三段式滑坡物理模型及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于地質(zhì)力學(xué)模型制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及三段式滑坡物理模型及其制備方法，包括模擬基巖和滑體的主體部分即第Ⅳ部分，主體部分內(nèi)依次包括第Ⅰ部分、第Ⅱ部分和第Ⅲ部分，第Ⅰ部分為有垂直的拉裂段，第Ⅱ部分為弧線形狀的鎖固段，第Ⅲ部分為蠕滑段，蠕滑段傾角為0?8°，較高的一端通過鎖固段與拉裂段下端連接，較低一端延伸至主體部分的側(cè)壁，所述的側(cè)壁上有斜坡，主體部分為五邊形塊體。各部分由水泥、石膏粉、石英砂、水按照不同比例配置制成。本發(fā)明提供的三段式滑坡物理模型，與野外斜坡結(jié)構(gòu)高度吻合，能有力保障“蠕滑—拉裂—剪斷”變形破壞過程的再現(xiàn)，模型的制備方法操作方便，取材易行，用料經(jīng)濟(jì)節(jié)約。
【專利說明】
三段式滑坡物理模型及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于地質(zhì)力學(xué)模型制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及三段式滑坡物理模型及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] "三段式"滑坡是在自重作用下，經(jīng)歷"前緣蠕滑"、"后緣拉裂"兩階段的發(fā)展演化 后，在結(jié)構(gòu)面中部形成"鎖固段"，并最終剪斷破壞形成的典型災(zāi)難性滑坡，因鎖固段應(yīng)力長 期積累下形成的突發(fā)脆性破壞而常常表現(xiàn)為高速遠(yuǎn)程滑移，由此帶來慘痛的人員傷亡和重 大的經(jīng)濟(jì)損失。坡體主體由相對(duì)均質(zhì)的脆性巖體或半成巖(土)體構(gòu)成，但坡腳發(fā)育近水平 或緩傾坡外的結(jié)構(gòu)面或夾有相對(duì)較薄的緩傾坡外的軟弱夾層。此類滑坡穩(wěn)定性主要受控于 鎖固段，探明鎖固段破壞機(jī)制對(duì)其防災(zāi)減災(zāi)意義重大。
[0003] "三段式"滑坡的研究概況是：以野外實(shí)地調(diào)查和宏觀地質(zhì)描述下的地質(zhì)分析為基 礎(chǔ)，主要從數(shù)值模擬角度分析和揭示此類滑坡的變形機(jī)制。野外地質(zhì)調(diào)查往往是根據(jù)災(zāi)后 地貌特征、堆積物結(jié)構(gòu)特征等對(duì)邊坡失穩(wěn)過程進(jìn)行推斷和分析，屬于粗放的、非精細(xì)化的研 究；而數(shù)值模擬雖是定量分析，但其以諸多假設(shè)為前提條件，難以精準(zhǔn)模擬野外斜坡失穩(wěn)。 顯然，若要從細(xì)觀和微觀角度揭示"三段式"滑坡變形機(jī)理，尤其是"鎖固段"破壞機(jī)制，物理 模擬實(shí)驗(yàn)有極強(qiáng)的優(yōu)越性。
[0004] 目前針對(duì)鎖固段型滑坡的物理實(shí)驗(yàn)研究多以巖橋直剪實(shí)驗(yàn)為主，較少涉及更為精 細(xì)的實(shí)驗(yàn)室物理模擬。專利號(hào)201310121643.7公開的一種高速滑坡啟程機(jī)理試驗(yàn)裝置可實(shí) 現(xiàn)鎖固段大小、位置、材料等的制作，進(jìn)行鎖固段破壞機(jī)理研究，但只能模擬直線型滑面斜 坡失穩(wěn)，滑面結(jié)構(gòu)具有顯著局限性。若能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜滑面結(jié)構(gòu)的室內(nèi)物理模擬，動(dòng)態(tài)再現(xiàn)斜坡 變形失穩(wěn)全過程，必將有力推動(dòng)"三段式"滑坡鎖固段破壞機(jī)制研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種"三段式"滑坡模型及其簡便易行的制作方 法?；谠撃Ｐ?，將能夠完成"三段式"滑坡"蠕滑一拉裂一剪斷"全過程物理模擬實(shí)驗(yàn)研究， 通過一系列監(jiān)測儀器，實(shí)現(xiàn)模型變形一破壞過程中動(dòng)態(tài)信息的捕捉，以期深刻揭示"三段 式"滑坡鎖固段破壞機(jī)制。
[0006] 三段式滑坡物理模型，包括模擬基巖和滑體的主體部分即第IV部分，主體部分內(nèi) 依次包括第I部分、第π部分和第m部分，第I部分為有垂直的拉裂段，第π部分為弧線形狀 的鎖固段，第m部分為蠕滑段，蠕滑段傾角為〇-8°，較高的一端通過鎖固段與拉裂段下端連 接，較低一端延伸至主體部分的側(cè)壁，所述的側(cè)壁上有斜坡，主體部分為五邊形塊體，高、寬 分別為L，厚W，斜坡的坡角70°。
[0007] 三段式滑坡物理模型的制備方法，包括以下過程：
[0008] (1)制作三段式滑坡物理模型的矩形木質(zhì)模具
[0009] (2)三段式滑坡物理模型各部分材料按照以下原料按照重量比配比：
[0010] 第I部分，水泥:石膏粉:石英砂:水為0.4:1:3:0.7~0.9;
[0011] 第Π 部分，水泥:石膏粉:石英砂:水為0.7:1:3:0.7~0.9;
[0012] 第m部分，水泥:石膏粉:石英砂:水為0.5:1:3:0.7~0.9;
[0013] 第IV部分，水泥:石膏粉:石英砂:水為1:1:3:0.7~0.9;
[0014] 所述的水泥為普通硅酸鹽水泥，型號(hào)為P · 0 42.5;所述的石英砂為60目；
[0015] 完成第I部分、第Π 部分、第IV部分各部分材料制作，完成第I部分、第Π 部分、第IV 部分材料裝填工作，第m部分用第I部分材料填充占位，在振動(dòng)棒作用下充分振動(dòng)密實(shí)，用 刮刀剔除浮漿，用水平尺校正上端面；
[0016] (3)試樣成型后養(yǎng)護(hù)48h拆模，各部分材料的養(yǎng)護(hù)時(shí)間：第I部分、第Π 部分、第IV部 分在溫度20°C、濕度65%的條件下養(yǎng)護(hù)15-18天，第IV部分切邊成坡，頂部開縫制作第ΙΠ 部 分，配制第m部分材料，完成第m部分材料換填，第m部分材料在溫度2〇°c、濕度65 %的條 件下養(yǎng)護(hù)6小時(shí)。
[0017] 本發(fā)明提供的三段式滑坡物理模型，與野外斜坡結(jié)構(gòu)高度吻合，能有力保障"蠕 滑一拉裂一剪斷"變形破壞過程的再現(xiàn)，具有真實(shí)可靠、簡單易行的特點(diǎn)。模型的制備方法 操作方便，取材易行，用料經(jīng)濟(jì)節(jié)約。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明的木質(zhì)模具結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明的模型切割及換填操作示意圖。 具體實(shí)施例
[0021] 下面結(jié)合實(shí)施例和對(duì)比例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行闡明。
[0022]實(shí)施例
[0023]如圖1所示，三段式滑坡物理模型，包括模擬基巖和滑體的主體部分即第IV部分， 主體部分內(nèi)依次包括第I部分、第Π 部分和第m部分，第I部分為有垂直的拉裂段，第π部分 為弧線形狀的鎖固段，第m部分為蠕滑段，蠕滑段傾角為〇-8°，較高的一端通過鎖固段與拉 裂段下端連接，較低一端延伸至主體部分的側(cè)壁，所述的側(cè)壁上有斜坡，主體部分為五邊形 塊體高、寬分別為L，厚w，斜坡的坡角70°。
[0024] 具體的：
[0025] 第IV部分為主體部分，強(qiáng)度最高，模擬基巖和滑體。
[0026] 第m部分為蠕滑段，強(qiáng)度最低，為整個(gè)模型中的軟弱基座。此段左側(cè)起點(diǎn)距模型底 面0.27L，長為0.47L，寬0.03L，厚W，緩傾坡外，傾角為0-8°。
[0027] 第I部分為拉裂段，強(qiáng)度低于第Π 部分、第IV部分，長0.37L，寬0.03L，厚W。此段垂 向布置，傾角為90°，距離右側(cè)邊界0.43L。
[0028] 第Π 部分為鎖固段，其強(qiáng)度僅次于第IV部分，是蠕滑、拉裂變形后的坡體穩(wěn)定性控 制段。該段厚W，寬0.03L，弧線連接蠕滑段右端點(diǎn)和拉裂段下端點(diǎn)。
[0029] 第I部分、第Π 部分、第m部分強(qiáng)度均低于第IV部分，聯(lián)合構(gòu)成本次試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕Y(jié) 構(gòu)面。
[0030] 三段式滑坡物理模型的制備方法，包括以下過程：
[0031] (1)制作三段式滑坡物理模型的矩形木質(zhì)模具，如圖2所示，木質(zhì)模具為矩形槽狀 模具，內(nèi)部尺寸長寬分別U深W，L = 30cm，W=5cm，無蓋。
[0032] (2)三段式滑坡物理模型各部分材料按照以下原料按照重量比配比：
[0033]表1實(shí)施例三段式滑坡物理模型各部分材料配比
L〇〇35」所還的水泥為晉通硅酸鹽水泥，型兮為P · 0 42.5。
[0036] 所述的石膏粉普通建筑用石膏粉。
[0037] 所述的石英砂為普通石英砂，型號(hào)為60目。
[0038]木質(zhì)模具內(nèi)，在結(jié)構(gòu)面對(duì)應(yīng)的位置用硬紙板填充占位，倒入攪拌均勻的第IV部分 專配混合料，在振動(dòng)棒作用下充分振動(dòng)密實(shí)。
[0039] (3)取出硬紙板，用相對(duì)應(yīng)的專配混合料對(duì)結(jié)構(gòu)面各段進(jìn)行填充，此時(shí)第m部分用 第I部分材料填充占位。模型各部分填充密實(shí)之后，用刮刀剔除浮漿，用水平尺校正上端面。
[0040] (4)試樣成型后養(yǎng)護(hù)48h拆模，在溫度20°C，濕度65%的條件下養(yǎng)護(hù)風(fēng)干。各部分材 料的養(yǎng)護(hù)時(shí)間:第I部分、第Π 部分、第IV部分在溫度20°C、濕度65 %的條件下養(yǎng)護(hù)15-18天。
[0041] (5)養(yǎng)護(hù)后，如圖3所示，切除左上角部分，切除部分為一個(gè)直角邊長分別為6cm、 24cm的直角三角形塊體;然后在與拉裂段對(duì)應(yīng)的坡面頂部位置開設(shè)一條寬約1mm、深約3mm 的引導(dǎo)縫。
[0042] (6)切除第m部分原填充的材料，將模型放入模具并完成第m部分材料填充工作， 養(yǎng)護(hù)6h之后拆模。
[0043]進(jìn)行二維地質(zhì)力學(xué)物理模擬試驗(yàn):將模型立面放置，限制下側(cè)及右側(cè)邊界變形，使 用千斤頂從"滑體"頂部豎向逐級(jí)加載，歷時(shí)約30min。結(jié)果顯示，基于該模型的實(shí)驗(yàn)從現(xiàn)象 上較好地實(shí)現(xiàn)了"蠕滑一拉裂一剪斷"變形破壞過程的模擬，鎖固段實(shí)現(xiàn)脆性剪切破壞，滑 體完成高速遠(yuǎn)程滑移。因此，該模型是模擬"三段式"滑坡的理想模型。
[0044] 對(duì)比例Γ三段式"巖質(zhì)邊坡鎖固段破壞實(shí)驗(yàn)研究(均質(zhì)塊體）
[0045] 取L = 30cm，W = 5cm，并按前述要求確定模型結(jié)構(gòu)尺寸，令全區(qū)域?yàn)榫|(zhì)塊體，水 泥、石膏粉、石英砂、水的用量之比為1: 1: 3:0.8。按照上述配比配料、裝填、制樣，在溫度20 °C，濕度65%的條件下養(yǎng)護(hù)15天。然后在區(qū)域I和區(qū)域m對(duì)應(yīng)位置用鋸條制作裂縫，未貫通 部分(區(qū)域Π 對(duì)應(yīng)位置)則形成此類模型的鎖固段。
[0046] 最后進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)物理模擬試驗(yàn):將模型立面放置，限制下側(cè)及右側(cè)邊界變形，使 用千斤頂從"滑體"頂部豎向逐級(jí)加載，歷時(shí)約30min。多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該模型常常豎向 貫通破裂，而非理想的滑面貫通下的滑體滑移。雖然通過改進(jìn)滑面結(jié)構(gòu)（主要措施為加大區(qū) 域m位置的滑面傾角），能實(shí)現(xiàn)滑面貫通下的滑體滑移，但是其與"三段式"滑坡概念模型滑 面特征差異甚大，實(shí)驗(yàn)效果類似于巖橋直剪。因此，該模型不能模擬"三段式"滑坡。
[0047]對(duì)比例2"三段式"巖質(zhì)邊坡鎖固段破壞實(shí)驗(yàn)研究(構(gòu)造軟弱結(jié)構(gòu)面）
[0048] 取L = 30cm，W = 5cm，并按前述要求確定模型結(jié)構(gòu)尺寸;分主體部分（區(qū)域IV)和結(jié) 構(gòu)面(區(qū)域i、n、m)兩部分進(jìn)行材料填充，配比為:主體部分，水泥、石膏粉、石英砂、水的用 量之比為1:1:3:0.8,養(yǎng)護(hù)15天;結(jié)構(gòu)面部分，水泥、石膏粉、石英砂、水的用量之比為0.4:1: 3:0.7,養(yǎng)護(hù)2天。
[0049]進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)物理模擬試驗(yàn):將模型立面放置，限制下側(cè)及右側(cè)邊界變形，使用千 斤頂從"滑體"頂部豎向逐級(jí)加載，歷時(shí)約30min。多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：基于該模型的實(shí)驗(yàn)雖 然能實(shí)現(xiàn)滑面貫通下的滑體滑移，但是無法模擬以"蠕滑一拉裂一剪斷"為特征的變形破壞 過程，不能模擬出鎖固段脆性破壞和滑體的突發(fā)性高速滑移等典型特征性效果。此外，此模 型還有主體部分與結(jié)構(gòu)面部分連接不穩(wěn)固的缺陷。因此，該模型不能模擬"三段式"滑坡。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 三段式滑坡物理模型，其特征在于:包括模擬基巖和滑體的主體部分即第IV部分，主 體部分內(nèi)依次包括第I部分、第Π 部分和第m部分，第I部分為有垂直的拉裂段，第π部分為 弧線形狀的鎖固段，第m部分為蠕滑段，蠕滑段傾角為〇-8°，較高的一端通過鎖固段與拉裂 段下端連接，較低一端延伸至主體部分的側(cè)壁，所述的側(cè)壁上有斜坡，主體部分為五邊形塊 體。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三段式滑坡物理模型的制備方法，其特征在于，包括以下過 程： (1) 制作三段式滑坡物理模型的矩形木質(zhì)模具 (2) 三段式滑坡物理模型各部分材料按照以下原料按照重量比配比： 第I部分，水泥:石膏粉:石英砂:水為0.4:1:3:0.7~0.9; 第Π 部分，水泥:石膏粉:石英砂:水為0.7:1:3:0.7~0.9; 第ΙΠ 部分，水泥:石膏粉:石英砂:水為0.5:1:3:0.7~0.9; 第IV部分，水泥:石膏粉:石英砂:水為1:1:3:0.7~0.9; 所述的水泥為普通硅酸鹽水泥，型號(hào)為P · 〇 42.5;所述的石英砂為60目； 完成第I部分、第Π 部分、第IV部分各部分材料制作，完成第I部分、第Π 部分、第IV部分 材料裝填工作，第m部分用第I部分材料填充占位，在振動(dòng)棒作用下充分振動(dòng)密實(shí)，用刮刀 剔除浮漿，用水平尺校正上端面； (3) 試樣成型后養(yǎng)護(hù)48h拆模，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)后，第IV部分切邊成坡，頂部開縫制作第m部 分，配制第m部分材料，完成第m部分材料換填，再進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三段式滑坡物理模型的制備方法，其特征在于，各部分材料的 養(yǎng)護(hù)條件為:第I部分、第Π 部分、第IV部分在溫度20°C、濕度65%的條件下養(yǎng)護(hù)15-18天;第 m部分材料在溫度20°C、濕度65%的條件下養(yǎng)護(hù)6小時(shí)。
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK105842423SQ201610331656
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日
【發(fā)明人】陳國慶, 唐鵬, 蔣萬增, 黃潤秋, 冉耀
【申請(qǐng)人】成都理工大學(xué)