一种用于测试滑坡滑面应力状态的试验装置

摘要

本发明公开了一种用于测试滑坡滑面应力状态的试验装置。本发明包括底滑面模拟单元，设置于底滑面模拟单元下方并与底滑面模拟单元相连的测试单元，设置于测试单元下方并与测试单元相连的旋转单元，以及设置于旋转单元下方并与旋转单元相连的升降单元。本发明能够调节底滑面模拟单元的高度和角度，实现对任意滑动面形状的模拟，同时本发明能够测试出滑面正应力和滑面剪应力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测试滑坡滑面应力状态的试验装置。

背景技术

滑坡是一种常见的地质灾害，对人民生命财产常常带来巨大损失，对公路、铁路、矿山、水电等工业也常造成巨大危害。据统计，我国平均每年发生滑坡和泥石流地质灾害2万余起、伤亡1千余人、受灾人口90多万，直接经济损失20～60亿元。因此，滑坡研究，是工程界和科学界的热门研究方向，一直持续至今。

对于滑坡研究，最重要的是确定出滑坡的稳定性。滑坡稳定性一般采用摩尔-库伦强度准则进行计算，滑坡稳定性计算公式中包括滑面上的剪应力和正应力两个参数。现在多采用刚体极限平衡法或数值方法进行计算，其计算理论是在一定假设基础上的，尚没有有效的试验手段对滑面剪应力和正应力进行测试。

自然界的滑坡众多，其滑面形态也各种各样，具有不同的长度、坡度组合。现有试验方法中，一般都是模拟整个滑坡体，包括滑床、滑面和滑体，每一个滑面形态都要重新填筑一次坡体，既费工又费时，而且造价较高。

对于滑坡稳定性而言，水是至关重要的影响因素，因此有“无水不滑坡”的说法。水的影响包括地下水和地表降水两种，都是通过在坡体中渗透，使滑带岩土含水量增大，进而导致滑带土抗剪强度参数降低，出现滑坡失稳下滑。现有滑坡模型试验中，通过在坡体外侧设置一定的水位高度，使地下水在坡体中渗透，模拟库水等地下水入渗坡体的过程。而对于降雨的模拟，则是在坡外使用降雨喷头或喷雾器，经过较长的时间，使雨水渗入坡体中，进而软化滑带，使滑坡失稳下滑。由于相似比的限制，模型材料一般颗粒较细，土体空隙比较小，因此，外边界的水不容易渗入坡体中。尤其是降雨模拟，不仅需要较长的时间来模拟降雨，而且，雨水也难以均匀的渗透到坡体中，难以实现对滑带土含水量的定量控制和定向控制。因此，降雨试验中出现的破坏模式，多是浅层破坏，不能模拟实际的滑坡失稳过程。

由于滑带土的含水量不能定量控制，因此也无法实现对滑带土抗剪强度的定量降低，更谈不上定向(位置上)降低抗剪强度参数。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于测试滑坡滑面应力状态的试验装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于测试滑坡滑面应力状态的试验装置，包括底滑面模拟单元，设置于底滑面模拟单元下方并与底滑面模拟单元相连的测试单元，设置于测试单元下方并与测试单元相连的旋转单元，以及设置于旋转单元下方并与旋转单元相连的升降单元。

进一步地，还包括与底滑面模拟单元相连，用于向底滑面模拟单元注水的入渗单元。

再进一步地，还包括设置于升降单元下方并与升降单元相连的平动单元。

更进一步地，所述底滑面模拟单元为盒状，且在顶面设有若干个通孔，在底面设有入渗口，在内部设有填充物。

另外，所述测试单元包括上支座、下支座和压力传感器；所述上支座为“T”形或凸形结构，且顶部与底滑面模拟单元相连；所述下支座上设有凹形部；所述上支座与下支座之间设有平行滑面放置的压力传感器，且在上支座的凸起和下支座的凹陷之间垂直滑面设置有压力传感器。

此外，所述旋转单元包括顶板和底板；所述顶板的顶端与测试单元相连，且底端通过销轴与底板活动连接。

进一步地，所述升降单元包括为蜗轮丝杆升降机。

再进一步地，所述入渗单元包括与底滑面模拟单元相连的进水管，设置于进水管上的流量计。

更进一步地，所述平动单元包括滑轨，设置于滑轨上且能够相对滑轨滑动的滑块；所述滑块与升降单元相连。

另外，所述底滑面模拟单元为若干个，且若干个底滑面模拟单元依次设置，且排列成“一”字；每个底滑面模拟单元下方均设有测试单元、旋转单元、升降单元。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明能够调节底滑面模拟单元的高度和角度，实现对任意滑动面形状的模拟，通过压力传感器实现对滑面正应力和滑面剪应力的测试，从而实现对滑坡滑动机理和稳定性的试验研究。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中底滑面模拟单元的结构示意图。

图3为本发明中测试单元的结构示意图。

图4为图3的正视图。

图5为图3的后视图。

图6为本发明中上支座的结构示意图。

图7为本发明中下支座上安装压力传感器后的结构示意图。

图8为图7的后视图。

图9为本发明中旋转单元的结构示意图。

图10为本发明中升降单元的结构示意图。

图11为本发明中平移单元的结构示意图。

图12为本发明中入渗单元的结构示意图。

图13为多个底滑面模拟单元组合后的结构示意图。

其中，附图中标记对应的零部件名称为：1-底滑面模拟单元，2-测试单元，3-旋转单元，4-升降单元，5-入渗单元，6-平动单元，7-通孔，8-入渗口，9-上支座，10-下支座，11-压力传感器，12-顶板，13-底板，14-销轴，15-进水管，16-滑轨，17-滑块，18-流量计。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例1

如图1～12所示，一种用于测试滑坡滑面应力状态的试验装置，包括底滑面模拟单元1，设置于底滑面模拟单元下方并与底滑面模拟单元相连的测试单元2，设置于测试单元下方并与测试单元相连的旋转单元3，以及设置于旋转单元下方并与旋转单元相连的升降单元4。其中，底滑面模拟单元能够实现对滑坡的滑面模拟；测试单元置于底滑面模拟单元下方，对底滑面上的正应力和剪应力进行测试；旋转单元能够实现对底滑面模拟单元的滑面倾角改变，倾角的最近变化范围为-80～+80。升降单元实现对底滑面模拟单元高度控制。

具体的，本发明还包括与底滑面模拟单元相连，用于向底滑面模拟单元注水的入渗单元5。所述入渗单元能够实现对底滑面模拟单元上的岩土体注水的作用。

具体的，本发明还包括设置于升降单元下方并与升降单元相连的平动单元6。所述平动单元能够实现底滑面模拟单元在平行滑面面上的运动，控制底滑面模拟单元的平行滑面位置。

具体的，所述底滑面模拟单元为盒状，且在顶面设有若干个通孔7，在底面设有入渗口8，在内部设有填充物。其中，填充物为海绵、毛巾、棉花类物质。设置若干通孔以确保整个底滑面模拟单元上均有水渗入到上部坡体内，底面上的入渗口是为了与入渗单元连通，使水从底面进入，慢慢的渗入到底滑面模拟单元上方的坡体内，而填充物的设置，是为了使水经过填充物的分向渗流，从而使水均匀的从通孔渗出。

具体地，所述测试单元包括上支座9、下支座10和压力传感器11；所述上支座为“T”形或凸形结构，且顶部与底滑面模拟单元相连；所述下支座上设有凹形部；所述上支座与下支座之间设有平行滑面放置的压力传感器，且在上支座的凸起和下支座的凹陷之间垂直滑面设置有压力传感器，所述下支座与旋转单元相连。其中，在上支座与下支座之间设有三个平行滑面放置的压力传感器，而垂直滑面设置的压力传感器为一个；平行滑面放置的压力传感器用以测试底滑面模拟单元传递下来的正压力，可换算成底滑面模拟单元上的正应力；垂直滑面设置的压力传感器，用以测试底滑面模拟单元传递下来的切向力，可换算成底滑面模拟单元上的剪应力。

具体的，所述旋转单元包括顶板12和底板13；所述顶板的顶端与测试单元相连，且底端通过销轴14与底板活动连接。其中，底板的纵截面为U型，而顶板的底部位于U型内，且通过销轴与底板旋转连接，而底板顶部处于U型外部，且与测试单元的下支座固定相连。

具体的，所述升降单元包括为蜗轮丝杆升降机。在实际使用时，可选择不同长度的丝杆，可实现较大范围的高度调节，同时蜗轮丝杆升降机带自锁功能，且可从市面上直接购得。

具体的，所述入渗单元包括与底滑面模拟单元相连的进水管15，设置于进水管上的流量计18。其中进水管与入渗口连通，而水从进水管另一端进入，经过流量计之后进入底滑面模拟单元。

具体的，所述平动单元包括滑轨16，设置于滑轨上且能够相对滑轨滑动的滑块17；所述滑块与升降单元相连。通过滑轨和滑块的配合，能够轻松的实现平行滑面滑动，从而控制底滑面模拟单元的平行滑面位置。

实施例2

如图1～13所示，本实施例与实施例1不同之处在于，实施例为单个底滑面模拟单元和相对应的测试单元、旋转单元、升降单元、入渗单元、平动单元。而本实施例为多组上述装置，可理解为一个系统。为了方便叙述，在此定义实施例的试验装置为单个试验装置，而本实施例是由若干个单个试验装置组合而成，且本实施例的若干个试验装置均设置于一外框架内，且在外框架侧面设置有透明的挡土板，从而方便观察滑坡体的变形迹象。

其中，若干个试验装置依次排列形成“一”字型，且根据坡体的形状，调节各个试验装置的高度。如图13所示，所有的底滑面模拟单元的上表面共同形成了一个弧形或其他滑面形态，用于放置滑坡体。

值得说明的是，本实施例的装置能够对任意滑面形状的模拟；同时设置入渗单元能够准确定位和精确定量的提高滑带土的含水量。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。