一種基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗裝置及試驗方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗裝置及試驗方法，所述的試驗裝置包括支撐升降裝置，用于支撐滑體和調節滑坡模型坡角；所述牽引區帶動裝置安裝在所述支撐升降裝置上，用于帶動上部牽引區滑體移動；所述加載裝置位于牽引區帶動裝置下方，用于帶動牽引區帶動裝置進行滑動。試驗方法通過將現場監測時間?位移曲線轉化為試驗加載曲線，并利用試驗加載曲線控制加載裝置的全過程加載。本發明利用現場監測數據對滑坡模型前緣牽引區進行加載，能夠有效研究牽引式滑坡演化機制與變形破壞機理。另外，本發明的提供的裝置構造簡單，操作簡便，整體穩定性好，便于推廣使用。
【專利說明】
一種基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗裝置及試驗方法
技術領域
[0001]本發明涉及地質災害模型試驗領域，具體涉及一種基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗裝置及試驗方法。
【背景技術】
[0002]牽引式滑坡是指滑坡前緣率先發生滑動，不斷變形后導致后緣土體支撐減弱甚至失去支撐，造成向滑坡后緣不斷延伸的牽引狀滑動。目前牽引式滑坡主要存在于:(I)山區公路建設中坡腳挖方導致的山區公路牽引式滑坡；(2)水位變動導致坡腳遭遇沖蝕從而引起的水庫或海岸牽引式滑坡；(3)黃土臺塬地區灌溉或地下水位抬升引起的黃土地區牽引式滑坡。因此牽引式滑坡在我國滑坡地質災害中占有相當大的比例，研究牽引式滑坡的演化機制與變形破壞機理將具有重大的社會以及經濟意義。
[0003]在滑坡框架式模型試驗中，滑坡物理模型大多通過在后緣進行人工堆載或利用推力裝置施加滑坡推力，因此涉及的多為推移式滑坡，鮮見具體研究牽引式滑坡的滑坡物理模型，然而牽引式滑坡在滑坡地質災害中占有很大比例，因此十分有必要對牽引式滑坡進行研究。
【發明內容】
[0004]為了克服現有技術的不足和缺陷，本發明提供了一種基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗裝置和試驗方法。
[0005]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:
[0006]本發明提供了一種基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗裝置，包括支撐升降裝置、安裝于所述支撐升降裝置上的牽引區帶動裝置以及設置于所述牽引區帶動裝置下方的加載裝置；
[0007]所述支撐升降裝置包括承載板、試驗支撐框、升降桿卡槽、升降液壓千斤頂以及支撐底座，所述承載板上方堆載有牽引區滑體和被牽引區滑體，所述承載板一端通過承載板鉸鏈鉸接于所述試驗支撐框上，另一端通過升降桿卡槽與升降液壓千斤頂相連，所述升降液壓千斤頂設置于支撐底座上；
[0008]所述牽引區帶動裝置包括牽引滑板、牽引板滑輪和牽引滑輪槽，所述牽引板滑輪設置于所述牽引滑板內且在所述牽引滑輪槽中滑動以帶動牽引滑板；
[0009]所述加載裝置包括加載液壓千斤頂和位于所述加載液壓千斤頂下方的用以支撐所述加載液壓千斤頂的升降支撐臺，所述加載液壓千斤頂通過加載卡槽與加載伸縮桿連接，所述加載伸縮桿通過設置于所述牽引滑板上的牽引板卡槽與所述牽引滑板卡合連接，所述加載伸縮桿下方依次設置有加載滑輪和滑輪斜桿，所述滑輪斜桿內部設置有加載滑輪槽，加載滑輪在加載滑輪槽中滑動以帶動加載伸縮桿，所述滑輪斜桿的一端通過滑輪斜桿鉸鏈鉸接于所述試驗支撐框上，所述滑輪斜桿的下方與高度調節伸縮桿相連，便于實驗前將滑輪斜桿調節至與所述牽引滑板平行。
[0010]本發明的有益效果為:提供的裝置結構簡單，利用現場監測數據對滑坡模型前緣牽引區進行加載，實現對牽引式滑坡的模擬，從而研究牽引式滑坡的演化機制和變形破壞機理，為牽引式滑坡的治理提供參考。
[0011]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以作如下改進。
[0012]進一步的，所述滑輪斜桿的外部布置有刻度尺，以便于加載牽引滑板時的位移控制。
[0013]所述進一步的有益效果為:使用刻度尺配合加載液壓千斤頂進行加載，使得加載曲線更加符合試驗需求。
[0014]進一步的，所述牽引滑輪槽設置于所述承載板的兩側，所述牽引滑輪槽與所述牽引板滑輪相互匹配。
[0015]本發明還提供了一種基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗方法，包括:
[0016]包括以下步驟:
[0017]前期準備:通過現場勘查數據確定滑坡牽引區范圍，并采用相似原理確定牽引滑板的長度，并制作相應的牽引滑板;在滑坡原型的基礎上依據相似原理并通過相似材料試驗，配置牽引區滑體和被牽引區滑體的相似材料；
[0018]步驟1:對升降液壓千斤頂和加載伸縮桿進行調節，直至承載板的傾角與所研究的原型滑坡實際傾角一致；
[0019]步驟2:調節高度調節伸縮桿至滑輪斜桿與牽引滑板平行，將刻度尺緊貼并固定于加載滑輪前方；
[0020]步驟3:調節升降支撐臺至所述加載液壓千斤頂與加載卡槽固定；
[0021]步驟4:利用相似原理將現場滑坡的時間-位移曲線轉化為試驗所需的時間-位移曲線，根據試驗所需的時間-位移曲線對所述加載液壓千斤頂進行加壓，并利用所述刻度尺進行位移加載控制。
[0022]本發明的有益效果為:通過將現場監測時間-位移曲線轉化為試驗加載曲線，并利用試驗加載曲線控制加載裝置的全過程加載;利用現場監測數據對滑坡模型前緣牽引區進行加載，能夠有效研究牽引式滑坡演化機制與變形破壞機理，為對牽引式滑坡的研究提供參考。
[0023]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以作如下改進。
[0024]進一步的，所述通過現場勘查數據確定滑坡牽引區范圍具體為:
[0025]通過現場勘察查明滑坡裂縫分布情況并結合GPS監測時間-位移數據確定滑坡前緣變形較大區域，并以此確定滑坡牽引區范圍。
[0026]進一步的，所述采用相似原理確定牽引滑板的長度具體包括:
[0027]相似原理中若滑坡原型與地質模型之間的幾何相似比為L0，滑坡原型牽引區長度即為牽引滑板長度的LO倍，其中，LO為大于I的正數。
[0028]進一步的，所述利用相似原理將現場滑坡的時間-位移曲線轉化為試驗所需的時間-位移曲線具體為:
[0029]若滑坡原型與地質模型之間的幾何相似比為L0，滑坡現場監測位移值即為試驗位移值的LO倍，實現試驗時間-位移曲線與滑坡現場監測時間-位移曲線的變化規律保持一致。
[0030]進一步的，所述步驟4中根據獲取的試驗所需的時間-位移曲線對所述加載液壓千斤頂進行加壓，并利用所述刻度尺進行位移加載控制具體包括:
[0031]根據實驗所需的時間-位移曲線對所述加載液壓千斤頂進行加壓，推動加載伸縮桿水平移動，進而帶動牽引區滑體在承載板上滑動；
[0032]在加載液壓千斤頂不斷水平推動加載伸縮桿進行運動時，一定時間內通過刻度尺測量的加載伸縮桿下部的加載滑輪位移量需與試驗所需的時間-位移曲線吻合，保證加載過程嚴格符合試驗加載曲線。
[0033]所述進一步的有益效果為:使用刻度尺配合加載液壓千斤頂進行加載，使得加載曲線更加符合試驗需求。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明實施例1的一種基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗裝置結構示意圖；
[0035]圖2為本發明實施例2的一種基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗方法流程圖；
[0036]圖3為馬家溝滑坡2007-2009年現場監測滑坡的時間-位移曲線圖；
[0037]圖4為模型試驗加載時間-位移曲線圖。
[0038]附圖中，各標號所代表的部件名稱如下:
[0039]1、牽引區滑體，2、被牽引區滑體，3、承載板鉸鏈，4、牽引滑輪槽，5、牽引滑板，6、牽引板滑輪，7、承載板，8、試驗支撐框，9、滑輪斜桿鉸鏈，1、刻度尺，11、加載桿滑輪，12、高度調節伸縮桿，13、滑輪斜桿，14、加載滑輪槽，15、加載卡槽，16、加載伸縮桿，17、牽引板卡槽，18、加載液壓千斤頂，19、升降支撐臺，20、支撐底座，21、升降液壓千斤頂，22、升降桿卡槽。
【具體實施方式】
[0040]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0041]實施例1、一種基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗裝置。
[0042]參見圖1，本發明提供的試驗裝置包括支撐升降裝置、牽引區帶動裝置以及加載裝置三部分，所述牽引區帶動裝置安裝于支撐升降裝置上，加載裝置設置于牽引區帶動裝置下方。
[0043]所述支撐升降裝置設有承載板7、試驗支撐框8、升降液壓千斤頂21、支撐底座20和升降桿卡槽22。承載板7用鋼板制作，一端通過承載板鉸鏈3鉸接于試驗支撐框8上，另一端通過升降桿卡槽22與升降液壓千斤頂21相連，承載板7上方可堆載放置牽引區滑體I和被牽引區滑體2，牽引區滑體I和被牽引區滑體2可在承載板7上滑動。升降液壓千斤頂21下方通過支撐底座20進行支撐，通過控制升降液壓千斤頂21的上下升降可調節承載板7的角度，并以此來控制所要模擬滑坡的坡角。
[0044]所述牽引區帶動裝置位于牽引區滑體I下方，牽引區帶動裝置由牽引滑輪槽4、牽引滑板5、牽引板滑輪6組成，牽引滑板5由鋼板制作，牽引滑板5內部設有牽引板滑輪6，牽引滑輪槽4設置于承載板7的兩側上，牽引板滑輪6可在牽引滑輪槽4中滑動，從而帶動牽引滑板5及其上部牽引區滑體I的移動。
[0045]所述加載裝置設有滑輪斜桿鉸鏈9、刻度尺10、加載桿滑輪11、高度調節伸縮桿12、滑輪斜桿13、加載滑輪槽14、加載卡槽15、加載伸縮桿16、牽引板卡槽17、加載液壓千斤頂18和升降支撐臺19。
[0046]所述滑輪斜桿13—端通過滑輪斜桿鉸鏈9鉸接于試驗支撐框8上，下方通過高度調節伸縮桿12進行支撐，調節高度調節伸縮桿12高度可使滑輪斜桿13與承載板7保持平行，滑輪斜桿13內設置有加載滑輪槽14，滑輪斜桿13側面設置有刻度尺10，加載過程中通過觀測刻度尺10來觀測滑輪斜桿13在刻度尺10的位置，進而得到牽引滑體I在承載板7上的滑動位移，可精確、有效對加載進行控制。
[0047]所述加載伸縮桿16上方可通過牽引板卡槽17與牽引滑板5進行固定，加載伸縮桿16下方設有加載桿滑輪11，加載桿滑輪11可位于加載滑輪槽14中滑動，在保持滑輪斜桿13與承載板7平行后，加載桿滑輪11的滑動可有效帶動牽引滑板5及其上部牽引區滑體I進行移動。
[0048]所述加載液壓千斤頂18通過其下方的升降支撐臺19進行支撐，通過調節升降支撐臺19可以控制加載液壓千斤頂18的所處高度，便于加載液壓千斤頂18與加載伸縮桿16上的加載卡槽15進行對接固定。加載液壓千斤頂18進行加壓將力施加于加載伸縮桿16，加載伸縮桿16進一步將推力傳遞到上部牽引滑板5上，從而帶動牽引滑板5與上部牽引區滑體1，使得牽引區滑體I在承載板7上滑動，來模擬牽引式滑坡。
[0049]實施例2、一種基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗方法。下面結合圖2-圖4對本實施例提供的試驗方法進行詳細說明。
[0050]參見圖2，本實施例提供的試驗方法包括:
[0051]前期準備:通過現場勘查數據確定滑坡牽引區范圍，并采用相似原理確定牽引滑板5的長度，并制作相應的牽引滑板5;在滑坡原型的基礎上依據相似原理并通過相似材料試驗，配置牽引區滑體I和被牽引區滑體2的相似材料；
[0052]步驟1:對升降液壓千斤頂21和加載伸縮桿16進行調節，直至承載板7的傾角與所研究的原型滑坡實際傾角一致；
[0053]步驟2:調節高度調節伸縮桿12至滑輪斜桿13與牽引滑板5平行，將刻度尺10緊貼并固定于加載滑輪11前方；
[0054]步驟3:調節升降支撐臺19至所述加載液壓千斤頂18與加載卡槽15固定；
[0055]步驟4:利用相似原理將現場滑坡的時間-位移曲線轉化為試驗所需的時間-位移曲線，根據試驗所需的時間-位移曲線對所述加載液壓千斤頂18進行加壓，并利用所述刻度尺10進行位移加載控制。
[0056]其中，所述通過現場勘查數據確定滑坡牽引區范圍具體為:通過現場勘察查明滑坡裂縫分布情況并結合GPS監測時間-位移數據(該滑坡原型的監測時間-位移曲線可以在國土局的數據庫中得到)確定滑坡前緣變形較大區域，并以此確定滑坡牽引區范圍。
[0057]采用相似原理確定牽引滑板5的長度具體包括:相似原理中若滑坡原型與地質模型之間的幾何相似比為L0，滑坡原型牽引區長度即為牽引滑板長度的LO倍，其中，LO為大于I的正數。
[0058]利用相似原理將現場滑坡的時間-位移曲線轉化為試驗所需的時間-位移曲線具體為:若滑坡原型與地質模型之間的幾何相似比為L0，滑坡現場監測位移值即為試驗位移值的LO倍，實現試驗時間-位移曲線與滑坡現場監測時間-位移曲線的變化規律保持一致。在利用相似原理將現場監測時間-位移曲線轉化為試驗所需的加載曲線的過程中，當有多個監測點時，可對現場監測時間-位移曲線中的監測位移值取平均值再進行轉化，根據獲得的加載曲線對加載液壓千斤頂18進行加壓，加載過程中不斷觀測刻度尺10對位移進行實時控制，以馬家溝滑坡2007-2009年現場監測時間-位移曲線為例，現場滑坡的監測時間-位移曲線與模型試驗加載的時間-位移曲線如圖3和圖4所示，兩者通過轉化而來。
[0059]所述步驟4中根據獲取的試驗所需的時間-位移曲線對所述加載液壓千斤頂18進行加壓，并利用所述刻度尺10進行位移加載控制具體包括:根據實驗所需的時間-位移曲線對所述加載液壓千斤頂18進行加壓，推動加載伸縮桿16水平移動，進而帶動牽引區滑體I在承載板7上滑動;在加載液壓千斤頂18不斷水平推動加載伸縮桿16進行運動時，一定時間內通過刻度尺10測量的加載伸縮桿16下部的加載滑輪11位移量需與試驗所需的時間-位移曲線吻合，保證加載過程嚴格符合試驗加載曲線。
[0060]總之，本發明提供的基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗裝置及試驗方法，可根據滑坡實際牽引區范圍設置相應滑坡模型牽引區，并且加載曲線來源于滑坡前緣牽引區時間-位移曲線，因此能夠有效結合滑坡實際情況，達到研究牽引式滑坡演化機制與變形破壞機理的目的；本發明提供的試驗裝置裝置構造簡單，操作方便，并且裝置整體剛度、穩定性好，便于推廣使用。
[0061]本發明的有益效果可以歸納為以下幾點:
[0062](I)本發明可廣泛運用于包括因坡腳開挖引起的公路牽引式滑坡、坡腳遭遇沖蝕引起的水庫或海岸牽引式滑坡與黃土臺塬地區地下水位抬升引起的黃土地區牽引式滑坡等各類牽引式滑坡變形破壞機理與演化機制的研究；
[0063](2)試驗前通過調節所述加載液壓千斤頂將試驗滑體傾角調節至與原型滑體傾角保持一致，并且加載過程均依據現場監測數據，因此能有效還原真實滑坡前緣變形情況，試驗所獲得的結論可靠且具指導意義；
[0064](3)加載時保持所述滑輪斜桿與所述牽引滑板平行，所述加載液壓千斤頂施加于所述加載伸縮桿上的力能夠平緩、順暢帶動所述牽引板移動，加載效果好；
[0065](4)本發明包含的裝置構造簡單，操作方便，并且裝置整體剛度、穩定性好，便于推廣使用。
[0066]在本說明書的描述中，參考術語“實施例一”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體方法、裝置或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、方法、裝置或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。
[0067]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗裝置，其特征在于，包括支撐升降裝置、安裝于所述支撐升降裝置上的牽引區帶動裝置以及設置于所述牽引區帶動裝置下方的加載裝置； 所述支撐升降裝置包括承載板(7)、試驗支撐框(8)、升降桿卡槽(22)、升降液壓千斤頂(21)以及支撐底座(20)，所述承載板(7)上方堆載有牽引區滑體(I)和被牽引區滑體(2)，所述承載板(7)—端通過承載板鉸鏈(3)鉸接于所述試驗支撐框(8)上，另一端通過升降桿卡槽(22)與升降液壓千斤頂(21)相連，所述升降液壓千斤頂(21)設置于支撐底座(20)上； 所述牽引區帶動裝置包括牽引滑板(5)、牽引板滑輪(6)和牽引滑輪槽(4)，所述牽引板滑輪(6)設置于所述牽引滑板(5)內且在所述牽引滑輪槽(4)中滑動以帶動牽引滑板(5); 所述加載裝置包括加載液壓千斤頂(18)和位于所述加載液壓千斤頂(18)下方的用以支撐所述加載液壓千斤頂(18)的升降支撐臺(19)，所述加載液壓千斤頂(18)通過加載卡槽(15)與加載伸縮桿(16)連接，所述加載伸縮桿(16)通過設置于所述牽引滑板(5)上的牽引板卡槽(17)與所述牽引滑板(15)卡合連接，所述加載伸縮桿(16)下方依次設置有加載滑輪(11)和滑輪斜桿(13)，所述滑輪斜桿(13)內部設置有加載滑輪槽(14)，加載滑輪(11)在加載滑輪槽(14)中滑動以帶動加載伸縮桿(16)，所述滑輪斜桿(13)的一端通過滑輪斜桿鉸鏈(9)鉸接于所述試驗支撐框(8)上，所述滑輪斜桿(13)的下方與高度調節伸縮桿(12)相連，便于實驗前將滑輪斜桿(13)調節至與所述牽引滑板(5)平行。2.如權利要求1所述的基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗裝置，其特征在于，所述滑輪斜桿(13)的外部布置有刻度尺(10)，以便于加載牽引滑板(15)時的位移控制。3.如權利要求1所述的基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗裝置，其特征在于，所述牽引滑輪槽(4)設置于所述承載板(7)的兩側，所述牽引滑輪槽(4)與所述牽引板滑輪(6)相互匹配。4.一種基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗方法，其特征在于，采用如權利要求1-3任一項所述的基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗裝置，包括以下步驟: 前期準備:通過現場勘查數據確定滑坡牽引區范圍，并采用相似原理確定牽引滑板(5)的長度，并制作相應的牽引滑板(5);在滑坡原型的基礎上依據相似原理并通過相似材料試驗，配置牽引區滑體(I)和被牽引區滑體(2)的相似材料； 步驟1:對升降液壓千斤頂(21)和加載伸縮桿(16)進行調節，直至承載板(7)的傾角與所研究的原型滑坡實際傾角一致； 步驟2:調節高度調節伸縮桿(12)至滑輪斜桿(13)與牽引滑板(5)平行，將刻度尺(10)緊貼并固定于加載滑輪(11)前方； 步驟3:調節升降支撐臺(19)至所述加載液壓千斤頂(18)與加載卡槽(15)固定； 步驟4:利用相似原理將現場滑坡的時間-位移曲線轉化為試驗所需的時間-位移曲線，根據試驗所需的時間-位移曲線對所述加載液壓千斤頂(18)進行加壓，并利用所述刻度尺(10)進行位移加載控制。5.如權利要求4所述的基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗方法，其特征在于，所述通過現場勘查數據確定滑坡牽引區范圍具體為: 通過現場勘察查明滑坡裂縫分布情況并結合GPS監測時間-位移數據確定滑坡前緣變形較大區域，并以此確定滑坡牽引區范圍。6.如權利要求4所述的基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗方法，其特征在于，所述采用相似原理確定牽引滑板(5)的長度具體包括: 相似原理中若滑坡原型與地質模型之間的幾何相似比為L0，滑坡原型牽引區長度即為牽引滑板長度的LO倍，其中，LO為大于I的正數。7.如權利要求6所述的基于現場監測的牽引式滑坡模型試驗方法，其特征在于，所述相似原理將現場滑坡的時間-位移曲線轉化為試驗所需的時間-位移曲線具體為: 若滑坡原型與地質模型之間的幾何相似比為L0，滑坡現場監測位移值即為試驗位移值的LO倍，實現試驗時間-位移曲線與滑坡現場監測時間-位移曲線的變化規律保持一致。8.如權利要求7所述的基于現場監測的牽引式滑坡試驗方法，其特征在于，所述步驟4中根據獲取的試驗所需的時間-位移曲線對所述加載液壓千斤頂(18)進行加壓，并利用所述刻度尺(10)進行位移加載控制具體包括: 根據實驗所需的時間-位移曲線對所述加載液壓千斤頂(18)進行加壓，推動加載伸縮桿(16)水平移動，進而帶動牽引區滑體(I)在承載板(7)上滑動； 在加載液壓千斤頂(18)不斷水平推動加載伸縮桿(16)進行運動時，一定時間內通過刻度尺(10)測量的加載伸縮桿(16)下部的加載滑輪(11)位移量需與試驗所需的時間-位移曲線吻合，保證加載過程嚴格符合試驗加載曲線。
【文檔編號】G01N33/24GK106093349SQ201610578235
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月21日 公開號201610578235.8, CN 106093349 A, CN 106093349A, CN 201610578235, CN-A-106093349, CN106093349 A, CN106093349A, CN201610578235, CN201610578235.8
【發明人】何春燦, 胡新麗, 譚福林, 張玉明, 叢璐, 章涵, 金林, 徐楚, 周昌, 王強, 徐迎
【申請人】中國地質大學（武漢）