CN106093349B - 一种基于现场监测的牵引式滑坡模型试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于现场监测的牵引式滑坡模型试验装置及试验方法，所述的试验装置包括支撑升降装置，用于支撑滑体和调节滑坡模型坡角；所述牵引区带动装置安装在所述支撑升降装置上，用于带动上部牵引区滑体移动；所述加载装置位于牵引区带动装置下方，用于带动牵引区带动装置进行滑动。试验方法通过将现场监测时间‑位移曲线转化为试验加载曲线，并利用试验加载曲线控制加载装置的全过程加载。本发明利用现场监测数据对滑坡模型前缘牵引区进行加载，能够有效研究牵引式滑坡演化机制与变形破坏机理。另外，本发明的提供的装置构造简单，操作简便，整体稳定性好，便于推广使用。

Description

一种基于现场监测的牵引式滑坡模型试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及地质灾害模型试验领域，具体涉及一种基于现场监测的牵引式滑坡模型试验装置及试验方法。

背景技术

牵引式滑坡是指滑坡前缘率先发生滑动，不断变形后导致后缘土体支撑减弱甚至失去支撑，造成向滑坡后缘不断延伸的牵引状滑动。目前牵引式滑坡主要存在于：(1)山区公路建设中坡脚挖方导致的山区公路牵引式滑坡；(2)水位变动导致坡脚遭遇冲蚀从而引起的水库或海岸牵引式滑坡；(3)黄土台塬地区灌溉或地下水位抬升引起的黄土地区牵引式滑坡。因此牵引式滑坡在我国滑坡地质灾害中占有相当大的比例，研究牵引式滑坡的演化机制与变形破坏机理将具有重大的社会以及经济意义。

在滑坡框架式模型试验中，滑坡物理模型大多通过在后缘进行人工堆载或利用推力装置施加滑坡推力，因此涉及的多为推移式滑坡，鲜见具体研究牵引式滑坡的滑坡物理模型，然而牵引式滑坡在滑坡地质灾害中占有很大比例，因此十分有必要对牵引式滑坡进行研究。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明提供了一种基于现场监测的牵引式滑坡模型试验装置和试验方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供了一种基于现场监测的牵引式滑坡模型试验装置，包括支撑升降装置、安装于所述支撑升降装置上的牵引区带动装置以及设置于所述牵引区带动装置下方的加载装置；

所述支撑升降装置包括承载板、试验支撑框、升降杆卡槽、升降液压千斤顶以及支撑底座，所述承载板上方堆载有牵引区滑体和被牵引区滑体，所述承载板一端通过承载板铰链铰接于所述试验支撑框上，另一端通过升降杆卡槽与升降液压千斤顶相连，所述升降液压千斤顶设置于支撑底座上；

所述牵引区带动装置包括牵引滑板、牵引板滑轮和牵引滑轮槽，所述牵引板滑轮设置于所述牵引滑板内且在所述牵引滑轮槽中滑动以带动牵引滑板；

所述加载装置包括加载液压千斤顶和位于所述加载液压千斤顶下方的用以支撑所述加载液压千斤顶的升降支撑台，所述加载液压千斤顶通过加载卡槽与加载伸缩杆连接，所述加载伸缩杆通过设置于所述牵引滑板上的牵引板卡槽与所述牵引滑板卡合连接，所述加载伸缩杆下方依次设置有加载滑轮和滑轮斜杆，所述滑轮斜杆内部设置有加载滑轮槽，加载滑轮在加载滑轮槽中滑动以带动加载伸缩杆，所述滑轮斜杆的一端通过滑轮斜杆铰链铰接于所述试验支撑框上，所述滑轮斜杆的下方与高度调节伸缩杆相连，便于实验前将滑轮斜杆调节至与所述牵引滑板平行。

本发明的有益效果为：提供的装置结构简单，利用现场监测数据对滑坡模型前缘牵引区进行加载，实现对牵引式滑坡的模拟，从而研究牵引式滑坡的演化机制和变形破坏机理，为牵引式滑坡的治理提供参考。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作如下改进。

进一步的，所述滑轮斜杆的外部布置有刻度尺，以便于加载牵引滑板时的位移控制。

所述进一步的有益效果为：使用刻度尺配合加载液压千斤顶进行加载，使得加载曲线更加符合试验需求。

进一步的，所述牵引滑轮槽设置于所述承载板的两侧，所述牵引滑轮槽与所述牵引板滑轮相互匹配。

本发明还提供了一种基于现场监测的牵引式滑坡模型试验方法，包括：

包括以下步骤：

前期准备：通过现场勘查数据确定滑坡牵引区范围，并采用相似原理确定牵引滑板的长度，并制作相应的牵引滑板；在滑坡原型的基础上依据相似原理并通过相似材料试验，配置牵引区滑体和被牵引区滑体的相似材料；

步骤1：对升降液压千斤顶和加载伸缩杆进行调节，直至承载板的倾角与所研究的原型滑坡实际倾角一致；

步骤2：调节高度调节伸缩杆至滑轮斜杆与牵引滑板平行，将刻度尺紧贴并固定于加载滑轮前方；

步骤3：调节升降支撑台至所述加载液压千斤顶与加载卡槽固定；

步骤4：利用相似原理将现场滑坡的时间-位移曲线转化为试验所需的时间-位移曲线，根据试验所需的时间-位移曲线对所述加载液压千斤顶进行加压，并利用所述刻度尺进行位移加载控制。

本发明的有益效果为：通过将现场监测时间-位移曲线转化为试验加载曲线，并利用试验加载曲线控制加载装置的全过程加载；利用现场监测数据对滑坡模型前缘牵引区进行加载，能够有效研究牵引式滑坡演化机制与变形破坏机理，为对牵引式滑坡的研究提供参考。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作如下改进。

进一步的，所述通过现场勘查数据确定滑坡牵引区范围具体为：

通过现场勘察查明滑坡裂缝分布情况并结合GPS监测时间-位移数据确定滑坡前缘变形较大区域，并以此确定滑坡牵引区范围。

进一步的，所述采用相似原理确定牵引滑板的长度具体包括：

相似原理中若滑坡原型与地质模型之间的几何相似比为L0，滑坡原型牵引区长度即为牵引滑板长度的L0倍，其中，L0为大于1的正数。

进一步的，所述利用相似原理将现场滑坡的时间-位移曲线转化为试验所需的时间-位移曲线具体为：

若滑坡原型与地质模型之间的几何相似比为L0，滑坡现场监测位移值即为试验位移值的L0倍，实现试验时间-位移曲线与滑坡现场监测时间-位移曲线的变化规律保持一致。

进一步的，所述步骤4中根据获取的试验所需的时间-位移曲线对所述加载液压千斤顶进行加压，并利用所述刻度尺进行位移加载控制具体包括：

根据实验所需的时间-位移曲线对所述加载液压千斤顶进行加压，推动加载伸缩杆水平移动，进而带动牵引区滑体在承载板上滑动；

在加载液压千斤顶不断水平推动加载伸缩杆进行运动时，一定时间内通过刻度尺测量的加载伸缩杆下部的加载滑轮位移量需与试验所需的时间-位移曲线吻合，保证加载过程严格符合试验加载曲线。

所述进一步的有益效果为：使用刻度尺配合加载液压千斤顶进行加载，使得加载曲线更加符合试验需求。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种基于现场监测的牵引式滑坡模型试验装置结构示意图；

图2为本发明实施例2的一种基于现场监测的牵引式滑坡模型试验方法流程图；

图3为马家沟滑坡2007-2009年现场监测滑坡的时间-位移曲线图；

图4为模型试验加载时间-位移曲线图。

附图中，各标号所代表的部件名称如下：

1、牵引区滑体，2、被牵引区滑体，3、承载板铰链，4、牵引滑轮槽，5、牵引滑板，6、牵引板滑轮，7、承载板，8、试验支撑框，9、滑轮斜杆铰链，10、刻度尺，11、加载杆滑轮，12、高度调节伸缩杆，13、滑轮斜杆，14、加载滑轮槽，15、加载卡槽，16、加载伸缩杆，17、牵引板卡槽，18、加载液压千斤顶，19、升降支撑台，20、支撑底座，21、升降液压千斤顶，22、升降杆卡槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1、一种基于现场监测的牵引式滑坡模型试验装置。

参见图1，本发明提供的试验装置包括支撑升降装置、牵引区带动装置以及加载装置三部分，所述牵引区带动装置安装于支撑升降装置上，加载装置设置于牵引区带动装置下方。

所述支撑升降装置设有承载板7、试验支撑框8、升降液压千斤顶21、支撑底座20和升降杆卡槽22。承载板7用钢板制作，一端通过承载板铰链3铰接于试验支撑框8上，另一端通过升降杆卡槽22与升降液压千斤顶21相连，承载板7上方可堆载放置牵引区滑体1和被牵引区滑体2，牵引区滑体1和被牵引区滑体2可在承载板7上滑动。升降液压千斤顶21下方通过支撑底座20进行支撑，通过控制升降液压千斤顶21的上下升降可调节承载板7的角度，并以此来控制所要模拟滑坡的坡角。

所述牵引区带动装置位于牵引区滑体1下方，牵引区带动装置由牵引滑轮槽4、牵引滑板5、牵引板滑轮6组成，牵引滑板5由钢板制作，牵引滑板5内部设有牵引板滑轮6，牵引滑轮槽4设置于承载板7的两侧上，牵引板滑轮6可在牵引滑轮槽4中滑动，从而带动牵引滑板5及其上部牵引区滑体1的移动。

所述加载装置设有滑轮斜杆铰链9、刻度尺10、加载杆滑轮11、高度调节伸缩杆12、滑轮斜杆13、加载滑轮槽14、加载卡槽15、加载伸缩杆16、牵引板卡槽17、加载液压千斤顶18和升降支撑台19。

所述滑轮斜杆13一端通过滑轮斜杆铰链9铰接于试验支撑框8上，下方通过高度调节伸缩杆12进行支撑，调节高度调节伸缩杆12高度可使滑轮斜杆13与承载板7保持平行，滑轮斜杆13内设置有加载滑轮槽14，滑轮斜杆13侧面设置有刻度尺10，加载过程中通过观测刻度尺10来观测滑轮斜杆13在刻度尺10的位置，进而得到牵引滑体1在承载板7上的滑动位移，可精确、有效对加载进行控制。

所述加载伸缩杆16上方可通过牵引板卡槽17与牵引滑板5进行固定，加载伸缩杆16下方设有加载杆滑轮11，加载杆滑轮11可位于加载滑轮槽14中滑动，在保持滑轮斜杆13与承载板7平行后，加载杆滑轮11的滑动可有效带动牵引滑板5及其上部牵引区滑体1进行移动。

所述加载液压千斤顶18通过其下方的升降支撑台19进行支撑，通过调节升降支撑台19可以控制加载液压千斤顶18的所处高度，便于加载液压千斤顶18与加载伸缩杆16上的加载卡槽15进行对接固定。加载液压千斤顶18进行加压将力施加于加载伸缩杆16，加载伸缩杆16进一步将推力传递到上部牵引滑板5上，从而带动牵引滑板5与上部牵引区滑体1，使得牵引区滑体1在承载板7上滑动，来模拟牵引式滑坡。

实施例2、一种基于现场监测的牵引式滑坡模型试验方法。下面结合图2-图4对本实施例提供的试验方法进行详细说明。

参见图2，本实施例提供的试验方法包括：

前期准备：通过现场勘查数据确定滑坡牵引区范围，并采用相似原理确定牵引滑板5的长度，并制作相应的牵引滑板5；在滑坡原型的基础上依据相似原理并通过相似材料试验，配置牵引区滑体1和被牵引区滑体2的相似材料；

步骤1：对升降液压千斤顶21和加载伸缩杆16进行调节，直至承载板7的倾角与所研究的原型滑坡实际倾角一致；

步骤2：调节高度调节伸缩杆12至滑轮斜杆13与牵引滑板5平行，将刻度尺10紧贴并固定于加载滑轮11前方；

步骤3：调节升降支撑台19至所述加载液压千斤顶18与加载卡槽15固定；

步骤4：利用相似原理将现场滑坡的时间-位移曲线转化为试验所需的时间-位移曲线，根据试验所需的时间-位移曲线对所述加载液压千斤顶18进行加压，并利用所述刻度尺10进行位移加载控制。

其中，所述通过现场勘查数据确定滑坡牵引区范围具体为：通过现场勘察查明滑坡裂缝分布情况并结合GPS监测时间-位移数据(该滑坡原型的监测时间-位移曲线可以在国土局的数据库中得到)确定滑坡前缘变形较大区域，并以此确定滑坡牵引区范围。

采用相似原理确定牵引滑板5的长度具体包括：相似原理中若滑坡原型与地质模型之间的几何相似比为L0，滑坡原型牵引区长度即为牵引滑板长度的L0倍，其中，L0为大于1的正数。

利用相似原理将现场滑坡的时间-位移曲线转化为试验所需的时间-位移曲线具体为：若滑坡原型与地质模型之间的几何相似比为L0，滑坡现场监测位移值即为试验位移值的L0倍，实现试验时间-位移曲线与滑坡现场监测时间-位移曲线的变化规律保持一致。在利用相似原理将现场监测时间-位移曲线转化为试验所需的加载曲线的过程中，当有多个监测点时，可对现场监测时间-位移曲线中的监测位移值取平均值再进行转化，根据获得的加载曲线对加载液压千斤顶18进行加压，加载过程中不断观测刻度尺10对位移进行实时控制，以马家沟滑坡2007-2009年现场监测时间-位移曲线为例，现场滑坡的监测时间-位移曲线与模型试验加载的时间-位移曲线如图3和图4所示，两者通过转化而来。

所述步骤4中根据获取的试验所需的时间-位移曲线对所述加载液压千斤顶18进行加压，并利用所述刻度尺10进行位移加载控制具体包括：根据实验所需的时间-位移曲线对所述加载液压千斤顶18进行加压，推动加载伸缩杆16水平移动，进而带动牵引区滑体1在承载板7上滑动；在加载液压千斤顶18不断水平推动加载伸缩杆16进行运动时，一定时间内通过刻度尺10测量的加载伸缩杆16下部的加载滑轮11位移量需与试验所需的时间-位移曲线吻合，保证加载过程严格符合试验加载曲线。

总之，本发明提供的基于现场监测的牵引式滑坡模型试验装置及试验方法，可根据滑坡实际牵引区范围设置相应滑坡模型牵引区，并且加载曲线来源于滑坡前缘牵引区时间-位移曲线，因此能够有效结合滑坡实际情况，达到研究牵引式滑坡演化机制与变形破坏机理的目的；本发明提供的试验装置装置构造简单，操作方便，并且装置整体刚度、稳定性好，便于推广使用。

本发明的有益效果可以归纳为以下几点：

(1)本发明可广泛运用于包括因坡脚开挖引起的公路牵引式滑坡、坡脚遭遇冲蚀引起的水库或海岸牵引式滑坡与黄土台塬地区地下水位抬升引起的黄土地区牵引式滑坡等各类牵引式滑坡变形破坏机理与演化机制的研究；

(2)试验前通过调节所述加载液压千斤顶将试验滑体倾角调节至与原型滑体倾角保持一致，并且加载过程均依据现场监测数据，因此能有效还原真实滑坡前缘变形情况，试验所获得的结论可靠且具指导意义；

(3)加载时保持所述滑轮斜杆与所述牵引滑板平行，所述加载液压千斤顶施加于所述加载伸缩杆上的力能够平缓、顺畅带动所述牵引板移动，加载效果好；

(4)本发明包含的装置构造简单，操作方便，并且装置整体刚度、稳定性好，便于推广使用。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于现场监测的牵引式滑坡模型试验装置，其特征在于，包括支撑升降装置、安装于所述支撑升降装置上的牵引区带动装置以及设置于所述牵引区带动装置下方的加载装置；

所述支撑升降装置包括承载板(7)、试验支撑框(8)、升降杆卡槽(22)、升降液压千斤顶(21)以及支撑底座(20)，所述承载板(7)上方堆载有牵引区滑体(1)和被牵引区滑体(2)，所述承载板(7)一端通过承载板铰链(3)铰接于所述试验支撑框(8)上，另一端通过升降杆卡槽(22)与升降液压千斤顶(21)相连，所述升降液压千斤顶(21)设置于支撑底座(20)上；

所述牵引区带动装置包括牵引滑板(5)、牵引板滑轮(6)和牵引滑轮槽(4)，所述牵引板滑轮(6)设置于所述牵引滑板(5)内且在所述牵引滑轮槽(4)中滑动以带动牵引滑板(5)；

所述加载装置包括加载液压千斤顶(18)和位于所述加载液压千斤顶(18)下方的用以支撑所述加载液压千斤顶(18)的升降支撑台(19)，所述加载液压千斤顶(18)通过加载卡槽(15)与加载伸缩杆(16)连接，所述加载伸缩杆(16)通过设置于所述牵引滑板(5)上的牵引板卡槽(17)与所述牵引滑板(5)卡合连接，所述加载伸缩杆(16)下方依次设置有加载滑轮(11)和滑轮斜杆(13)，所述滑轮斜杆(13)内部设置有加载滑轮槽(14)，加载滑轮(11)在加载滑轮槽(14)中滑动以带动加载伸缩杆(16)，所述滑轮斜杆(13)的一端通过滑轮斜杆铰链(9)铰接于所述试验支撑框(8)上，所述滑轮斜杆(13)的下方与高度调节伸缩杆(12)相连，便于实验前将滑轮斜杆(13)调节至与所述牵引滑板(5)平行。

2.如权利要求1所述的基于现场监测的牵引式滑坡模型试验装置，其特征在于，所述滑轮斜杆(13)的外部布置有刻度尺(10)，以便于加载牵引滑板(5)时的位移控制。

3.如权利要求1所述的基于现场监测的牵引式滑坡模型试验装置，其特征在于，所述牵引滑轮槽(4)设置于所述承载板(7)的两侧，所述牵引滑轮槽(4)与所述牵引板滑轮(6)相互匹配。

4.一种基于现场监测的牵引式滑坡模型试验方法，其特征在于，采用如权利要求1-3任一项所述的基于现场监测的牵引式滑坡模型试验装置，包括以下步骤：

前期准备：通过现场勘查数据确定滑坡牵引区范围，并采用相似原理确定牵引滑板(5)的长度，并制作相应的牵引滑板(5)；在滑坡原型的基础上依据相似原理并通过相似材料试验，配置牵引区滑体(1)和被牵引区滑体(2)的相似材料；

步骤1：对升降液压千斤顶(21)和加载伸缩杆(16)进行调节，直至承载板(7)的倾角与所研究的原型滑坡实际倾角一致；

步骤2：调节高度调节伸缩杆(12)至滑轮斜杆(13)与牵引滑板(5)平行，将刻度尺(10)紧贴并固定于加载滑轮(11)前方；

步骤3：调节升降支撑台(19)至所述加载液压千斤顶(18)与加载卡槽(15)固定；

步骤4：利用相似原理将现场滑坡的时间-位移曲线转化为试验所需的时间-位移曲线，根据试验所需的时间-位移曲线对所述加载液压千斤顶(18)进行加压，并利用所述刻度尺(10)进行位移加载控制。

5.如权利要求4所述的基于现场监测的牵引式滑坡模型试验方法，其特征在于，所述通过现场勘查数据确定滑坡牵引区范围具体为：

通过现场勘察查明滑坡裂缝分布情况并结合GPS监测时间-位移数据确定滑坡前缘变形较大区域，并以此确定滑坡牵引区范围。

6.如权利要求4所述的基于现场监测的牵引式滑坡模型试验方法，其特征在于，所述采用相似原理确定牵引滑板(5)的长度具体包括：

相似原理中若滑坡原型与地质模型之间的几何相似比为L0，滑坡原型牵引区长度即为牵引滑板长度的L0倍，其中，L0为大于1的正数。

7.如权利要求6所述的基于现场监测的牵引式滑坡模型试验方法，其特征在于，所述相似原理将现场滑坡的时间-位移曲线转化为试验所需的时间-位移曲线具体为：

若滑坡原型与地质模型之间的几何相似比为L0，滑坡现场监测位移值即为试验位移值的L0倍，实现试验时间-位移曲线与滑坡现场监测时间-位移曲线的变化规律保持一致。

8.如权利要求7所述的基于现场监测的牵引式滑坡模型试验方法，其特征在于，所述步骤4中根据获取的试验所需的时间-位移曲线对所述加载液压千斤顶(18)进行加压，并利用所述刻度尺(10)进行位移加载控制具体包括：

根据实验所需的时间-位移曲线对所述加载液压千斤顶(18)进行加压，推动加载伸缩杆(16)水平移动，进而带动牵引区滑体(1)在承载板(7)上滑动；

在加载液压千斤顶(18)不断水平推动加载伸缩杆(16)进行运动时，一定时间内通过刻度尺(10)测量的加载伸缩杆(16)下部的加载滑轮(11)位移量需与试验所需的时间-位移曲线吻合，保证加载过程严格符合试验加载曲线。