分布在斜滑面上，剪切應(yīng)力傳感器與滑 坡滑面頂端的距離分別為斜滑面長度的1/6~1/4、5/6~3/4。
[0016] 四個(gè)剪切應(yīng)力傳感器與滑坡滑面頂端的距離分別為斜滑面長度的1/5、4/5。
[0017] 水平方向的上支護(hù)擋板距離滑坡滑面頂端的距離為斜滑面長度的1/10-2/5,下支 護(hù)擋板距離滑坡滑面底端的距離為水平滑面長度的1/3。
[0018] 采用模型試驗(yàn)裝置實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的試驗(yàn)方法，具體步驟 為： a. 安裝好模型試驗(yàn)裝置，垂直安裝支護(hù)擋板，調(diào)節(jié)千斤頂高度，調(diào)節(jié)斜滑面傾斜角度； b. 將標(biāo)定好的位移傳感器、壓力傳感器和剪切應(yīng)力傳感器布置在滑坡滑面相應(yīng)位置； c. 將預(yù)先制作好的土樣置于滑坡滑面上的支護(hù)擋板內(nèi)，從滑面底端開始分層夯實(shí)； d. 在模型試驗(yàn)裝置前面對稱設(shè)置交直流LED泛光燈，打開PIV測試系統(tǒng)，包括硬件部分 和軟件部分，對PIV測試系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定； e. 放坡開挖土體，只開挖模型試驗(yàn)裝置底端水平滑面上的土體，開挖方式為分步開挖， 從土體中間開挖，開挖后靜止一段時(shí)間，然后從土體中間同步向兩邊開挖，開挖后靜止一段 時(shí)間，直至滑坡發(fā)生明顯滑動破壞； f.滑面底部土體放坡開挖的同時(shí)，位移應(yīng)力測試系統(tǒng)和PIV測試系統(tǒng)工作，實(shí)時(shí)量測滑 坡土體位移、壓力、剪切應(yīng)力以及表面形態(tài)的變化，滑坡發(fā)生明顯滑動破壞時(shí)結(jié)束試驗(yàn)，得 出滑坡發(fā)生明顯滑動破壞過程中的土體位移、壓力、剪切應(yīng)力以及表面形態(tài)的變化規(guī)律。
[0019] 步驟e中先拆除支護(hù)擋板，然后開始放坡開挖土體。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1.本發(fā)明試驗(yàn)裝置可以很好地模擬導(dǎo)致滑坡滑動的放坡開挖過程，并且能很好地模擬 在不同滑面形態(tài)下滑坡的受力以及位移狀態(tài)。
[0021] 2.本發(fā)明試驗(yàn)裝置在滑面上布置有高精度壓力、位移以及剪切應(yīng)力傳感器，能實(shí) 時(shí)精確地量測土體的壓力、剪切應(yīng)力以及位移變化情況。
[0022] 3.本發(fā)明試驗(yàn)裝置在模型上方設(shè)置高精度的攝像機(jī)，同時(shí)用PIV技術(shù)可以實(shí)時(shí)量 測滑坡表面全過程坡體位移圖像。
[0023] 4.本發(fā)明模型試驗(yàn)裝置操作方便，涉及的儀器構(gòu)造簡單，可調(diào)性強(qiáng)，易于掌握。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明模型試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的側(cè)視圖； 圖3是本發(fā)明滑坡滑面的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明位移應(yīng)力測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明PIV測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明模型試驗(yàn)裝置放坡開挖流程圖； 圖7是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是本發(fā)明實(shí)施例7的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是本發(fā)明實(shí)施例8的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖10是本發(fā)明實(shí)施例9的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖11是實(shí)施例1中土體位移隨開挖寬度的變化曲線圖； 圖12是實(shí)施例1中土體壓力隨開挖寬度的變化曲線圖； 圖13是實(shí)施例1中土體剪應(yīng)力隨開挖寬度的變化曲線圖； 圖14是實(shí)施例2中土體位移隨開挖寬度的變化曲線圖； 圖15是實(shí)施例2中土體壓力隨開挖寬度的變化曲線圖； 圖16是實(shí)施例3中土體位移隨開挖寬度的變化曲線圖； 圖17是實(shí)施例3中土體壓力隨開挖寬度的變化曲線圖； 圖18是實(shí)施例3中土體剪應(yīng)力隨開挖寬度的變化曲線圖； 圖19是實(shí)施例4中土體位移隨開挖寬度的變化曲線圖； 圖20是實(shí)施例4中土體壓力隨開挖寬度的變化曲線圖； 圖21是實(shí)施例4中土體剪應(yīng)力隨開挖寬度的變化曲線圖； 圖22是實(shí)施例5中土體位移隨開挖寬度的變化曲線圖； 圖23是實(shí)施例5中土體壓力隨開挖寬度的變化曲線圖； 圖24是實(shí)施例5中土體剪應(yīng)力隨開挖寬度的變化曲線圖； 圖25是實(shí)施例6中土體位移隨開挖寬度的變化曲線圖； 圖26是實(shí)施例6中土體壓力隨開挖寬度的變化曲線圖； 圖27是實(shí)施例6中土體剪應(yīng)力隨開挖寬度的變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1-2所示，實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的模型試驗(yàn)裝置，包括滑坡模 型系統(tǒng)、位移應(yīng)力測試系統(tǒng)和PIV測試系統(tǒng);滑坡模型系統(tǒng)包括滑坡滑面1和滑坡滑面角度 調(diào)節(jié)裝置4，滑坡滑面包括斜滑面2和水平滑面3，滑坡滑面1由第一、二、三、四滑面板鉸接連 接，第一、二、三、四滑面板分別由兩塊相同尺寸的滑面板5鉸接而成，見圖3,滑坡滑面角度 調(diào)節(jié)裝置4位于斜滑面2下方;如圖4所示，位移應(yīng)力測試系統(tǒng)包括位移傳感器7，壓力傳感器 8和剪切應(yīng)力傳感器9,位移傳感器7設(shè)置在斜滑面2上邊緣，壓力傳感器8、剪切應(yīng)力傳感器9 設(shè)置在斜滑面2上，所屬傳感器均設(shè)在滑面上，鋪設(shè)土體后與土體相接觸，位移傳感器7，壓 力傳感器8和剪切應(yīng)力傳感器9均與處理器（圖中未顯示)連接;如圖5所示，PIV測量系統(tǒng)包 括泛光燈光源11、CXD高速相機(jī)12，C⑶高速相機(jī)12設(shè)置在模型試驗(yàn)裝置前面，泛光燈光源11 設(shè)置在模型試驗(yàn)裝置前面的上方，C⑶高速相機(jī)12與處理器連接;處理器包括數(shù)據(jù)處理器和 圖像采集處理器13,位移傳感器，壓力傳感器和剪切應(yīng)力傳感器均與處理器中的數(shù)據(jù)處理 器連接，C⑶高速相機(jī)與處理器中的圖像采集處理器連接。
[0026]所述滑坡滑面角度調(diào)節(jié)裝置有三組，為千斤頂或液壓缸或氣壓缸，三組滑坡滑面 角度調(diào)節(jié)裝置均是底端固定在地面上或工作臺面上，頂端通過萬向接頭與滑面板5相連第 一組位于第一滑面板長度的1/3~2/3的水平中心處，第二組位于第二滑面板長度的1/3~ 2/3的水平中心處，第三組位于第三滑面板長度的1/3~2/3的水平中心處。
[0027] 位移傳感器至少有四個(gè)，水平對稱的設(shè)置在斜滑面上，位移傳感器與滑坡滑面頂 端的距離為斜滑面長度的1/12~1/6,最外側(cè)位移傳感器與滑坡滑面?zhèn)冗叺木嚯x為滑面寬 度的/12~1/8。
[0028] 位移傳感器有五個(gè)，水平對稱設(shè)置在斜滑面上，第一與第五、第二與第四位移傳感 器關(guān)于第三位移傳感器對稱，五個(gè)位移傳感器與滑坡滑面頂端的距離均為斜滑面長度的1/ 12~1/6，最佳距離為斜滑面長度的1/10;第一、第五位移傳感器與滑坡滑面?zhèn)冗叺木嚯x為 滑面寬度的1/12~1/8,最佳距離為滑面寬度的1/9;第二、第四位移傳感器與滑坡滑面?zhèn)冗?的距離為滑面寬度的1/5~1/3,最佳距離為滑面寬度的1/4。
[0029]壓力傳感器至少有六個(gè)，水平對稱的均勻分布在斜滑面上，最外側(cè)壓力傳感器與 滑坡滑面?zhèn)冗叺木嚯x為滑面寬度的1/7~1/6,壓力傳感器與滑坡滑面頂端的距離分別為斜 滑面長度的1/6~1/4，1/3~2/3,3/4~5/6。
[0030]壓力傳感器有九個(gè)，水平對稱的均勻分布在斜滑面上，第一、二、三壓力傳感器水 平對稱的分布在第一滑面板上，第四、五、六壓力傳感器水平對稱的分布在第二滑面板上， 第七、八、九壓力傳感器水平對稱的分布在第三滑面板上，第一、四、七和第三、六、九壓力傳 感器分別關(guān)于第二、五、八壓力傳感器對稱，第一、四、七和第三、六、九壓力傳感器與滑坡滑 面?zhèn)冗叺木嚯x均為滑面寬度的1/7~1/6,最佳距離為滑面寬度的2/13,第一、二、三壓力傳 感器與滑坡滑面頂端的距離均為斜滑面長度的1/6~1/4,最佳距離為斜滑面長度的1/5,第 四、五、六壓力傳感器與滑坡滑面頂端的距離均為斜滑面長度的1/3~2/3,最佳距離為斜滑 面長度的1/2,第七、八、九壓力傳感器與滑坡滑面頂端的距離均為斜滑面長度的3/4~5/6， 最佳距離為斜滑面長度的4/5。
[0031]剪切應(yīng)力傳感器至少有四個(gè)，均勻?qū)ΨQ的分布在斜滑面上，剪切應(yīng)力傳感器與滑 坡滑面頂端的距離分別為斜滑面長度的1/6~1/4、5/6~3/4,最佳距離分別為斜滑面長度 的1/5、4/5。
[0032]滑坡滑面邊緣設(shè)有垂直于滑坡滑面的支護(hù)擋板6,水平方向的上支護(hù)擋板距離滑 坡滑面頂端的距離為斜滑面長度的1/10-2/5，下支護(hù)擋板距離滑坡滑面底端的距離為水平 滑面長度的1/3。
[0033] 如圖6所示，采用模型試驗(yàn)裝置實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的試驗(yàn)方法， 具體步驟為： a. 安裝好模型試驗(yàn)裝置，垂直安裝支護(hù)擋板，調(diào)節(jié)千斤頂高度，調(diào)節(jié)斜滑面傾斜角度； b. 將標(biāo)定好的位移傳感器、壓力傳感器和剪切應(yīng)力傳感器布置在滑坡滑面相應(yīng)位置； c. 將預(yù)先制作好的土樣置于滑坡滑面上的支護(hù)擋板內(nèi)，從滑面底端開始分層夯實(shí)； d. 在模型試驗(yàn)裝置前面對稱設(shè)置交直流LED泛光燈，打開PIV測試系統(tǒng)，包括硬件部分 和軟件部分，對PIV測試系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定； e. 放坡開挖土體，或拆除支護(hù)擋板厚，開始放坡開挖土體10，只開挖模型試驗(yàn)裝置底端 水平滑面上的土體10,開挖方式為分步開挖，從土體中間開挖，開挖后靜止一段時(shí)間，待各 傳感器穩(wěn)定，然后從土體中間同步向兩邊開挖，開挖后靜止一段時(shí)間，直至滑坡發(fā)生明顯滑 動破壞，開挖后靜止一段時(shí)間可以為1〇-3〇111；[11，較佳值為10111；[11、15111；[11、20111；[11、25111；[11、 30min； f. 滑面底部土體放坡開挖的同時(shí)，位移應(yīng)力測試系統(tǒng)和PIV測試系統(tǒng)工作，實(shí)時(shí)量測滑 坡土體位移、壓力、剪切應(yīng)力以及表面形態(tài)的變化，滑坡發(fā)生明顯滑動破壞時(shí)結(jié)束試驗(yàn)，得 出滑坡發(fā)生明顯滑動破壞過程中的土體位移、壓力、剪切應(yīng)力以及表面形態(tài)的變化規(guī)律。
[0034] 實(shí)施例1 實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的模型試驗(yàn)裝置，包括滑坡模型系統(tǒng)、位移應(yīng)力 測試系統(tǒng)和PIV測試系統(tǒng);滑坡模型系統(tǒng)包括滑坡滑面和三組千斤頂，滑坡滑面包括斜滑面 和水平滑面，斜滑面是由由寬度為1300mm，厚度20mm，長度分別是400mm、300mm、300mm的第 一、二、三滑面板鉸接連接，水平滑面由相同寬度厚度，長度為600mm的第一四滑面板組成， 與斜滑面的第三滑面板鉸接，且第一、二、三、四滑面板又分別由兩塊相同尺寸的小滑面板 鉸接而成，滑面板可以是有機(jī)玻璃或玻璃鋼板等有一定強(qiáng)度的光滑平板;千斤頂位于斜滑 面下方，底端固定在地面上或工作臺面上，頂端通過萬向接頭與滑面板相連，千斤頂頂端能 做豎直方向和水平方向的運(yùn)動，第一組千斤頂在距離滑面頂端200mm，距離滑面兩側(cè)邊 650mm處，調(diào)節(jié)高度為400mm，第二組千斤頂在距離滑面頂端550mm處，調(diào)節(jié)高度為225mm，第 三組千斤頂在距離滑面頂端800mm處，調(diào)節(jié)高度為100mm，第二組、第三組千斤頂與第一組千 斤頂在同一中心線上。上述千斤頂還可以替換為液壓缸或氣壓缸。
[0035] 在距滑面頂端200mm和滑面底端200mm處設(shè)有垂直于滑面的水平支護(hù)擋板，沿滑面 兩側(cè)邊緣設(shè)有垂直于滑面的豎直支護(hù)擋板，擋板寬度為l〇mm，高度為60mm，兩側(cè)邊的擋板長 度分別為300mm、300mm、300mm、400mm，橫向支護(hù)擋板長度為1280mm，支護(hù)擋板可以是有機(jī)玻 璃或玻璃鋼板等有一定強(qiáng)度的光滑平板，支護(hù)擋板可拆卸。
[0036] 位移應(yīng)力測試系統(tǒng)包括位移傳感器，壓力傳感器和剪切應(yīng)力傳感器，壓力傳感器 和剪切應(yīng)力傳感器均與數(shù)據(jù)處理器連接;位移傳感器水平對稱的設(shè)置在斜滑面的上邊緣， 第一位移傳感器(hi)與第五位移傳感器(h5)對稱布置，與滑面頂端距離100mm，與滑面兩側(cè) 邊距離均為150mm，第二位移傳感器(h2)與第四位移傳感器(h4)對稱布置，與滑面頂端距離 100mm，與滑面兩側(cè)邊距離均為400mm，第三位移傳感器(h3)位于第二與第四位移傳感器 (h2、h4)的中心點(diǎn)上； 壓力傳感器水平對稱的均勻設(shè)置在斜滑面上，第一、二、三壓力傳感器(P1、P2、P3)水平 對稱的分布在第一滑面板上，第四、五、六壓力傳感器(P4、P5、P6)水平對稱的分布在第二滑 面板上，第七、八、九壓力傳感器(P7、P8、P9)水平對稱的分布在第三滑面板上，第一、四、七 (卩1、？4、？7)和第三、六、九壓力傳感器(？3、？6、？9)分別關(guān)于第二、五、八壓力傳感器(？2、卩5、 P8)對稱，第一、四、七(PI、P4、P7)和第三、六、九(P3、P6、P9)壓力傳感器與滑坡滑面兩側(cè)邊 的距離均為200mm，與滑面頂端的距離分別為200mm、500mm、800mm; 剪切應(yīng)力傳感器均勻?qū)ΨQ的設(shè)置在斜滑面上，且位于支護(hù)擋板內(nèi)側(cè)，第一和第二剪切 應(yīng)力傳感器(S1、S2)水平對稱，與滑坡滑面頂端的距離為200mm，第三和第四剪切應(yīng)力傳感 器(S3、S4)水平對稱，與滑坡滑面頂端的距離為800mm; 位移傳感器采用型號MLT-38000201，量程26mm的傳感器;壓力傳感器采用型號P306S-01，直徑6mm，高度2.5mm，量程精度為0. lkg/cm2;剪切應(yīng)力傳感器采用型號S10-005，尺寸 10mm*10mm，厚度 10mm，量程精度為 0.05kg/cm2〇
[0037] PIV測量系統(tǒng)包括泛光燈光源、CXD高速相機(jī)，C⑶高速相機(jī)設(shè)置在模型試驗(yàn)裝置前 面，泛光燈光源設(shè)置在模型試驗(yàn)裝置前面的上方，CCD高速相機(jī)與處理器的圖像處理器連 接。
[0038] 泛光燈光源為額定功率30W的交直流LED泛光燈;CXD高速相機(jī)為德國LaVision開 發(fā)，它采用SONY科研級芯片，分辨率為1626pixelX 1236pixel，像素尺寸為4·4μπιΧ4·4μπι， 曝光時(shí)間為l〇〇ys X 80ms，采集速率可達(dá)200fps，同時(shí)提供了Camlink專用接口；軟件系統(tǒng)采 用德國LaVision公司DaVis 8.0系列軟件及PIVview2C軟件完成滑坡滑動全過程土體位移 圖像的采集分析與展示工作。
[0039]采用模型試驗(yàn)裝置實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的試驗(yàn)方法，具體步驟為 a. 安裝好模型試驗(yàn)裝置，調(diào)節(jié)千斤頂高度使滑面整體呈30°角，滑面為直線型滑面，在 滑坡滑面邊緣垂直安裝支護(hù)擋板； b. 將標(biāo)定好的位移傳感器、壓力傳感器和剪切應(yīng)力傳感器布置在滑坡滑面相應(yīng)位置； c. 將預(yù)先制作好的土樣置于滑坡滑面上的支護(hù)擋板內(nèi)，從滑面底端開始分層夯實(shí)，夯 實(shí)后的土層高度為60mm，斜滑面上的土體覆蓋范圍是900mm; 本試驗(yàn)采用粉粘土，在滑坡滑面上的土體采用木錘分層夯實(shí)的方法，每層夯實(shí)厚度為 2cm，共分3層。土體上表面放置木板，木錘均勻敲擊木板，木錘起始高度以及夯擊次數(shù)嚴(yán)格 控制，不同的夯擊次數(shù)對土體密度的影響如下表1，本實(shí)施例中采用土層夯擊次數(shù)為20次， 土體密度為1.74g/cm 3的土體； 表1
d. 在模型試驗(yàn)裝置前面上方對稱設(shè)置交直流LED泛光燈，打開PIV測試系統(tǒng)，包括硬件 部分和軟件部分，對PIV測試系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定； e. 放坡開挖土體，只開挖模型試驗(yàn)裝置底端水平滑面上的土體，將長度為1300mm，寬度 為400mm的土體等分為26條為50*400mm的條狀土體，從左到右依次標(biāo)號為1-26，第一步開挖 土體13、14，開挖后靜止10_30min，第二步開挖土體12、15，靜止10_30min，…，第η步開挖土 體(14-η)、（13+η)，其中η為正整數(shù)，且11<13，靜止1〇-3〇!^11，直至滑坡發(fā)生明顯滑動破壞； f. 滑面底部土體放坡開挖的同時(shí)，位移應(yīng)力測試系統(tǒng)和PIV測試系統(tǒng)工作，實(shí)時(shí)量測滑 坡土體位移、壓力、剪切應(yīng)力以及表面形態(tài)的變化，滑坡發(fā)生明顯滑動破壞時(shí)結(jié)束試驗(yàn)，得 出滑坡發(fā)生明顯滑動破壞過程中的土體位移、壓力、剪切應(yīng)力以及表面形態(tài)的變化規(guī)律，見 表2-4及圖11-13。

[0040] 實(shí)施例2 實(shí)施例2中布置6個(gè)壓力傳感器，對實(shí)施例1相比去掉第一二、三壓力傳感器(PI、P2、 P3)，滑坡滑面上水平方向的上支護(hù)擋板向下移動，確保斜滑面上的土體覆蓋范圍是600mm， 其余試驗(yàn)條件與實(shí)施例1相同，得出滑坡發(fā)生明顯滑動破壞過程中的土體位移、壓力、剪切 應(yīng)力以及表面形態(tài)的變化規(guī)律，位移傳感器設(shè)置在土體覆蓋范圍外，因此位移傳感器未測 得位移變化，土體壓力、剪切應(yīng)力隨開挖寬度的變化見表5-6及圖14-15,剪切應(yīng)力傳感器 SI、S2位于土體覆蓋范圍外，因此剪切應(yīng)力傳感器SI、S2未測得數(shù)據(jù)，在表6及圖15中不顯 /Jn 〇

[0041 ] 實(shí)施例3 如圖7所示，調(diào)節(jié)千斤頂高度使滑面整體呈50°，其余試驗(yàn)條件與實(shí)施例1相同，得出滑 坡發(fā)生明顯滑動破壞過程中的土體位移、壓力、剪切應(yīng)力以及表面形態(tài)的變化規(guī)律，見表7-9 及圖 16-18。
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調(diào)節(jié)千斤頂高度使滑面整體呈50°，放坡開挖土體千拆除支護(hù)擋板，其余試驗(yàn)條件與實(shí) 施例1相同，得出滑坡發(fā)生明顯滑動破壞過程中的土體位移、壓力、剪切應(yīng)力以及表面形態(tài) 的變化規(guī)律見表10-12及圖19-21。

[0043] 實(shí)施例5 調(diào)節(jié)千斤頂伸長量改變滑面的傾角，使三段滑面從頂端向下依次呈30°、30°、50°，其余 試驗(yàn)條件與實(shí)施例1相同，得出滑坡發(fā)生明顯滑動破壞過程中的土體位移、壓力、剪切應(yīng)力 以及表面形態(tài)的變化規(guī)律，土體壓力、剪切應(yīng)力變化規(guī)律見表13-15及圖22-24。

[0044] 實(shí)施例6 采用土層窮擊次數(shù)為30次，土體密度為1.83g/cm3的土體，其余試驗(yàn)條件與實(shí)施例1相 同，得出滑坡發(fā)生明顯滑動破壞過程中的土體位移、壓力、剪切應(yīng)力以及表面形態(tài)的變化規(guī) 律見表16-18及圖25-27。

L〇〇45」結(jié)論：1.從所有試驗(yàn)組的壓力數(shù)值變化情況中可以明顯的發(fā)現(xiàn)，壓力傳感器P5和 P8在開挖的過程中壓力有明顯的減少現(xiàn)象。
[0046] 2.試驗(yàn)組1與試驗(yàn)組3對比可以發(fā)現(xiàn)，開挖寬度在0.7m~0.8m時(shí)，土體失穩(wěn)，隨著滑 坡角度的增加，最大開挖寬度有變小的趨勢。
[0047] 3.試驗(yàn)組1與試驗(yàn)組2對比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土體覆蓋范圍從0.8m變?yōu)?.6m時(shí)，壓力值有小 幅的減少。
[0048] 4.試驗(yàn)組3與試驗(yàn)組4對比可以發(fā)現(xiàn)，拆除支護(hù)擋板以后，壓力傳感器除P2，P5和P8 之外，都有小幅度的壓力減少現(xiàn)象。
[0049] 5.支護(hù)擋板上剪應(yīng)力值隨著模型傾角的變大，剪應(yīng)力值小幅增加;剪應(yīng)力值隨著 開挖寬度的增加，變化有小幅波動，但平均值變化較小。
[0050] 6.在滑坡模型夾角為30°時(shí)，坡頂中央位移感應(yīng)器3出現(xiàn)最大值，最大值為0.45mm; 在滑坡模型夾角為50°時(shí)，坡頂中央位移感應(yīng)器3出現(xiàn)最大值，最大值為0.55mm;在滑坡模型 夾角為30°轉(zhuǎn)50°時(shí)，坡頂中央位移感應(yīng)器3出現(xiàn)最大值，最大值為0.53mm。最大位移值均出 現(xiàn)在土體開挖寬度達(dá)到最大值時(shí)。
[0051 ] 實(shí)施例7 如圖8所示，通過調(diào)節(jié)液壓千斤頂伸長量改變滑面的傾角，使三段滑面從頂端向下依次 呈50°、40°、30°角，滑面為凹型滑面，可用來研究滑坡滑面為凹型時(shí)坡體位移、表面形態(tài)以 及壓力變化情況。
[0052] 實(shí)施例8 如圖9所示，通過調(diào)節(jié)液壓千斤頂伸長量改變滑面的傾角，使三段滑面從頂端向下依次 呈60°、40°、30°角，滑面為凹型滑面，可用來研究同樣是凹型滑面時(shí)角度變大時(shí)，對坡體位 移、表面形態(tài)以及壓力變化的影響。
[0053] 實(shí)施例9 如圖10所示，通過調(diào)節(jié)液壓千斤頂伸長量改變滑面的傾角，使三段滑面從頂端向下依 次呈50°、0°、50°角，滑面為階梯形型滑面，可用來研究滑面為階梯形時(shí)，坡體位移、表面形 態(tài)以及壓力變化情況。
[0054] 上面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但并不限于上述實(shí)施例，凡依據(jù)本 發(fā)明技術(shù)方案、技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效替換，都 屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的模型試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括滑坡模型 系統(tǒng)、位移應(yīng)力測試系統(tǒng)和PIV測試系統(tǒng);滑坡模型系統(tǒng)包括滑坡滑面和滑坡滑面角度調(diào)節(jié) 裝置，滑坡滑面包括斜滑面和水平滑面，滑坡滑面角度調(diào)節(jié)裝置位于斜滑面下方;位移應(yīng)力 測試系統(tǒng)包括位移傳感器，壓力傳感器和剪切應(yīng)力傳感器，位移傳感器設(shè)置在斜滑面上邊 緣，壓力傳感器、剪切應(yīng)力傳感器設(shè)置在斜滑面上，位移傳感器，壓力傳感器和剪切應(yīng)力傳 感器均與處理器連接;PIV測量系統(tǒng)包括泛光燈光源、CCD高速相機(jī)，CCD高速相機(jī)設(shè)置在模 型試驗(yàn)裝置前面，泛光燈光源設(shè)置在模型試驗(yàn)裝置前面的上方，CCD高速相機(jī)與處理器連 接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的模型試驗(yàn)裝置，其特征 在于:滑坡滑面由第一、二、三、四滑面板鉸接連接，第一、二、三、四滑面板分別由兩塊相同 尺寸的滑面板鉸接而成。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的模型試驗(yàn)裝置，其特征 在于:所述滑坡滑面角度調(diào)節(jié)裝置有三組，第一組位于第一滑面板長度的1/3~2/3的水平中 心處，第二組位于第二滑面板長度的1/3~2/3的水平中心處，第三組位于第三滑面板長度的 1/3~2/3的水平中心處，三組滑坡滑面角度調(diào)節(jié)裝置均是底端固定，頂端通過萬向接頭與滑 面板相連。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的模型試驗(yàn)裝置，其特征 在于:所述滑坡滑面角度調(diào)節(jié)裝置為千斤頂或液壓缸或氣壓缸。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的模型試驗(yàn)裝置，其特征 在于:位移傳感器至少有四個(gè)，水平對稱的設(shè)置在斜滑面上，位移傳感器與滑坡滑面頂端的 距離為斜滑面長度的1/12~1/6,最外側(cè)位移傳感器與滑坡滑面?zhèn)冗叺木嚯x為滑面寬度的/ 12~1/8〇6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的模型試驗(yàn)裝置，其特征 在于:位移傳感器有五個(gè)，水平對稱設(shè)置在斜滑面上，第一與第五、第二與第四位移傳感器 關(guān)于第三位移傳感器對稱，五個(gè)位移傳感器與滑坡滑面頂端的距離均為斜滑面長度的1/12 ~1/6,第一、第五位移傳感器與滑坡滑面?zhèn)冗叺木嚯x為滑面寬度的1/12~1/8;第二、第四位 移傳感器與滑坡滑面?zhèn)冗叺木嚯x為滑面寬度的1/5~1/3。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的模型試驗(yàn)裝置，其特征 在于:壓力傳感器至少有六個(gè)，水平對稱的均勻分布在斜滑面上，最外側(cè)壓力傳感器與滑坡 滑面?zhèn)冗叺木嚯x為滑面寬度的1/7~1/6,壓力傳感器與滑坡滑面頂端的距離分別為斜滑面 長度的 1/6~1/4,1/3~2/3,3/4~5/6。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的模型試驗(yàn)裝置，其特征 在于:壓力傳感器有九個(gè)，水平對稱的均勻分布在斜滑面上，第一、二、三壓力傳感器水平對 稱的分布在第一滑面板上，第四、五、六壓力傳感器水平對稱的分布在第二滑面板上，第七、 八、九壓力傳感器水平對稱的分布在第三滑面板上，第一、四、七和第三、六、九壓力傳感器 分別關(guān)于第二、五、八壓力傳感器對稱，第一、四、七和第三、六、九壓力傳感器與滑坡滑面?zhèn)?邊的距離均為滑面寬度的1/7~1/6,第一、二、三壓力傳感器與滑坡滑面頂端的距離均為斜 滑面長度的1/6~1/4,第四、五、六壓力傳感器與滑坡滑面頂端的距離均為斜滑面長度的1/3 ~2/3,第七、八、九壓力傳感器與滑坡滑面頂端的距離均為斜滑面長度的3/4~5/6。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的模型試驗(yàn)裝置，其特征 在于:剪切應(yīng)力傳感器至少有四個(gè)，均勻?qū)ΨQ的分布在斜滑面兩側(cè)邊緣處，剪切應(yīng)力傳感器 與滑坡滑面頂端的距離分別為斜滑面長度的1/6~1/4、5/6~3/4。10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9任一所述實(shí)時(shí)量測開挖放坡滑坡坡體位移應(yīng)力的模型試驗(yàn)裝置， 其特征在于:水平方向的上支護(hù)擋板距離滑坡滑面頂端的距離為斜滑面長度的1/10-2/5， 下支護(hù)擋板距離滑坡滑面底端的距離為水平滑面長度的1/3。
【文檔編號】G01N33/24GK105842418SQ201610176009
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】姜彤, 雷家華, 張俊然, 張昕, 王忠福
【申請人】華北水利水電大學(xué)