CN111521362A - 一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置及方法，属于岩土工程领域。该装置包括模型箱***、水循环***和测位架***，其中，模型箱***包括模型箱底部钢板、模型箱中部框箱、模型箱上部钢架、模型箱上部透明钢化玻璃和模型箱背部钢板，水循环***包括小型储水箱、进水管、大型储水箱、出水管和水泵，测位架***包括钢立架、可移动钢跨梁和可移动钢棒。该方法包括组装模型箱***、砌筑边坡模型、吊装模型箱***、组装水循环***、组装测位架***、调试设备、启动水循环***和加载地震波。本发明可与现有设备无障碍配套使用，具有可视化、可拆装、结构紧凑、适用范围广等设计优点。

Description

一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置及方法

技术领域

本发明属于岩土工程领域，涉及一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置及方法。

背景技术

一般而言，采用室内振动台模型试验是探究地震荷载作用下库区边坡岩体损伤破坏演化过程的有效途径，同时，边坡岩体在库水位变幅带(消落带)会受到库水周期性涨落影响而发生程度不一的劣化现象，如此致使边坡长期稳定性遭遇潜在威胁。因此，充分考虑边坡消落带岩体劣化对边坡动力稳定性的影响对库区边坡工程建设具有重要理论和现实意义。目前，较少有开展考虑库区消落带岩体劣化下的室内振动台模型试验，且传统型模型箱***箱壁大多由非透明金属板相互焊接而成，同时位移测量配套装置不成熟；一方面其不利于实时地观察、监测和记录地震荷载施加过程中边坡岩体损伤破坏演化过程，一定程度上约束了对边坡岩体损伤破坏演化特征的直观性评价和进一步深入分析，另一方面由于位移测量配套装置活动性较差，对于精确测定边坡指定位置坡***移造成困难。鉴于此，有必要采用一种新型可视化、活动型且设计合理、操作简单的模型箱***及相应的水循环***配套装置、位移测量***配套装置，以期便捷的搬运、拆卸模型箱***和砌筑边坡模型，同时模拟库区江水流动状态以考虑消落带岩体劣化，且能够精确测定边坡指定位置坡***移，进一步完善现有岩土工程领域中有关考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置及方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置及方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置，包括模型箱***C1、水循环***C2和测位架***C3；

其中，模型箱***C1由模型箱底部钢板C4、模型箱中部框箱C5、模型箱上部钢架C6、模型箱上部透明钢化玻璃C7和模型箱背部钢板C8组合而成，水循环***C2由小型储水箱C9、进水管C10、大型储水箱C11、出水管C12和水泵C13组合而成，测位架***C3由钢立架C14、可移动钢跨梁C15和可移动钢棒C16组合而成。

可选的，所述模型箱底部钢板C4是焊接于模型箱底部的矩形长钢板，钢板四周一定间隔布置等直径螺孔；通过高强度螺栓将模型箱底部钢板C4与振动台台面紧密地连接为一体，以保证模型箱***C1与振动台台面同步振动；

所述模型箱中部框箱C5是由矩形钢板通过焊接组合而成的内空型长方体框架结构，其上下面为敞口、顶面长边两侧焊接有长条矩形钢板，且一定间隔布置等直径螺孔；通过焊接将模型箱中部框箱C5与模型箱底部钢板C4紧密地固定为一体；此外，顶面长边两侧的长条矩形钢板下方靠近右端分别含三个空心圆柱形接口，且两侧共计六个接口均伸出一定长度以分别用作连接进水管C10和出水管C12；

所述模型箱上部钢架C6是由等边角钢通过焊接组合而成的梯形框架结构，其左右两侧通过焊接等边角钢连接为一体以起加固作用；左侧角钢两边、右侧角钢一边和下侧角钢一边一定间隔布置等直径螺孔；通过高强度螺栓将模型箱上部钢架C6下侧角钢一边与模型箱中部框箱C5顶面长边两侧的长条矩形钢板紧密地连接为一体；

所述模型箱上部透明钢化玻璃C7是连接于模型箱上部钢架C6内侧的梯形可视化钢化玻璃板，其左右两侧一定间隔布置等直径螺孔；通过高强度螺栓将模型箱上部透明钢化玻璃C7左右两侧与模型箱上部钢架C6左右两侧角钢一边紧密地连接为一体；

所述模型箱背部钢板C8是连接于模型箱***背部的矩形长钢板，其长边两侧一定间隔布置等直径螺孔；通过高强度螺栓将模型箱背部钢板C8与模型箱上部钢架C6左侧角钢一边紧密地连接为一体。

可选的，所述小型储水箱C9是由矩形钢板通过焊接组合而成的内空型长方体箱型结构，其顶面为敞口；小型储水箱C9一侧接近顶面位置含三个空心圆柱形接口，而与之对应一侧接近顶部位置含一个空心圆柱形接口，且前后两者共计四个接口均伸出一定长度以分别用作连接进水管C10和水泵C13出水口；

所述进水管C10是由PVC软质塑料管构成的水循环流动通道，其一端连接于小型储水箱C9一侧接近顶面位置的三个空心圆柱形接口，而另一端连接于模型箱中部框箱C5顶面长边一侧的长条矩形钢板下方靠近右端的三个空心圆柱形接口；

所述大型储水箱C11是由矩形钢板通过焊接组合而成的内空型长方体箱型结构，其顶面为敞口，且水泵C13放置于大型储水箱底部；此外，大型储水箱C11一侧接近顶面位置有三个空心圆柱形接口，其均伸出一定长度以用作连接出水管C12；

所述出水管C12是由PVC软质塑料管构成的水循环流动通道，其一端连接于大型储水箱C11一侧接近顶面位置含三个空心圆柱形接口，而另一端连接于模型箱中部框箱C5顶面长边一侧的长条矩形钢板下方靠近右端的三个空心圆柱形接口；

所述水泵C13是放置于大型储水箱C11底部的水循环动力装置，大型储水箱C11内的水自水泵C13进水口流至出水口后进入小型储水箱C9内，再经小型储水箱C9一侧的进水管C10流入模型箱中部框箱C5内，最后经模型箱中部框箱C5一侧的出水管C12流回大型储水箱C11。

可选的，所述钢立架C14是由圆柱形钢棒、长条矩形钢板和方形钢板通过焊接组合而成的梯形框架结构，梯形框架中部长条矩形钢板一侧一定间隔布置等直径螺孔；

所述可移动钢跨梁C15是中心和两端各自含一螺孔的活动型长条矩形钢板，根据实际布置需要将可移动钢跨梁C15和钢立架C14通过各自的螺孔加之串联螺杆紧密地连接为一体；

所述可移动钢棒C16是用于固定位移传感器的活动型圆柱形钢棒，其一端含一定长度的螺纹且穿过可移动钢跨梁C15中心螺孔；根据实际布置需要将可移动钢棒C16和可移动钢跨梁C15通过各自的螺纹和螺孔紧密地连接为一体；顶部第一根可移动钢棒呈“L”形，竖向伸出一端用于安装测量竖向变形的位移传感器。

基于所述装置的考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验方法，该方法包括以下步骤：

(1)试验前期准备：根据试验背景，赴现场调研，开展室内常规物理力学特性试验；进一步设计边坡模型工况和加载方案；选择试验场地，并清理干净振动台台面杂物；确定振动台加载***、数据采集***和计算机***等试验***工作正常；自主设计模型箱***C1、水循环***C2和测位架***C3并依托厂家加工成型；

(2)组装模型箱***C1：首先将焊接为一体的模型箱底部钢板C4和模型箱中部框箱C5平稳地放置于地面上；然后将模型箱上部钢架C6通过螺栓连接安装在模型箱中部框箱C5两侧长条矩形钢板上；再将模型箱上部透明钢化玻璃C7通过螺栓连接安装在模型箱上部钢架C6内侧；最后将模型箱背部钢板C8通过螺栓连接安装在模型箱上部钢架C6一侧；

(3)模型箱边界效应处理；

(4)砌筑边坡模型；

(5)埋设加速度传感器和土压力传感器；

(6)吊装模型箱***C1：待已砌筑成型的边坡模型在自然状态下静置24h后，采用龙门架，龙门架配有具足够强度的钢丝绳，将内置边坡模型的模型箱***C1缓慢吊装至振动台台面，使模型箱底部钢板C4与振动台台面平稳接触；采用高强度螺栓将两者紧密地连接为一体，须保证模型箱***C1和振动台台面在试验过程中同步运动；随后在边坡模型坡面前方振动台台面铺设一层彩条布，防止边坡模型振动过程中垮落的块渣掉落至振动台台面下方的液压架坑槽内；

(7)组装水循环***C2：将小型储水箱C9和大型储水箱C11放置于模型箱***C1后侧地面上并保持合适距离，并使小型储水箱C9、进水管C10、模型箱中部框箱C5、出水管C12、大型储水箱C11和放置于储水箱底部的水泵C13连接为一体，且PVC软质塑料管不触碰其他装置；

(8)组装测位架***C3和安装位移传感器；

(9)数据采集线连接和采集***调试：将加速度传感器、土压力传感器和位移传感器引线与数据采集仪通道口连接在一起，并对数据采集***进行调试，包括设置和输入参数，以满足试验测试要求；

(10)启动水循环***C2：向小型储水箱C9、大型储水箱C11和模型箱中部框箱C5内注水，直至水面达各自自带圆柱形接口孔处，随后启动水泵C13使水循环***C2开始运行以期模拟江水流动状态；

(11)地震波加载：待水循环***C2运行一段时间且模型箱中部框箱C5内水面流动处于稳定状态后，根据地震波加载方案，对边坡模型进行激振并采集试验数据；自微震作用阶段起直至强震作用阶段止，以加载次数为50次或20次作为一个地震波加载序列，每一个加载序列结束后间隔1～2min再加载下一个地震波；此间，近距离观察、拍摄、测量和记录边坡模型产生裂隙/缝的位置、数量、长度、深度及发育、延伸、贯通起止方向，以及岩层层间错动量、弯曲、折断、垮落、掉块和滑移的损伤、失稳和破坏信息；

(12)待一个试验工况的边坡模型完全破坏后，终止地震波加载，关闭各个***开关，断开电源；近距离观察、拍摄、测量并记录边坡模型最终破坏形态及变形信息，保存并拷贝数据采集***中的试验数据及收集整个试验过程中所拍摄和记录的相关资料；拆离测位架***C3上的位移传感器引线，以及数据采集仪通道口的加速度传感器和土压力传感器引线，并将测位架***C3挪动至宽敞位置；拆离模型箱中部框箱C5两侧接口处的进水管C10和出水管C12，并将模型箱中部框箱C5内的水抽干；拆卸模型箱上部透明钢化玻璃C7和模型箱背部钢板C8后，清理其内部的边坡模型砌筑体并取出加速度传感器和土压力传感器，最后清理垮落于彩条布上的岩土体块渣并清洁试验场地；

(13)重复步骤(2)～(12)，继续开展其他试验工况的振动台模型试验，直至完成所有试验工况，并整合所有试验工况的相关试验数据，以便后期对其进行深入分析。

可选的，所述步骤(3)具体步骤如下：

(3.1)选用的模型箱为固壁式刚性箱，其自身整体刚度较大，随之带来的边界效应较为突出，模型箱刚性壁存在的反射波会对坡体的动力响应变化产生一定影响，需采取一定措施处理模型箱刚性壁以降低其边界效应的影响；

(3.2)常用于处理刚性模型箱边界效应的方法是在模型箱刚性壁表面粘贴一定厚度的吸波材料，且吸波材料一般要求具有较大的阻尼比和防止产生过大变形的刚度；

(3.3)选用厚度为45mm的聚苯乙烯塑料泡沫板作为吸波材料，将其紧贴于模型箱中部框箱C5的刚性壁表面，以降低模型箱刚性壁所产生的边界效应，同时需要在与边坡模型接触的聚苯乙烯塑料泡沫板表面粘贴光滑洁净的聚氯乙烯塑料薄膜，并涂抹上润滑油，降低聚苯乙烯塑料泡沫板与边坡模型接触面之间存在的摩阻力对试验的影响；

(3.4)同理在模型箱上部透明钢化玻璃C7表面粘贴光滑洁净的聚氯乙烯塑料薄膜，并涂抹上润滑油。

可选的，所述步骤(4)具体步骤如下：

(4.1)在模型箱体内砌筑边坡模型，砌筑基本原则为“自下至上，分层压实”；

(4.2)根据边坡模型各岩层几何尺寸、相似材料最佳配比及密度值，计算出砌筑每一层岩体所需相似材料用量，从而计算出制备每一层岩体所需每一种相似材料原料的用量；

(4.3)根据计算结果，采用电子秤称量出制备每一层岩体所需每一种相似材料原料的重量；在相似材料原料称量、搅拌、及边坡岩体砌筑过程中，每一次称量时增加各种原料的重量，使其重量具有足够的富余，保证每一层岩体砌筑的连续性和均匀性，避免多次制备相似材料砌筑每一层边坡岩体；

(4.4)根据称量结果，将各种相似材料原料混合在一起，并采用小型搅拌机将该混合干料搅拌至均匀状态；首先将甘油和石膏缓凝剂加入至自来水中并用玻璃棒将其搅拌至均匀状态，然后将混合液分若干次加入至前述混合干料中，最后采用人工搅拌方式将混合液和混合干料搅拌至均匀状态；

(4.5)将制备完成的相似材料分若干次铲入至模型箱中部框箱C5内，使用击实锤分层压实至设计位置和密实度后，采用手工抹刀对其表面进行修整，并利用水平尺检测平整度；采用钢尺量出每一次相似材料的压实厚度并做醒目标识；

(4.6)使用击实锤分层压实至设计位置和密实度，设计位置为砌筑前在模型上部透明钢化玻璃C7上勾画出硬岩和泥质软岩岩层轮廓的位置；为保证压实效果，硬岩岩体相似材料每次压实厚度为50～100mm，泥质软岩岩体相似材料每次压实厚度为20～50mm；

(4.7)相似材料尚未初凝前，采用长×宽×厚＝400mm×100mm×2mm的薄型钢片垂直于岩体结构面方向切割出等深度和等间距的正交次级节理；等间距为切割深度和切割间距均为结构面间距的1/2；岩体结构面形态为锯齿状起伏，采用手工抹刀对其表面进行修整，使之形成规则的锯齿状起伏形态；

(4.8)采用钢丝网筛在岩体结构面均匀铺洒一层厚度约为1mm的细粒径干燥石英砂，随后人工手动均匀铺洒一层厚度约为1mm的干燥薄云母片，并人工手动将石英砂和云母片所在平面修整平滑；

(4.9)待每一层岩体砌筑完成并基本达稳定状态后，重复步骤(4.1)～(4.8)，继续进行下一层岩体的砌筑，直至边坡模型达设计高度。

可选的，所述步骤(5)具体步骤如下：

(5.1)为获取边坡岩体在各损伤阶段的加速度响应情况，在边坡模型的坡内、坡顶、坡肩、坡面和坡脚范围一定位置埋设加速度传感器；为获取边坡岩体在各损伤阶段的应力传递情况，在边坡模型的坡内、坡顶、坡肩、坡面和坡脚范围一定位置埋设土压力传感器；

(5.2)坡内加速度传感器埋设应在边坡模型砌筑过程中进行；选用内径稍大于加速度传感器头部直径的PVC塑料管，将加速度传感器嵌套在PVC塑料管内，并使用502胶水将加速度传感器头部顶面连同PVC塑料管一起粘贴在方形薄塑料片表面，以防止加速度传感器受压而受损；在加速度传感器与其引线接口处使用透明胶带密封，以防止加速度传感器遇水而受损；加速度传感器引线在坡内应采用“蛇形走向”的铺设方式，且须保证引线具有足够的富余度，以避免边坡模型砌筑过程或后期边坡岩体滑动、垮塌破坏带来的超限压力或拉力致使加速度传感器受损失效；坡顶、坡肩、坡面和坡脚加速度传感器埋设均在边坡模型砌筑成型后进行；在埋设坡顶和坡肩加速度传感器时，使用502胶水将加速度传感器头部顶面粘贴在方形薄钢片表面，并将方形薄钢片垂直***坡顶和坡肩设计位置的一定深度，同时采用石膏对方形薄钢片周围进行加固处理以保证其嵌固稳定性；在埋设坡面和坡脚加速度传感器时，采用与加速度传感器头部直径相同的PVC塑料管以持续旋转渐进的方式平稳地***坡面和坡角设计位置的一定深度，缓慢拔出PVC塑料管后形成一规则圆形孔洞(须人工手动修整)，平稳地放入加速度传感器并用石膏填塞孔洞出口以保证加速度传感器的嵌固稳定性；同理须保证加速度传感器引线具有足够的富余度；

(5.3)坡内、坡顶、坡肩、坡面和坡脚范围土压力传感器埋设均在边坡模型砌筑过程中进行；在埋设土压力传感器前，将703硅橡胶均匀涂抹在土压力传感器前承压膜外环表面及其引线接头处，静置约1小时后，使用聚氯乙烯塑料薄膜将土压力传感器包裹密封；在埋设土压力传感器时，将包裹密封土压力传感器的聚氯乙烯塑料薄膜拆开，根据土压力传感器布置情况，在拟埋设土压力传感器位置处，使用掏孔器挖出一个直径与土压力传感器等同而深度大于土压力传感器厚度的环形槽，环形槽底部用细粒径干燥石英砂垫平并采用小型夯锤压实，随后将土压力传感器放置槽中且使承压膜面朝上，并均匀铺洒细粒径干燥石英砂直至环形槽填充完整，采用小型夯锤压实环形槽顶面细粒径干燥石英砂并人工手动将其抹平；土压力传感器引线在坡内应采用“蛇形走向”的铺设方式，且须保证引线具有足够的富余度，以避免边坡模型砌筑过程或后期边坡岩体滑动、垮塌破坏带来的超限压力或拉力致使土压力传感器受损失效；特别地，自每个土压力传感器埋设完成至边坡模型砌筑成型的整个过程中，务必对土压力传感器加以保护，每一层岩体的压实力度应控制在适当范围，同时不得随意拉拽土压力传感器引线。

可选的，所述步骤(8)具体步骤如下：

(8.1)将两个钢立架C14平稳地放置于模型箱***C1正前方两侧地面上，根据实际位置需要通过可移动钢跨梁C15两端自带螺纹与钢立架C14自带螺孔使两者连接为一体，并通过可移动钢棒C16端头自带螺纹与可移动钢跨梁C15中心自带螺孔使两者连接为一体；“L”形可移动钢棒C16安装于最上面一条可移动钢跨梁C15上，其余可移动钢棒C16根据长短依次自上向下安装；

(8.2)为了获取边坡岩体在各损伤阶段的变形发展情况，在边坡模型的坡顶、坡肩、坡面和坡脚范围一定位置布置位移传感器，将位移传感器主体结构安装在可移动钢棒C16未带螺纹一端端头，使其指针朝向边坡模型上布置的相应位移监测点；

(8.3)在安装坡顶位移传感器时，将方形薄钢片水平***坡顶斜面设计位置的一定深度，并使用石膏加固方形薄钢片与坡顶斜面接触位置以确保其嵌固稳定性，待方形薄钢片稳固后，将位移传感器以垂直于方形薄钢片方向牢牢地安装在测位架***C3上部第一根可移动钢棒C16上；在安装坡肩、坡面和坡脚范围位移传感器时，将方形薄钢片竖直***坡肩、坡面和坡脚范围斜面设计位置的一定深度，其余安装方法与坡顶一致；最后通过旋转螺纹调整可移动钢棒C16的位置，使位移传感器指针针头与方形薄钢片表面紧密接触。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置具有可视化和可调节性优点，一方面一定程度上克服了传统型模型箱***非透明全金属的缺点，可透过透明钢化玻璃窗口直观准确地观察、监测和记录振动过程中边坡岩体损伤破坏演化过程，另一方面一定程度上克服了传统型模型箱***不可活动的缺点，可通过调节模型箱***各组成部分以更为便捷地进行边坡模型的砌筑和拆卸以及模型箱***的搬运。

(2)本发明的一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置具有水循环***，可较真实地模拟江水流动状态，一定程度上克服了传统型模型箱***不可引入水流的缺点，充分考虑了库岸边坡消落带岩体劣化和地震耦合作用对边坡稳定性的影响。

(3)本发明的一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置不仅配套有成熟的可拆卸型位移测量***，以准确测定边坡坡顶、坡肩、坡面和坡脚范围一定位置的变形量，而且具有结构紧凑、便于搬运和操作简单等设计优点。

(4)本发明的一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置及方法可与现有振动台加载***、数据采集***和计算机***等试验***无障碍配套使用，一定程度上完善了现有岩土工程领域中有关考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验的装置及方法。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明具体实施方式的一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置；

图2为本发明具体实施方式的一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置与现有设备配套示意图；

图3为本发明具体实施方式的模型箱***示意图；

图4为本发明具体实施方式的水循环***示意图；

图5为本发明具体实施方式的测位架***示意图；

图6为本发明具体实施方式的模型箱底部钢板及其平面几何尺寸示意图；

图7为本发明具体实施方式的模型箱中部框箱及其平面几何尺寸示意图；

图8为本发明具体实施方式的模型箱上部钢架及其平面几何尺寸示意图；

图9为本发明具体实施方式的模型箱上部透明钢化玻璃及其平面几何尺寸示意图；

图10为本发明具体实施方式的模型箱背部钢板及其平面几何尺寸示意图；

图11为本发明具体实施方式的小型储水箱及其平面几何尺寸示意图；

图12为本发明具体实施方式的大型储水箱及其平面几何尺寸示意图；

图13为本发明具体实施方式的钢立架及其平面几何尺寸示意图；

图14为本发明具体实施方式的可移动钢跨梁及其平面几何尺寸示意图；

图15为本发明具体实施方式的可移动钢棒及其平面几何尺寸示意图。

附图标记：C1-模型箱***；C2-水循环***；C3-测位架***；C4-模型箱底部钢板；C5-模型箱中部框箱；C6-模型箱上部钢架；C7-模型箱上部透明钢化玻璃；C8-模型箱背部钢板；C9-小型储水箱；C10-进水管；C11-大型储水箱；C12-出水管；C13-水泵；C14-钢立架；C15-可移动钢跨梁；C16-可移动钢棒。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实施方式提供如图1～图15所示的一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置(单位：mm)，包括模型箱***C1、水循环***C2和测位架***C3，其中，模型箱***C1由模型箱底部钢板C4、模型箱中部框箱C5、模型箱上部钢架C6、模型箱上部透明钢化玻璃C7和模型箱背部钢板C8组合而成，水循环***C2由小型储水箱C9、进水管C10、大型储水箱C11、出水管C12和水泵C13组合而成，测位架***C3由钢立架C14、可移动钢跨梁C15和可移动钢棒C16组合而成。

所述模型箱底部钢板C4是焊接于模型箱底部的矩形长钢板(如图6所示)，其平面几何尺寸为长×宽×厚＝1200mm×600mm×5mm，钢板四周一定间隔布置等直径螺孔，长边方向间隔距离为180mm，短边方向间隔距离为160mm，且孔径为10mm；模型箱底部钢板C4与振动台台面通过高强度螺栓紧密地连接为一体，以保证模型箱***上部结构与振动台台面同步振动。

所述模型箱中部框箱C5是由矩形钢板通过焊接组合而成的内空型长方体框架结构(如图7所示)，其外框平面几何尺寸为长×宽×高＝1010mm×310mm×400mm，而内框平面几何尺寸为长×宽×高＝1000mm×300mm×400mm，且其上下面为敞口；模型箱中部框箱C5顶面长边两侧焊接有长条矩形钢板，其平面几何尺寸为长×宽×厚＝805mm×27mm×5mm，且一定间隔布置等直径螺孔，其间隔距离为150mm、孔径为10mm；模型箱中部框箱C5顶面长边两侧的长条矩形钢板下方靠近右端分别含三个空心圆柱形接口，其内径为18mm、外径为20mm，且两侧共计六个接口均伸出一定长度以分别用作连接进水管C10和出水管C12，其伸出段长为25mm；通过焊接将模型箱中部框箱C5与模型箱底部钢板C4紧密地固定为一体。

所述模型箱上部钢架C6是由等边角钢通过焊接组合而成的梯形框架结构(如图8所示)，其外框平面几何尺寸的上底长为500mm、下底长为800mm、左侧腰长为1000mm、右侧腰长为1044mm，且等边角钢平面几何尺寸为边长×边长×厚＝30mm×30mm×3mm；模型箱上部钢架C6左右两侧通过焊接等边角钢连接为一体以起加固作用，其位置距上下两边均为455mm；模型箱上部钢架C6左侧角钢两边一定间隔布置等直径螺孔，其中，左侧角钢一边间隔距离为60mm(除自上至下第8和第9个螺孔之间间隔距离为120mm外)、孔径为10mm，而左侧角钢另一边间隔距离为250mm且孔径为5mm；模型箱上部钢架C6右侧角钢一边一定间隔布置等直径螺孔，其间隔距离为250mm、孔径为5mm；模型箱上部钢架C6下侧角钢一边一定间隔布置等直径螺孔，其间隔距离为150mm、孔径为10mm；模型箱上部钢架C6下侧角钢一边与模型箱中部框箱C5顶面长边两侧的长条矩形钢板通过高强度螺栓紧密地连接为一体。

所述模型箱上部透明钢化玻璃C7是连接于模型箱上部钢架C6内侧的梯形可视化钢化玻璃板(如图9所示)，其平面几何尺寸的上底长为500mm、下底长为800mm、左侧腰长为1000mm、右侧腰长为1044mm、厚为2mm；模型箱上部透明钢化玻璃C7左右两侧一定间隔布置等直径螺孔，其间隔距离为250mm、孔径为5mm；模型箱上部透明钢化玻璃C7左右两侧与模型箱上部钢架C6左右两侧角钢一边通过高强度螺栓紧密地连接为一体。

所述模型箱背部钢板C8是连接于模型箱背部的矩形长钢板(如图10所示)，其平面几何尺寸为长×宽×厚＝1000mm×364mm×5mm；钢板长边两侧一定间隔布置等直径螺孔，其间隔距离为60mm(除自上至下第8和第9个螺孔之间间隔距离为120mm外)、孔径为10mm；模型箱背部钢板C8与模型箱上部钢架C6左侧角钢一边通过高强度螺紧密地连接为一体。

所述小型储水箱C9是由矩形钢板通过焊接组合而成的内空型长方体箱型结构(如图11所示)，其平面几何尺寸为长×宽×高＝400mm×400mm×500mm，且其上面为敞口；小型储水箱C9一侧接近顶面位置含三个空心圆柱形接口，其内径为18mm、外径为20mm、中心距离底面为340mm，而与之对应一侧接近顶部位置含一个空心圆柱形接口，其内径为18mm、外径为20mm、中心距离底面为400mm；且前后两者共计四个接口均伸出一定长度以分别用作连接进水管C10和水泵C13出水口，其伸出段长为30mm。

所述进水管C10是由PVC软质塑料管构成的水循环流动通道(如图4所示)，其内径为18mm，而长度根据实际使用时选取；进水管C10一端连接于小型储水箱C9一侧接近顶面位置的三个空心圆柱形接口，而另一端连接于模型箱中部框箱C5顶面长边一侧的长条矩形钢板下方靠近右端的三个空心圆柱形接口。

所述大型储水箱C11是由矩形钢板通过焊接组合而成的内空型长方体箱型结构(如图12所示)，其平面几何尺寸为长×宽×高＝600mm×600mm×500mm，且其上面为敞口；大型储水箱C11一侧接近顶面位置有三个空心圆柱形接口，其内径为18mm、外径为20mm、中心距离底面为320mm；且三个接口均伸出一定长度以用作连接出水管C12，其伸出段长为30mm。

所述出水管C12是由PVC软质塑料管构成的水循环流动通道(如图4所示)，其内径为18mm，而长度根据实际使用时选取；出水管C12一端连接于大型储水箱C11一侧接近顶面位置含三个空心圆柱形接口，而另一端连接于模型箱中部框箱C5顶面长边一侧的长条矩形钢板下方靠近右端的三个空心圆柱形接口。

所述水泵C13是放置于大型储水箱C11底部的水循环动力装置(如图4所示)，大型储水箱C11内的水自水泵C13进水口流至出水口后进入小型储水箱C9内，再经小型储水箱C9一侧的进水管C10流入模型箱中部框箱C5内，最后经模型箱中部框箱C5一侧的出水管C12流回大型储水箱C11，且根据实际使用情况选取合适大小功率的水泵。

所述钢立架C14是由圆柱形钢棒、长条矩形钢板和方形钢板通过焊接组合而成的梯形框架结构(如图13所示)，其方形钢板底座平面几何尺寸为长×宽×厚＝150mm×150mm×30mm，且底座连杆为圆柱形钢棒，其长为200mm、直径为20mm；钢立架C14顶部连杆为圆柱形钢棒，其长为150mm、直径为20mm，且斜连杆为圆柱形钢棒，其长为1450mm、直径为20mm，而中部为长条矩形钢板，其平面几何尺寸为长×宽×厚＝1430mm×30mm×10mm；钢立架C14梯形框架中部长条矩形钢板一侧一定间隔布置等直径螺孔10个，其间隔距离为100mm、孔径和孔深均为10mm。

所述可移动钢跨梁C15是中心和两端各自含一螺孔的活动型长条矩形钢板(如图14所示)，其平面几何尺寸为长×宽×厚＝1700mm×80mm×8mm，且中心孔径为10mm，两端孔径和孔深分别为5mm和15mm；可根据实际布置需要将可移动钢跨梁C15和钢立架C14通过各自的螺孔加之串联螺杆紧密地连接为一体，串联螺杆长为25mm、***钢立架C14长条矩形钢板一端直径为10mm、而***可移动钢跨梁C15一端直径为5mm；可根据实际布置需要将可移动钢跨梁C15和钢立架C14通过各自的螺孔加之串联螺杆紧密地连接为一体。

所述可移动钢棒C16是用于固定位移传感器的活动型圆柱形钢棒(如图15所示)，共计5根，可移动钢棒C16一端含一定长度的螺纹且穿过可移动钢跨梁C15中心螺孔，其自上至下的长依次为730mm、530mm、530mm、460mm和400mm，且直径为10mm、端头螺纹长为150mm；可根据实际布置需要将可移动钢棒C16和可移动钢跨梁C15通过各自的螺纹和螺孔紧密地连接为一体；顶部第一根可移动钢棒C16呈“L”形，其长为730mm，且竖向伸出一端用于安装测量竖向变形的位移传感器，其伸出段长为25mm。

采用所述的一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置进行试验的方法，具体步骤如下：

(1)试验前期准备。

(2)组装模型箱***C1：首先将焊接为一体的模型箱底部钢板C4和模型箱中部框箱C5平稳地放置于地面上；然后将模型箱上部钢架C6通过螺栓连接安装在模型箱中部框箱C5两侧长条矩形钢板上；再将模型箱上部透明钢化玻璃C7通过螺栓连接安装在模型箱上部钢架C6内侧；最后将模型箱背部钢板C8通过螺栓连接安装在模型箱上部钢架C6一侧。

(3)模型箱边界效应处理。

(4)砌筑边坡模型。

(5)埋设加速度传感器和土压力传感器。

(6)吊装模型箱***C1：待已砌筑成型的边坡模型在自然状态下静置24h后，采用小型龙门架(配有具足够强度的钢丝绳)将模型箱***C1(内置边坡模型)缓慢吊装至振动台台面，使模型箱底部钢板C4与振动台台面平稳接触；采用高强度螺栓将两者紧密地连接为一体，须保证模型箱***C1和振动台台面在试验过程中同步运动；随后在边坡模型坡面前方振动台台面铺设一层彩条布，防止边坡模型振动过程中垮落的块渣掉落至振动台台面下方的液压架坑槽内。

(7)组装水循环***C2：将小型储水箱C9和大型储水箱C11放置于模型箱***C1后侧地面上并保持合适距离，并使小型储水箱C9、进水管C10、模型箱中部框箱C5、出水管C12、大型储水箱C11和水泵C13(放置于大型储水箱底部)连接为一体，且PVC软质塑料管不宜过长，尽量不要触碰其他装置。

(8)组装测位架***C3和安装位移传感器。

(9)数据采集线连接和采集***调试：将加速度传感器、土压力传感器和位移传感器引线与数据采集仪通道口连接在一起，并对数据采集***进行调试(参数设置、输入)，以满足试验测试要求。

(10)启动水循环***C2：向小型储水箱C9、大型储水箱C11和模型箱中部框箱C5内注水，直至水面达各自自带圆柱形接口孔处，随后启动水泵C13使水循环***C2开始运行以期模拟江水流动状态。

(11)地震波加载。

(12)待一个试验工况的边坡模型完全破坏后，终止地震波加载，关闭各个***开关，断开电源；近距离观察(拍摄)、测量并记录边坡模型最终破坏形态及变形信息，保存并拷贝数据采集***中的试验数据及收集整个试验过程中所拍摄和记录的相关资料；拆离测位架***C3上的位移传感器(引线)，以及数据采集仪通道口的加速度传感器和土压力传感器引线，并将测位架***C3挪动至宽敞位置；拆离模型箱中部框箱C5两侧接口处的进水管C10和出水管C12，并将模型箱中部框箱C5内的水抽干；拆卸模型箱上部透明钢化玻璃C7和模型箱背部钢板C8后，清理其内部的边坡模型砌筑体并取出加速度传感器和土压力传感器，最后清理垮落于彩条布上的岩土体块渣并清洁试验场地。

(13)重复步骤(2)～(12)，继续开展其他试验工况的振动台模型试验，直至完成所有试验工况，并整合所有试验工况的相关试验数据，以便后期对其进行深入分析。

可选的，所述步骤(1)具体步骤如下：

(1.1)根据试验背景，赴现场调研，开展室内常规物理力学特性试验；

(1.2)基于步骤(1.1)进一步设计边坡模型工况和加载方案；

(1.3)选择试验场地，并清理干净振动台台面杂物；

(1.4)确定振动台加载***、数据采集***和计算机***等试验***工作正常；

(1.5)自主设计模型箱***C1、水循环***C2和测位架***C3并依托厂家加工成型。

可选的，所述步骤(3)具体步骤如下：

(3.1)本发明选用的模型箱为固壁式刚性箱，其自身整体刚度较大，随之带来的边界效应较为突出，模型箱刚性壁存在的反射波会对坡体的动力响应变化产生一定影响，需采取一定措施处理模型箱刚性壁以降低其边界效应的影响；

(3.2)常用于处理刚性模型箱边界效应的方法是在模型箱刚性壁表面粘贴一定厚度的吸波材料，且吸波材料一般要求具有较大的阻尼比和防止产生过大变形的刚度；

(3.3)鉴于此，选用厚度为45mm的聚苯乙烯塑料泡沫板作为吸波材料，将其紧贴于模型箱中部框箱C5的刚性壁表面，以降低模型箱刚性壁所产生的边界效应，同时需要在与边坡模型接触的聚苯乙烯塑料泡沫板表面粘贴光滑洁净的聚氯乙烯塑料薄膜，并涂抹上润滑油，降低聚苯乙烯塑料泡沫板与边坡模型接触面之间存在的摩阻力对试验的影响；

(3.4)同理需要在模型箱上部透明钢化玻璃C7表面粘贴光滑洁净的聚氯乙烯塑料薄膜，并涂抹上润滑油。

可选的，所述步骤(4)具体步骤如下：

(4.1)在模型箱体内砌筑边坡模型，砌筑基本原则为“自下至上，分层压实”；

(4.2)根据边坡模型各岩层几何尺寸、相似材料最佳配比及其相应关键物理力学参数(密度)值，计算出砌筑每一层岩体(硬岩或泥质软岩)所需相似材料用量，从而计算出制备每一层岩体所需每一种相似材料原料的用量；

(4.3)根据计算结果，采用电子秤尽可能精确地称量出制备每一层岩体所需每一种相似材料原料的重量；特别地，在相似材料原料称量、搅拌、及边坡岩体砌筑过程中难免会由于人为等偶然因素而造成该混合干料的浪费、降低其利用率，因此，每一次称量时应适当增加各种原料的重量，即应使其重量具有足够的富余，最大可能地保证每一层岩体砌筑的连续性和均匀性，避免多次制备相似材料砌筑每一层边坡岩体；

(4.4)根据称量结果，将各种相似材料原料混合在一起，并采用小型搅拌机将该混合干料搅拌至均匀状态；首先将甘油和石膏缓凝剂加入至自来水中(制备硬岩)并用玻璃棒将其搅拌至均匀状态，然后将混合液(制备泥质软岩时直接加自来水)分若干次加入至前述混合干料中，最后采用人工搅拌方式将混合液和混合干料搅拌至均匀状态；

(4.5)将制备完成的相似材料分若干次铲入(小型铁铲)至模型箱中部框箱C5内，使用小型击实锤分层压实至设计位置和密实度后，采用手工抹刀等工具对其表面进行修整，并利用水平尺检测其平整度；特别地，由于模型箱中部框箱C5除顶面敞开，其余面均由钢板焊接封闭，因此，须采用钢尺量出每一次相似材料的压实厚度并做醒目标识；

(4.6)使用小型击实锤分层压实至设计位置(砌筑前在模型上部透明钢化玻璃C7上勾画出硬岩和泥质软岩岩层轮廓)和密实度；特别地，为保证压实效果，硬岩岩体相似材料每次压实厚度均控制在50～100mm之间，而泥质软岩岩体相似材料每次压实厚度均控制在20～50mm之间；

(4.7)相似材料尚未初凝前，采用长×宽×厚＝400mm×100mm×2mm的薄型钢片垂直于岩体结构面方向切割出等深度和等间距(切割深度和切割间距均为结构面间距的1/2)的正交次级节理；特别地，岩体结构面形态为锯齿状起伏，须采用手工抹刀等工具对其表面进行修整，尽可能使之形成较为规则的锯齿状起伏形态；

(4.8)采用钢丝网筛在岩体结构面均匀铺洒一层厚度约为1mm的细粒径干燥石英砂，随后人工手动均匀铺洒一层厚度约为1mm的干燥薄云母片，并人工手动将石英砂和云母片所在平面尽可能修整平滑；

(4.9)待每一层岩体砌筑完成并基本达稳定状态后，重复步骤(4.1)～(4.8)，继续进行下一层岩体的砌筑，直至边坡模型达设计高度。

可选的，所述步骤(5)具体步骤如下：

(5.1)为了获取边坡岩体在各损伤阶段的加速度响应情况，在边坡模型的坡内、坡顶、坡肩、坡面和坡脚范围一定位置埋设加速度传感器；

(5.2)坡内加速度传感器埋设应在边坡模型砌筑过程中进行；选用内径稍大于加速度传感器头部直径的PVC塑料管，将加速度传感器嵌套在PVC塑料管内，并使用502胶水将加速度传感器头部顶面连同PVC塑料管一起粘贴在方形薄塑料片表面，以防止加速度传感器受压而受损；在加速度传感器与其引线接口处使用透明胶带密封，以防止加速度传感器遇水而受损；加速度传感器引线在坡内应采用“蛇形走向”的铺设方式，且须保证引线具有足够的富余度，以避免边坡模型砌筑过程或后期边坡岩体滑动、垮塌破坏带来的超限压力或拉力致使加速度传感器受损失效；

(5.3)坡顶、坡肩、坡面和坡脚加速度传感器埋设均在边坡模型砌筑成型后进行；在埋设坡顶和坡肩加速度传感器时，使用502胶水将加速度传感器头部顶面粘贴在方形薄钢片表面，并将方形薄钢片垂直***坡顶和坡肩设计位置的一定深度，同时采用石膏对方形薄钢片周围进行加固处理以保证其嵌固稳定性；在埋设坡面和坡脚加速度传感器时，采用与加速度传感器头部直径相同的PVC塑料管以持续旋转渐进的方式平稳地***坡面和坡角设计位置的一定深度，缓慢拔出PVC塑料管后形成一规则圆形孔洞(须人工手动修整)，平稳地放入加速度传感器并用石膏填塞孔洞出口以保证加速度传感器的嵌固稳定性；同理须保证加速度传感器引线具有足够的富余度；

(5.4)为了获取边坡岩体在各损伤阶段的应力传递情况，在边坡模型的坡内、坡顶、坡肩、坡面和坡脚范围一定位置埋设土压力传感器；

(5.5)坡内、坡顶、坡肩、坡面和坡脚范围土压力传感器埋设均在边坡模型砌筑过程中进行；在埋设土压力传感器前，将703硅橡胶均匀涂抹在土压力传感器前承压膜外环表面及其引线接头处，静置约1小时后，使用聚氯乙烯塑料薄膜将土压力传感器包裹密封；在埋设土压力传感器时，将包裹密封土压力传感器的聚氯乙烯塑料薄膜拆开，根据土压力传感器布置情况，在拟埋设土压力传感器位置处，使用掏孔器挖出一个直径与土压力传感器等同而深度大于土压力传感器厚度的环形槽，环形槽底部用细粒径干燥石英砂垫平并采用小型夯锤压实，随后将土压力传感器放置槽中且使承压膜面朝上，并均匀铺洒细粒径干燥石英砂直至环形槽填充完整，采用小型夯锤压实环形槽顶面细粒径干燥石英砂并人工手动将其抹平；土压力传感器引线在坡内应采用“蛇形走向”的铺设方式，且须保证引线具有足够的富余度，以避免边坡模型砌筑过程或后期边坡岩体滑动、垮塌破坏带来的超限压力或拉力致使土压力传感器受损失效；特别地，自每个土压力传感器埋设完成至边坡模型砌筑成型的整个过程中，务必对土压力传感器加以保护，每一层岩体的压实力度应控制在适当范围，同时不得随意拉拽土压力传感器引线。

可选的，所述步骤(8)具体步骤如下：

(8.1)将两个钢立架C14平稳地放置于模型箱***C1正前方两侧地面上，根据实际位置需要通过可移动钢跨梁C15两端自带螺纹与钢立架C14自带螺孔使两者连接为一体，并通过可移动钢棒C16端头自带螺纹与可移动钢跨梁C15中心自带螺孔使两者连接为一体；“L”形可移动钢棒C16安装于最上面一条可移动钢跨梁C15上，其余可移动钢棒C16根据长短依次自上向下安装；

(8.2)为了获取边坡岩体在各损伤阶段的变形发展情况，在边坡模型的坡顶、坡肩、坡面和坡脚范围一定位置布置位移传感器，将位移传感器主体结构安装在可移动钢棒C16未带螺纹一端端头，使其指针朝向边坡模型上布置的相应位移监测点；

(8.3)在安装坡顶位移传感器时，将方形薄钢片水平***坡顶斜面设计位置的一定深度，并使用石膏加固方形薄钢片与坡顶斜面接触位置以确保其嵌固稳定性，待方形薄钢片稳固后，将位移传感器以垂直于方形薄钢片方向牢牢地安装在测位架***C3上部第一根可移动钢棒C16上；

(8.4)在安装坡肩、坡面和坡脚范围位移传感器时，将方形薄钢片竖直***坡肩、坡面和坡脚范围斜面设计位置的一定深度，其余安装方法与坡顶一致；最后通过旋转螺纹调整可移动钢棒C16的位置，使位移传感器指针针头与方形薄钢片表面紧密接触。

可选的，所述步骤(11)具体步骤如下：

(11.1)待水循环***C2运行一段时间且模型箱中部框箱C5内水面流动基本处于稳定状态后，根据地震波加载方案，对边坡模型进行激振并采集试验数据；

(11.2)自微震作用阶段起直至强震作用阶段止，以加载次数为50次或20次作为一个地震波加载序列，每一个加载序列结束后间隔1～2min再加载下一个地震波；

(11.3)此间，须近距离观察(拍摄)、测量并记录边坡模型产生裂隙(缝)的位置、数量、长度、深度及发育、延伸、贯通起止方向，以及岩层层间错动量、弯曲、折断、垮落、掉块、滑移等损伤、失稳、破坏信息。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置，其特征在于：包括模型箱***C1、水循环***C2和测位架***C3；

其中，模型箱***C1由模型箱底部钢板C4、模型箱中部框箱C5、模型箱上部钢架C6、模型箱上部透明钢化玻璃C7和模型箱背部钢板C8组合而成，水循环***C2由小型储水箱C9、进水管C10、大型储水箱C11、出水管C12和水泵C13组合而成，测位架***C3由钢立架C14、可移动钢跨梁C15和可移动钢棒C16组合而成。

2.根据权利要求1所述的一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置，其特征在于：所述模型箱底部钢板C4是焊接于模型箱底部的矩形长钢板，钢板四周一定间隔布置等直径螺孔；通过高强度螺栓将模型箱底部钢板C4与振动台台面紧密地连接为一体，以保证模型箱***C1与振动台台面同步振动；

所述模型箱中部框箱C5是由矩形钢板通过焊接组合而成的内空型长方体框架结构，其上下面为敞口、顶面长边两侧焊接有长条矩形钢板，且一定间隔布置等直径螺孔；通过焊接将模型箱中部框箱C5与模型箱底部钢板C4紧密地固定为一体；此外，顶面长边两侧的长条矩形钢板下方靠近右端分别含三个空心圆柱形接口，且两侧共计六个接口均伸出一定长度以分别用作连接进水管C10和出水管C12；

所述模型箱上部钢架C6是由等边角钢通过焊接组合而成的梯形框架结构，其左右两侧通过焊接等边角钢连接为一体以起加固作用；左侧角钢两边、右侧角钢一边和下侧角钢一边一定间隔布置等直径螺孔；通过高强度螺栓将模型箱上部钢架C6下侧角钢一边与模型箱中部框箱C5顶面长边两侧的长条矩形钢板紧密地连接为一体；

所述模型箱上部透明钢化玻璃C7是连接于模型箱上部钢架C6内侧的梯形可视化钢化玻璃板，其左右两侧一定间隔布置等直径螺孔；通过高强度螺栓将模型箱上部透明钢化玻璃C7左右两侧与模型箱上部钢架C6左右两侧角钢一边紧密地连接为一体；

所述模型箱背部钢板C8是连接于模型箱***背部的矩形长钢板，其长边两侧一定间隔布置等直径螺孔；通过高强度螺栓将模型箱背部钢板C8与模型箱上部钢架C6左侧角钢一边紧密地连接为一体。

3.根据权利要求1所述的一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置，其特征在于：所述小型储水箱C9是由矩形钢板通过焊接组合而成的内空型长方体箱型结构，其顶面为敞口；小型储水箱C9一侧接近顶面位置含三个空心圆柱形接口，而与之对应一侧接近顶部位置含一个空心圆柱形接口，且前后两者共计四个接口均伸出一定长度以分别用作连接进水管C10和水泵C13出水口；

所述进水管C10是由PVC软质塑料管构成的水循环流动通道，其一端连接于小型储水箱C9一侧接近顶面位置的三个空心圆柱形接口，而另一端连接于模型箱中部框箱C5顶面长边一侧的长条矩形钢板下方靠近右端的三个空心圆柱形接口；

所述大型储水箱C11是由矩形钢板通过焊接组合而成的内空型长方体箱型结构，其顶面为敞口，且水泵C13放置于大型储水箱底部；此外，大型储水箱C11一侧接近顶面位置有三个空心圆柱形接口，其均伸出一定长度以用作连接出水管C12；

所述出水管C12是由PVC软质塑料管构成的水循环流动通道，其一端连接于大型储水箱C11一侧接近顶面位置含三个空心圆柱形接口，而另一端连接于模型箱中部框箱C5顶面长边一侧的长条矩形钢板下方靠近右端的三个空心圆柱形接口；

所述水泵C13是放置于大型储水箱C11底部的水循环动力装置，大型储水箱C11内的水自水泵C13进水口流至出水口后进入小型储水箱C9内，再经小型储水箱C9一侧的进水管C10流入模型箱中部框箱C5内，最后经模型箱中部框箱C5一侧的出水管C12流回大型储水箱C11。

4.根据权利要求1所述的一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验装置，其特征在于：所述钢立架C14是由圆柱形钢棒、长条矩形钢板和方形钢板通过焊接组合而成的梯形框架结构，梯形框架中部长条矩形钢板一侧一定间隔布置等直径螺孔；

所述可移动钢跨梁C15是中心和两端各自含一螺孔的活动型长条矩形钢板，根据实际布置需要将可移动钢跨梁C15和钢立架C14通过各自的螺孔加之串联螺杆紧密地连接为一体；

所述可移动钢棒C16是用于固定位移传感器的活动型圆柱形钢棒，其一端含一定长度的螺纹且穿过可移动钢跨梁C15中心螺孔；根据实际布置需要将可移动钢棒C16和可移动钢跨梁C15通过各自的螺纹和螺孔紧密地连接为一体；顶部第一根可移动钢棒呈“L”形，竖向伸出一端用于安装测量竖向变形的位移传感器。

5.基于权利要求1～4任一项所述装置的考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)试验前期准备：根据试验背景，赴现场调研，开展室内常规物理力学特性试验；进一步设计边坡模型工况和加载方案；选择试验场地，并清理干净振动台台面杂物；确定振动台加载***、数据采集***和计算机***等试验***工作正常；自主设计模型箱***C1、水循环***C2和测位架***C3并依托厂家加工成型；

(2)组装模型箱***C1：首先将焊接为一体的模型箱底部钢板C4和模型箱中部框箱C5平稳地放置于地面上；然后将模型箱上部钢架C6通过螺栓连接安装在模型箱中部框箱C5两侧长条矩形钢板上；再将模型箱上部透明钢化玻璃C7通过螺栓连接安装在模型箱上部钢架C6内侧；最后将模型箱背部钢板C8通过螺栓连接安装在模型箱上部钢架C6一侧；

(3)模型箱边界效应处理；

(4)砌筑边坡模型；

(5)埋设加速度传感器和土压力传感器；

(6)吊装模型箱***C1：待已砌筑成型的边坡模型在自然状态下静置24h后，采用龙门架，龙门架配有具足够强度的钢丝绳，将内置边坡模型的模型箱***C1缓慢吊装至振动台台面，使模型箱底部钢板C4与振动台台面平稳接触；采用高强度螺栓将两者紧密地连接为一体，须保证模型箱***C1和振动台台面在试验过程中同步运动；随后在边坡模型坡面前方振动台台面铺设一层彩条布，防止边坡模型振动过程中垮落的块渣掉落至振动台台面下方的液压架坑槽内；

(7)组装水循环***C2：将小型储水箱C9和大型储水箱C11放置于模型箱***C1后侧地面上并保持合适距离，并使小型储水箱C9、进水管C10、模型箱中部框箱C5、出水管C12、大型储水箱C11和放置于储水箱底部的水泵C13连接为一体，且PVC软质塑料管不触碰其他装置；

(8)组装测位架***C3和安装位移传感器；

(9)数据采集线连接和采集***调试：将加速度传感器、土压力传感器和位移传感器引线与数据采集仪通道口连接在一起，并对数据采集***进行调试，包括设置和输入参数，以满足试验测试要求；

(10)启动水循环***C2：向小型储水箱C9、大型储水箱C11和模型箱中部框箱C5内注水，直至水面达各自自带圆柱形接口孔处，随后启动水泵C13使水循环***C2开始运行以期模拟江水流动状态；

(11)地震波加载：待水循环***C2运行一段时间且模型箱中部框箱C5内水面流动处于稳定状态后，根据地震波加载方案，对边坡模型进行激振并采集试验数据；自微震作用阶段起直至强震作用阶段止，以加载次数为50次或20次作为一个地震波加载序列，每一个加载序列结束后间隔1～2min再加载下一个地震波；此间，近距离观察、拍摄、测量和记录边坡模型产生裂隙/缝的位置、数量、长度、深度及发育、延伸、贯通起止方向，以及岩层层间错动量、弯曲、折断、垮落、掉块和滑移的损伤、失稳和破坏信息；

(12)待一个试验工况的边坡模型完全破坏后，终止地震波加载，关闭各个***开关，断开电源；近距离观察、拍摄、测量并记录边坡模型最终破坏形态及变形信息，保存并拷贝数据采集***中的试验数据及收集整个试验过程中所拍摄和记录的相关资料；拆离测位架***C3上的位移传感器引线，以及数据采集仪通道口的加速度传感器和土压力传感器引线，并将测位架***C3挪动至宽敞位置；拆离模型箱中部框箱C5两侧接口处的进水管C10和出水管C12，并将模型箱中部框箱C5内的水抽干；拆卸模型箱上部透明钢化玻璃C7和模型箱背部钢板C8后，清理其内部的边坡模型砌筑体并取出加速度传感器和土压力传感器，最后清理垮落于彩条布上的岩土体块渣并清洁试验场地；

(13)重复步骤(2)～(12)，继续开展其他试验工况的振动台模型试验，直至完成所有试验工况，并整合所有试验工况的相关试验数据，以便后期对其进行深入分析。

6.根据权利要求5所述的一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验方法，其特征在于：所述步骤(3)具体步骤如下：

(3.1)选用的模型箱为固壁式刚性箱，其自身整体刚度较大，随之带来的边界效应较为突出，模型箱刚性壁存在的反射波会对坡体的动力响应变化产生一定影响，需采取一定措施处理模型箱刚性壁以降低其边界效应的影响；

(3.2)常用于处理刚性模型箱边界效应的方法是在模型箱刚性壁表面粘贴一定厚度的吸波材料，且吸波材料一般要求具有较大的阻尼比和防止产生过大变形的刚度；

(3.3)选用厚度为45mm的聚苯乙烯塑料泡沫板作为吸波材料，将其紧贴于模型箱中部框箱C5的刚性壁表面，以降低模型箱刚性壁所产生的边界效应，同时需要在与边坡模型接触的聚苯乙烯塑料泡沫板表面粘贴光滑洁净的聚氯乙烯塑料薄膜，并涂抹上润滑油，降低聚苯乙烯塑料泡沫板与边坡模型接触面之间存在的摩阻力对试验的影响；

(3.4)同理在模型箱上部透明钢化玻璃C7表面粘贴光滑洁净的聚氯乙烯塑料薄膜，并涂抹上润滑油。

7.根据权利要求5所述的一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验方法，其特征在于：所述步骤(4)具体步骤如下：

(4.1)在模型箱体内砌筑边坡模型，砌筑基本原则为“自下至上，分层压实”；

(4.2)根据边坡模型各岩层几何尺寸、相似材料最佳配比及密度值，计算出砌筑每一层岩体所需相似材料用量，从而计算出制备每一层岩体所需每一种相似材料原料的用量；

(4.3)根据计算结果，采用电子秤称量出制备每一层岩体所需每一种相似材料原料的重量；在相似材料原料称量、搅拌、及边坡岩体砌筑过程中，每一次称量时增加各种原料的重量，使其重量具有足够的富余，保证每一层岩体砌筑的连续性和均匀性，避免多次制备相似材料砌筑每一层边坡岩体；

(4.4)根据称量结果，将各种相似材料原料混合在一起，并采用小型搅拌机将该混合干料搅拌至均匀状态；首先将甘油和石膏缓凝剂加入至自来水中并用玻璃棒将其搅拌至均匀状态，然后将混合液分若干次加入至前述混合干料中，最后采用人工搅拌方式将混合液和混合干料搅拌至均匀状态；

(4.5)将制备完成的相似材料分若干次铲入至模型箱中部框箱C5内，使用击实锤分层压实至设计位置和密实度后，采用手工抹刀对其表面进行修整，并利用水平尺检测平整度；采用钢尺量出每一次相似材料的压实厚度并做醒目标识；

(4.6)使用击实锤分层压实至设计位置和密实度，设计位置为砌筑前在模型上部透明钢化玻璃C7上勾画出硬岩和泥质软岩岩层轮廓的位置；为保证压实效果，硬岩岩体相似材料每次压实厚度为50～100mm，泥质软岩岩体相似材料每次压实厚度为20～50mm；

(4.7)相似材料尚未初凝前，采用长×宽×厚＝400mm×100mm×2mm的薄型钢片垂直于岩体结构面方向切割出等深度和等间距的正交次级节理；等间距为切割深度和切割间距均为结构面间距的1/2；岩体结构面形态为锯齿状起伏，采用手工抹刀对其表面进行修整，使之形成规则的锯齿状起伏形态；

(4.8)采用钢丝网筛在岩体结构面均匀铺洒一层厚度约为1mm的细粒径干燥石英砂，随后人工手动均匀铺洒一层厚度约为1mm的干燥薄云母片，并人工手动将石英砂和云母片所在平面修整平滑；

(4.9)待每一层岩体砌筑完成并基本达稳定状态后，重复步骤(4.1)～(4.8)，继续进行下一层岩体的砌筑，直至边坡模型达设计高度。

8.根据权利要求5所述的一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验方法，其特征在于：所述步骤(5)具体步骤如下：

(5.1)为获取边坡岩体在各损伤阶段的加速度响应情况，在边坡模型的坡内、坡顶、坡肩、坡面和坡脚范围一定位置埋设加速度传感器；为获取边坡岩体在各损伤阶段的应力传递情况，在边坡模型的坡内、坡顶、坡肩、坡面和坡脚范围一定位置埋设土压力传感器；

(5.2)坡内加速度传感器埋设应在边坡模型砌筑过程中进行；选用内径稍大于加速度传感器头部直径的PVC塑料管，将加速度传感器嵌套在PVC塑料管内，并使用502胶水将加速度传感器头部顶面连同PVC塑料管一起粘贴在方形薄塑料片表面，以防止加速度传感器受压而受损；在加速度传感器与其引线接口处使用透明胶带密封，以防止加速度传感器遇水而受损；加速度传感器引线在坡内应采用“蛇形走向”的铺设方式，且须保证引线具有足够的富余度，以避免边坡模型砌筑过程或后期边坡岩体滑动、垮塌破坏带来的超限压力或拉力致使加速度传感器受损失效；坡顶、坡肩、坡面和坡脚加速度传感器埋设均在边坡模型砌筑成型后进行；在埋设坡顶和坡肩加速度传感器时，使用502胶水将加速度传感器头部顶面粘贴在方形薄钢片表面，并将方形薄钢片垂直***坡顶和坡肩设计位置的一定深度，同时采用石膏对方形薄钢片周围进行加固处理以保证其嵌固稳定性；在埋设坡面和坡脚加速度传感器时，采用与加速度传感器头部直径相同的PVC塑料管以持续旋转渐进的方式平稳地***坡面和坡角设计位置的一定深度，缓慢拔出PVC塑料管后形成一规则圆形孔洞(须人工手动修整)，平稳地放入加速度传感器并用石膏填塞孔洞出口以保证加速度传感器的嵌固稳定性；同理须保证加速度传感器引线具有足够的富余度；

(5.3)坡内、坡顶、坡肩、坡面和坡脚范围土压力传感器埋设均在边坡模型砌筑过程中进行；在埋设土压力传感器前，将703硅橡胶均匀涂抹在土压力传感器前承压膜外环表面及其引线接头处，静置约1小时后，使用聚氯乙烯塑料薄膜将土压力传感器包裹密封；在埋设土压力传感器时，将包裹密封土压力传感器的聚氯乙烯塑料薄膜拆开，根据土压力传感器布置情况，在拟埋设土压力传感器位置处，使用掏孔器挖出一个直径与土压力传感器等同而深度大于土压力传感器厚度的环形槽，环形槽底部用细粒径干燥石英砂垫平并采用小型夯锤压实，随后将土压力传感器放置槽中且使承压膜面朝上，并均匀铺洒细粒径干燥石英砂直至环形槽填充完整，采用小型夯锤压实环形槽顶面细粒径干燥石英砂并人工手动将其抹平；土压力传感器引线在坡内应采用“蛇形走向”的铺设方式，且须保证引线具有足够的富余度，以避免边坡模型砌筑过程或后期边坡岩体滑动、垮塌破坏带来的超限压力或拉力致使土压力传感器受损失效；特别地，自每个土压力传感器埋设完成至边坡模型砌筑成型的整个过程中，务必对土压力传感器加以保护，每一层岩体的压实力度应控制在适当范围，同时不得随意拉拽土压力传感器引线。

9.根据权利要求5所述的一种考虑消落带岩体劣化的边坡振动台模型试验方法，其特征在于：所述步骤(8)具体步骤如下：

(8.1)将两个钢立架C14平稳地放置于模型箱***C1正前方两侧地面上，根据实际位置需要通过可移动钢跨梁C15两端自带螺纹与钢立架C14自带螺孔使两者连接为一体，并通过可移动钢棒C16端头自带螺纹与可移动钢跨梁C15中心自带螺孔使两者连接为一体；“L”形可移动钢棒C16安装于最上面一条可移动钢跨梁C15上，其余可移动钢棒C16根据长短依次自上向下安装；

(8.2)为了获取边坡岩体在各损伤阶段的变形发展情况，在边坡模型的坡顶、坡肩、坡面和坡脚范围一定位置布置位移传感器，将位移传感器主体结构安装在可移动钢棒C16未带螺纹一端端头，使其指针朝向边坡模型上布置的相应位移监测点；

(8.3)在安装坡顶位移传感器时，将方形薄钢片水平***坡顶斜面设计位置的一定深度，并使用石膏加固方形薄钢片与坡顶斜面接触位置以确保其嵌固稳定性，待方形薄钢片稳固后，将位移传感器以垂直于方形薄钢片方向牢牢地安装在测位架***C3上部第一根可移动钢棒C16上；在安装坡肩、坡面和坡脚范围位移传感器时，将方形薄钢片竖直***坡肩、坡面和坡脚范围斜面设计位置的一定深度，其余安装方法与坡顶一致；最后通过旋转螺纹调整可移动钢棒C16的位置，使位移传感器指针针头与方形薄钢片表面紧密接触。

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