用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置制造方法
【专利摘要】本发明公开的用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置包括底座1、支撑架2、活动铰3、液压升降机构4、主框架5、侧板框6、后板框7和前挡板8，其中支撑架2固定在底座1上，主框架5固定在支撑架2上，液压升降机构4位于底座1和主框架5之间，其一端固定于底座1中后部，另一端斜伸向上固定于主框架5的后底部，活动铰3固定于主框架5的前底部和支撑架2之间，侧板框6有两个，分别固连于主框架5两侧，后板框7固连于主框架5后侧，前挡板8连接于主框架5前下部。本发明能够研究不同岩质边坡在渐增外荷载作用下边坡岩体的抗滑稳定性，破坏机制以及基础加固措施的实际效果等，不仅填补了这类试验装置的空白，且适用面广，可满足不同角度岩质边坡的试验要求。
【专利说明】用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置

【技术领域】
[0001]本发明属于地质力学模型试验装置【技术领域】，具体涉及一种用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置。

【背景技术】
[0002]人类在从事生产和建设的过程中，水电建设、道路修建等工程活动，往往会形成众多的岩质边坡。这类边坡通常既高又陡，地质条件复杂，环境因素恶劣，不仅有强烈的卸荷作用，还有水库蓄水、降水以及开挖等多因素联合作用导致的岩质边坡失事事件，给人们生命和财产带来了严重的损失，由此引起工期延误而产生的间接损失更是不可估量。因此，岩质边坡的稳定问题事关工程建设和运行期间的安全和经济效益，对其进行研宄具有重要的工程实践意义和经济价值。
[0003]边坡稳定分析一直是地质工程与岩土工程中重要的研宄内容，早期的研宄主要从两方面进行:一是定性分析方法，该方法是根据边坡所处的地质条件和滑坡破坏特征来分析滑坡发生的环境和机制，主要是通过工程地质勘察，分析影响边坡稳定性的主要影响因素、可能变形破坏及失稳的力学机制等，包括对已变形的地质体的成因及演化史进行分析，从而给出被评价边坡的稳定性状况及其发展趋势定性的说明及解释。常用的方法有自然历史分析法，工程类比法，图解法等。二是根据刚体极限平衡理论计算边坡在极限平衡下的整体稳定性。极限平衡法是一种工程上使用最多、最成熟的定量分析方法，其优点在于在不能给出应力作用下结构变形图像的情况下，仍能对结构的稳定性给出较精准的结论。
[0004]80年代后，边坡稳定性研宄进入蓬勃发展阶段，计算理论及计算机技术迅猛发展，数值模拟技术开始广泛应用于边坡稳定性研宄中。数值模拟计算方法是一类应力?应变分析的方法，在滑坡、特别是工程边坡开挖及稳定性评价中有较多应用。它通过分析滑坡结构体内部的应力、应变来分析给定断面的变形及稳定问题。目前在边坡分析中采用较多的是有限单元法和有限差分法等数值模拟方法。
[0005]由于要模拟岩体边坡的范围较大，岩体构造复杂，加上力学模型的复杂性，采用上述方法至今难以准确分析岩体的真实破坏状态，并很难评价高边坡的实际安全度。
[0006]针对高边坡稳定分析问题，人们往往采用地质力学模型试验方法来进行研宄分析。地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研宄的一种方法，试验的主要目的是研宄各种建筑物在外荷载作用下的的极限承载能力、破坏形态、破坏机理和变形分布特性。地质力学模型试验的研宄内容不仅限于已知荷载下的某一状态，更重要的是研宄在渐增荷载作用下直至破坏的整个变化过程，它采用真实的物理实体，在满足材料相似，尤其是在力学条件相似下，去真实的反映地质构造与工程建筑之间的关系，更直观地显示出工程建筑对岩体影响以及岩体变形对建筑物结构的影响所产生的结果。
[0007]在岩质边坡稳定地质力学模型试验中，一般用相似材料的块体组合来模拟多裂隙介质岩体，模拟控制边坡稳定的软弱结构面，从而研宄边坡岩体的抗滑稳定性，破坏机制以及基础加固措施的实际效果。
[0008]但是目前在采用地质力学模型试验方法对岩质边坡稳定问题进行分析时，还没有适用于此类模型试验的试验装置。


【发明内容】

[0009]本发明的目的是针对现有技术的状况，提供一种用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置。
[0010]本发明提供的用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置，该装置包括底座、支撑架、活动铰、液压升降机构、主框架、侧板框、后板框和前挡板，其中支撑架固定在底座上，主框架固定在支撑架上，液压升降机构位于底座和主框架之间，其一端固定于底座中后部，另一端斜伸向上固定于主框架的后底部，活动铰固定于主框架的前底部和支撑架之间，侧板框有两个，分别固连于主框架两侧，后板框固连于主框架后侧，前挡板连接于主框架前下部。
[0011 ] 上述试验装置中还设置有加强梁，该加强梁位于主框架前侧上方。
[0012]上述试验装置中，当侧板框的安装位置在主框架内变化时，两侧板框的两外侧还分别连接有一侧为内斜边的槽板和一侧为外斜边的槽板，槽板斜边的角度随侧板框的安装位置的不同而不同，但需保证能够用连接件稳妥地将侧板框固定在相应位置。
[0013]使用时，根据水电建设、道路修建等工程项目所在位置的岩质边坡的地质构造特点，先根据相似关系，将组成边坡的各类结构体和结构面进行相似模拟，制备出满足与原型材料的物理和力学性能相似的各类结构体和结构面的模型材料，然后再根据岩质边坡的模拟范围及地形特点，将试验装置侧板框固定在合适的位置，利用主框架、侧板框、后板框和前挡板组成的空间，将准备好的各类结构体和结构面的模型材料进行逐层砌筑，直至完成边坡模型的制作。模型制作过程中，在结构内部的主要结构面内布置相对位移测试仪，以监测试验过程中的结构面相对位移变化情况。最后在模型表面安装接触式表面位移计，以测试各监测点的位移变化大小。一切准备就绪后，即可通过液压稳定系统对液压千斤顶进行供油，通过液压千斤顶的顶升，砌筑在装置中的整体模型会随着钢架以活动铰为中心逐步转动抬升，在试验过程中，及时记录表面位移和内部结构面的相对位移，并同时观察记录边坡整体破坏形态和破坏过程，试验直到边坡整体失稳为止，最后根据测试数据对边坡稳定性进彳T综合评价。
[0014]上述试验装置中底座是由一矩形框和位于矩形框内两平行的固定连接条构成，其中一根固定连接条位于矩形框的中后部，另一根固定连接条位于矩形框的中前部；支撑架固定于底座上，是由第一支撑柱、第二支撑柱和加强斜块构成，第一支撑柱至少有2个，分别并列固定在底座的后部，第二支撑柱与第一支撑柱匹配至少也有2个，分别并列固定在底座中前部的固定连接条上，且第一支撑柱高于第二支撑柱，以形成阶梯支撑架，对应每一个第二支撑柱各有2块加强斜块，分别位于每一个第二支撑柱前后两侧，以形成高强度的三角形支撑；活动铰固定在第二支撑柱顶面上并与主框架底部相连，且固定在第二支撑柱顶面上后形成的高度与第一支撑柱高度相同；液压升降机构至少为2个，平行位于主框架下方的中后部，每个液压升降机构均由液压千斤顶、下固定铰、上固定铰和固定支承座构成，液压千斤顶两端头分别固连在下固定铰和上固定铰上，下固定铰向后上方倾斜固定在底座中后部的固定连接条上，上固定铰通过固定支承座向前下方倾斜连接在主框架的后下部；主框架是由第一构件、第二构件、底框和底板构成，第一构件为4根，分别通过一端端头连为一体的连接块竖向连接在底板面的四角上，第二构件有3根，分别通过两端端头连为一体的连接块将4根第一构件的另一端连为一体，底框类似一格栅，是由第三构件和第四构件交错固连为一体构成，底板固连于底框上，底框再与活动铰相连；侧板框为两个，分别位于主框架左右两侧的框架内，每个侧板框是由第五构件、第六构件和挡板构成，第五构件为2根，平行位于侧板框的上下两边，位于下边的I根通过下侧边与主框架的底板相连，位于上边的I根通过上侧边与主框架的第二构件相连，第六构件有3根，分别通过各自两端端头连为一体的连接块垂直且相互平行连接在2根第五构件内侧，两端各I根，中间I根，挡板至少为2块，分别固连于第五构件和第六构件形成的两内框里，每块挡板均由一截面形状为凹形的矩形板构成，并通过其四周的折边分别与第五构件、第六构件以及相邻的挡板固连。后板框是由第七构件和后面板构成，第七构件至少为5根，分别通过各自两端端头连为一体的连接块竖直固连在主框架底板面及第二构件形成的框架内，后面板为一矩形平板，并通过连接件固定在第七构件的内侧；前挡板为一矩形的长条板，其两端通过连接件固定在主框架的前两根第一构件下部内侧。
[0015]上述装置中的第一至七构件均为工字钢。
[0016]上述装置的液压升降机构中的固定支承座为一截面形状呈倒三角形的框体，在倒三角形的框体内还设置有一根与上固定铰位于同一轴线的加强筋。
[0017]上述装置的侧板框中的挡板为4?8块，每块矩形挡板的内凹面上沿长度方向左右各设置有一个提手，以方便装配。
[0018]本发明具有以下积极效果:
[0019]1、由于本发明提供的用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置能够研宄不同岩质边坡在渐增外荷载作用下边坡岩体的抗滑稳定性，破坏机制以及基础加固措施的实际效果等，因而填补了目前尚无这类试验装置的空白。
[0020]2、由于本发明提供的用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置中不仅两侧板框的安装位置可以根据试验要求在主框架内变化不同角度，且还能通过设计的一侧为内斜边的槽板和一侧为外斜边的槽板与之匹配，保证能够用连接件稳妥地将侧板框固定在相应位置，因而适用面广，可满足不同角度岩质边坡的试验要求。
[0021]3、本发明提供的用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置设计巧妙、结构简单，加工制作容易，操作方便。

【专利附图】

【附图说明】
[0022]图1为本发明装置的立体结构示意图。
[0023]图2为本发明装置中主框架位于底座和支撑架上的立体结构示意图。
[0024]图3为本发明装置的左侧视结构示意图。
[0025]图4为本发明装置的后视结构示意图。
[0026]图5为本发明装置中活动铰的主视结构放大示意图。
[0027]图6为本发明装置液压升降机构中的下固定铰的主视结构放大示意图。
[0028]图7为本发明装置液压升降机构中的上固定铰和固定支承座的主视结构放大示意图。
[0029]图8为本发明装置侧板框中挡板的立体结构示意图。
[0030]图9为本发明装置中两侧板框平行转动一定角度后的立体结构示意图。
[0031]图10为本发明装置中两侧板框平行转动一定角度后(忽略了底框)的俯视结构示意图。
[0032]图11为本发明装置中右侧侧板框前部增加的一侧为内斜边的槽板与侧板框中第六构件的连接关系立体结构放大示意图。
[0033]图12为本发明装置中两侧板框平行转动一定角度后右侧侧板框前部增加的一侧为内斜边的槽板与侧板框中第六构件的连接关系主视结构放大示意图。
[0034]图13为图12的A-A向剖视结构示意图。
[0035]图14为本发明装置中两侧板框平行转动一定角度后右侧侧板框后部增加的一侧为外斜边的槽板与侧板框中第六构件的连接关系立体结构放大示意图。
[0036]图15为本发明装置中两侧板框平行转动一定角度后右侧侧板框后部增加的一侧为外斜边的槽板与侧板框中第六构件的连接关系主视结构放大示意图。
[0037]图16为图15的B-B向剖视结构示意图。
[0038]图中，I一底座，1-1 一矩形框，1-2 —固定连接条，2—支撑架，2_1—第一支撑柱，2-2—第二支撑柱，2-3—加强斜块，3—活动铰，4一液压升降机构，4-1 一液压千斤顶，4-2—下固定铰，4-3—上固定铰，4-4一固定支承座，5—主框架，5-1—第一构件，5-2—第二构件，
5-3—连接块，5-4—底框，5-4-1—第三构件，5-4-2—第四构件，5-5—底板，6—侧板框，
6-1—第五构件，6-2—第六构件，6-3—挡板，6-4—提手，7—后板框，7_1—第七构件，7-2—后面板，8—前挡板，9 一内斜边的槽板，10—外斜边的槽板，11 一加强梁。

【具体实施方式】
[0039]以下结合附图给出实施例并对本发明作出进一步说明，所给出的实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本专业的技术人员根据上述本发明的内容和设计思想所作出的非本质的改进和调整也应属于本发明的保护范围。
[0040]实施例1
[0041]如图1所示，本实施例给出的用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置包括底座1、支撑架2、活动铰3、液压升降机构4、主框架5、侧板框6、后板框7、前挡板8和加强梁11。
[0042]底座I固定安装在地面上，是由一矩形框1-1和位于矩形框内两平行的固定连接条1-2构成，其中一根固定连接条位于矩形框的中后部，另一根固定连接条位于矩形框的中前部，见图10。支撑架2固定于底座I上，是由第一支撑柱2-1、第二支撑柱2-2和加强斜块2-3构成，第一支撑柱2-1至少有2个，分别并列固定在底座I的后部，本实施例的第一支撑柱有5个，第二支撑柱2-2与第一支撑柱匹配也有5个，分别并列固定在底座I中前部的固定连接条1-2上，见图10，且第一支撑柱高于第二支撑柱，以形成阶梯支撑架，对应每一个第二支撑柱各有2块加强斜块2-3，分别位于每一个第二支撑柱2-2前后两侧，以形成高强度的三角形支撑，见图3。活动铰3固定在第二支撑柱2-2顶面上并与主框架5底部相连，且固定在第二支撑柱顶面上后形成的高度与第一支撑柱高度相同，见图3、5。液压升降机构4至少为2个，平行位于主框架5下方的中后部，本实施例为3个，见图10。每个液压升降机构均由液压千斤顶4-1、下固定铰4-2、上固定铰4-3和固定支承座4-4构成，液压千斤顶4-1两端头分别固连在下固定铰4-2和上固定铰4-3上，下固定铰4-2向后上方倾斜固定在底座中后部的固定连接条1-2上，上固定铰4-3通过固定支承座4-4向前下方倾斜连接在主框架5的后下部，见图3、6，其中固定支承座4-4为一截面形状呈倒三角形的框体，在倒三角形的框体内还设置有一根与上固定铰4-3位于同一轴线的加强筋，见图7。主框架5是由第一构件5-1、第二构件5-2、底框5-4和底板5-5构成，如图2所示，第一构件5-1为4根，分别通过一端端头连为一体的连接块5-3竖向连接在底板5-5面的四角上，第二构件5-2有3根，分别通过两端端头连为一体的连接块5-3将4根第一构件的另一端连为一体，底框5-4类似一格栅，是由第三构件5-4-1和第四构件5-4-2交错固连为一体构成，底板5-5固连于底框5-4上，底框5-4再与活动铰3相连。为了使主框架的第一构件、第二构件所形成的框架更牢固，主框架前侧上方还设置了一根加强梁U。侧板框6为两个，分别位于主框架5左右两侧的框架内。每个侧板框6是由第五构件6-1、第六构件6-2和挡板6-4构成，第五构件6-1为2根，平行位于侧板框6的上下两边，位于下边的I根通过下侧边与主框架的底板5-5相连，位于上边的I根通过上侧边与主框架的第二构件5-2相连，第六构件6-2有3根，分别通过各自两端端头连为一体的连接块6-3垂直且相互平行连接在2根第五构件6-1内侧，两端各I根，中间I根，挡板6-4至少为2块，为了减少每块的重量，便于装配时轻便些，本实施例为8块，4块一组分别固连于第五构件6-1和第六构件6-2形成的两内框里，每块挡板6-4均由一截面形状为凹形的矩形板构成，并通过其四周的折边分别与第五构件、第六构件以及相邻的挡板固连，见图3。为了方便装配，每块矩形挡板
6-4的内凹面上沿长度方向左右还各设置有一个提手6-5，见图8。后板框7是由第七构件
7-1和后面板7-2构成，第七构件7-1至少为5根，分别通过各自两端端头连为一体的连接块竖直固连在主框架底板5-5面及第二构件5-2形成的框架内，后面板7-2为一矩形平板，并通过连接件固定在第七构件7-1的内侧，见图4 ;所述前挡板8为一矩形的长条板，其两端通过连接件固定在主框架的前两根第一构件5-1下部内侧。
[0043]如果根据岩质边坡的模拟范围及地形特点，需要将试验装置侧板框6的安装位置在主框架5内变化时，可将侧板框2根第五构件6-1分别与主框架的底板5-5和第二构件5-2相连部位拆开，将其移动到合适的位置，如图9、10所示位置，然后在每个侧板框6的两外侧再分别连接有一侧为内斜边的槽板9和一侧为外斜边的槽板10，如图11?16所示，并通过两外侧槽板9、10的斜边与前挡板8和后板框的后面板7-2固连。
【权利要求】
1.一种用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置，其特征在于该装置包括底座(I)、支撑架(2)、活动铰(3)、液压升降机构(4)、主框架(5)、侧板框(6)、后板框(7)和前挡板(8)，其中支撑架(2)固定在底座(I)上，主框架(5)固定在支撑架(2)上，液压升降机构(4)位于底座(I)和主框架(5)之间，其一端固定于底座(I)中后部，另一端斜伸向上固定于主框架(5)的后底部，活动铰(3)固定于主框架(5)的前底部和支撑架(2)之间，侧板框(6)有两个，分别固连于主框架(5)两侧，后板框(7)固连于主框架(5)后侧，前挡板⑶连接于主框架(5)前下部。
2.根据权利要求1所述的用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置，其特征在于该装置中还设置有加强梁(11)，该加强梁(11)位于主框架(5)前侧上方。
3.根据权利要求1所述的用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置，其特征在于当该装置中侧板框(6)的安装位置在主框架(5)内变化时，两侧板框(6)的两外侧还分别连接有一侧为内斜边的槽板(9)和一侧为外斜边的槽板(10)，槽板斜边的角度随侧板框(6)的安装位置的不同而不同。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置，其特征在于该装置中所述底座(I)是由一矩形框(1-1)和位于矩形框内两平行的固定连接条(1-2)构成，其中一根固定连接条位于矩形框的中后部，另一根固定连接条位于矩形框的中前部；所述支撑架(2)固定于底座(I)上，是由第一支撑柱(2-1)、第二支撑柱(2-2)和加强斜块(2-3)构成，第一支撑柱(2-1)至少有2个，分别并列固定在底座(I)的后部，第二支撑柱(2-2)与第一支撑柱(2-1)匹配至少也有2个，分别并列固定在底座中前部的固定连接条(1-2)上，且第一支撑柱高于第二支撑柱，以形成阶梯支撑架，对应每一个第二支撑柱(2-2)各有2块加强斜块(2-3)，分别位于每一个第二支撑柱前后两侧，以形成高强度的三角形支撑；所述活动铰(3)固定在第二支撑柱(2-2)顶面上并与主框架(5)底部相连，且固定在第二支撑柱顶面上后形成的高度与第一支撑柱高度相同；所述液压升降机构(4)至少为2个，平行位于主框架(5)下方的中后部，每个液压升降机构均由液压千斤顶(4-1)、下固定铰(4-2)、上固定铰(4-3)和固定支承座(4-4)构成，液压千斤顶(4-1)两端头分别固连在下固定铰(4-2)和上固定铰(4-3)上，下固定铰(4-2)向后上方倾斜固定在底座中后部的固定连接条上，上固定铰(4-3)通过固定支承座(4-4)向前下方倾斜连接在主框架(5)的后下部；所述主框架(5)是由第一构件(5-1)、第二构件(5-2)、底框(5-4)和底板(5-5)构成，第一构件(5-1)为4根，分别通过一端端头连为一体的连接块(5-3)竖向连接在底板(5-5)面的四角上，第二构件(5-2)有3根，分别通过两端端头连为一体的连接块(5-3)将4根第一构件的另一端连为一体，底框(5-4)类似一格栅，是由第三构件(5-4-1)和第四构件(5-4-2)交错固连为一体构成，底板(5-5)固连于底框(5-4)上，底框(5_4)再与活动铰(3)相连；所述侧板框(6)为两个，分别位于主框架(5)左右两侧的框架内，每个侧板框(6)是由第五构件(6-1)、第六构件(6-2)和挡板(6-4)构成，第五构件(6-1)为2根，平行位于侧板框的上下两边，位于下边的I根通过下侧边与主框架的底板(5-5)相连，位于上边的I根通过上侧边与主框架的第二构件(5-2)相连，第六构件(6-2)有3根，分别通过各自两端端头连为一体的连接块(6-3)垂直且相互平行连接在2根第五构件(6-1)内侧，两端各I根，中间I根，挡板(6-4)至少为2块，分别固连于第五构件和第六构件形成的两内框里，每块挡板(6-4)均由一截面形状为凹形的矩形板构成，并通过其四周的折边分别与第五构件、第六构件以及相邻的挡板固连。所述后板框⑵是由第七构件(7-1)和后面板(7-2)构成，第七构件(7-1)至少为5根，分别通过各自两端端头连为一体的连接块竖直固连在主框架底板面及第二构件形成的框架内，后面板(7-2)为一矩形平板，并通过连接件固定在第七构件(7-1)的内侧；所述前挡板(8)为一矩形的长条板，其两端通过连接件固定在主框架的前两根第一构件(5-1)下部内侧。
5.根据权利要求4所述的用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置，其特征在于该装置的液压升降机构(4)中的固定支承座(4-4)为一截面形状呈倒三角形的框体，在倒三角形的框体内还设置有一根与上固定铰位于同一轴线的加强筋。
6.根据权利要求4所述的用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置，其特征在于该装置的侧板框(6)中的挡板(6-4)为4?8块，每块矩形挡板(6-4)的内凹面上沿长度方向左右各设置有一个提手(6-5)，以方便装配。
7.根据权利要求5所述的用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置，其特征在于该装置的侧板框(6)中的挡板(6-4)为4?8块，每块矩形挡板(6-4)的内凹面上沿长度方向左右各设置有一个提手(6-5)，以方便装配。
8.根据权利要求6所述的用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置，其特征在于该装置的侧板框(6)中的挡板(6-4)为8块。
9.根据权利要求7所述的用于测试岩质边坡稳定的地质力学模型试验装置，其特征在于该装置的侧板框(6)中的挡板(6-4)为8块。
【文档编号】G01N3/12GK104502201SQ201410797860
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】董建华, 张 林, 陈媛, 陈建叶, 胡成秋, 杨宝全, 段斌, 杨田, 夏婵婷, 熊瑜, 聂宏博 申请人:四川大学