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专利名称：岩质滑坡水力启动室内模拟试验方法
技术领域：
本发明涉及地质灾害预报技术领域的岩质滑坡模拟试验技术，尤其涉及岩质滑坡在重力和地下水压力作用下的孕育启动过程的模拟试验技术。
背景技术：
以往人们在进行岩质滑坡室内模拟试验时，大多是先在滑体上取岩石样，在室内对样品加工处理成圆柱形或正方形，对其进行物理力学参数试验，而后以相似原理为基础把试验参数缩放成模拟参数，选取重晶石粉、石膏粉、石蜡油、滑石粉等按不同比例配合成相似材料模拟滑坡的破坏过程。参见《岩石力学与工程学报》第四卷第5期的“三峡库区千将坪滑坡地质力学模型试验研究”、《岩石力学与工程学报》第M卷第12期的“三峡库区赵树岭滑坡稳定性物理模拟试验研究”。在这种模拟过程中，岩体的试验参数是按“相似”比例缩小的，岩体质量、重力或岩体所受的其它外力也是按“相似”比例缩小。这种模拟方法的不足一是很难保证各种参数(如质量)缩小倍数的相同性；二是改变了性质的材料和缩小了的外力之间的作用过程和变形破坏过程很难说它还具有原型的结构特征和能反映岩体滑移的实际过程；三是这类模型试验往往比较复杂，费时费事。我们通过搜集研究以往资料以及大量野外实地调查发现，岩质滑坡的发生与地下水压力关系密切，而前述的这种模拟方法是对岩质滑坡发生后的破坏过程的模拟，不能模拟岩质滑坡的孕育启动过程及各种外作用力(尤其是水压力)的相互关系。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种可以模拟岩质滑坡发生前及启动时的岩体与外作用力(主要是水压力)的相互关系的试验方法，以反映岩质滑坡发生前斜坡岩体与斜坡体内的水压力的真实力学关系。岩质滑坡水力启动室内模拟试验方法，其步骤如下①、现场采取与所模拟的岩质滑坡原型滑面上下岩层层位相同、含有潜滑面的岩石试件，并且潜滑面上下岩块保留一定厚度，②、把现场采取的含有潜滑面的岩石试件以“潜滑面”为界，将其下部岩块装入样品盒中，用水泥砂浆填满下部岩块与样品盒之间的缝隙，将其上部岩块装入样品框中，用水泥砂浆填满上部岩块与样品框之间的缝隙，并用细砂铺平上部岩块顶面，③、待步骤②所得的岩石试件凝固后将其放在试验设备的底座支架上，下部样品盒的前端底部限位固定，在上部样品框的前端安装位移测量仪，试验设备的竖向荷载施压板与岩石试件顶部的细砂平面全面积接触，横向荷载施压板全面积接触在上部样品框的后端，④、计算出被模拟的滑坡前缘部位的重力在平行滑面与垂直滑面上的分力，分别对应作为模拟试验加压过程中的横向荷载与竖向荷载的初始值，⑤、启动试验设备，由竖向荷载施压板向试件顶部施加竖向荷载初始值，由横向荷
3载施压板通过上部样品框的后端对潜滑面的上部岩块施加横向荷载初始值，调整位移测量仪的初始值，记录荷载与位移的初始值，⑥、保持横向荷载不变，逐级减小竖向荷载，每减小一级竖向荷载稳定一段时间， 记录对应不同竖向荷载下的位移值，⑦、当竖向荷载减小到某一数量值时，上部样品框以及凝固在框中的潜滑面上部岩块的位移速率相对于潜滑面突然增大并持续增加，表明滑坡已经启动，记录竖向荷载值， 计算竖向荷载值的累积减少量，结合被模拟的滑坡现场岩体潜滑面的通水率，换算成水头高度，此数值即为所模拟的滑坡在重力和地下水压力作用下的启动水头值。在本发明的岩质滑坡水力启动室内模拟试验方法中，岩石试件是与所模拟的岩质滑坡原型滑面上下岩层层位相同、含有真实潜滑面的基岩块体，以“潜滑面”为界，将其上、 下岩块分别装入样品框和样品盒中，而岩石试件的潜滑面露出来，保持自然状态以留出滑动空间，用水泥砂浆填塞岩石试件与样品框、样品盒之间的缝隙，并用细砂铺平试件顶面， 以模拟现场岩体周围的约束情况，并能保证在模拟试验加压过程中岩石试件受力均勻；横向荷载与竖向荷载的初始值是根据欲模拟的滑坡前缘部位的重力在平行滑面与垂直滑面上的分力计算得来的，使得作用在该潜滑面上的横向与竖向荷载的大小、方向和分布状况与所模拟的滑坡原型基本相同。保持横向荷载不变，通过减小作用在潜滑面上的竖向荷载值(正应力)来代替实际中斜坡体内地下水对潜滑体的水压力，当竖向荷载减小到某一数量值时，岩石试件的上部样品框以及凝固在框中的潜滑面上部岩块的位移速率相对于潜滑面突然增大并持续增加，即表明滑坡已经启动，计算此时竖向荷载值的累积减少量，结合被模拟的滑坡现场岩体潜滑面的通水率，换算成水头高度，此数值即为所模拟的滑坡在重力和地下水压力作用下的启动水头值，以此达到模拟岩质滑坡的水力孕育与启动过程，从而得以反映出滑坡发生前斜坡岩体与斜坡体内的水压力的真实力学关系。本方法的优点是模拟过程形象、逼真，提高了模拟的针对性和准确性，试验结果可信度高，且简单易行，省时省事。根据现场的监测数据与模拟试验得出的启动水头值的接近程度就可判断是否会发生滑坡，从而做出不同等级的预报预警。本方法可以方便有效地判断斜坡的安全性，较为准确地发现斜坡的临滑状态，从而减小滑坡灾害带来的损失。


图1为本模拟试验方法的示意图
具体实施例方式①、在中铁西南院峨眉基地一岩质斜坡体现场采取含有潜滑面的岩石试件，试件长39cm，宽^cm,潜滑面上、下岩块厚度各10cm。②、参见图1，把现场取得的岩石试件以潜滑面10为界，将其下部岩块9装入样品盒2中，用水泥砂浆13填满岩块与样品盒之间的缝隙，将其上部岩块8装入样品框1中，用水泥砂浆13填满岩块与样品框之间的缝隙，用细砂铺平试件顶面。③、待步骤②所得的岩石试件凝固后将其放在试验设备的底座支架3上，下部样品盒2前端底部用固定在底座支架3上的限位挡块4限定，在上部样品框1的前端安装位移测量仪5，用以测量试验过程中潜滑面上部岩块的位移量。试验设备的竖向荷载施压板6与岩石试件顶部的细砂平面全面积接触，横向荷载施压板7全面积接触在上部样品框1的后端。④、计算得出岩石试件取样位置上覆岩体的重力在平行滑面与垂直滑面上的分力分别为0. 0633kN和0. 2215kN，将此值对应作为模拟试验加压过程中对岩石试件施加的横向荷载与竖向荷载的初始值。⑤、启动试验设备，顺时针转动竖向荷载加压杆11，通过竖向荷载施压板6对岩石试件顶部施加竖向荷载初始值0. 2215kN、顺时针转动横向荷载加压杆12，由横向荷载施压板7通过上部样品框1的后端对潜滑面的上部岩块8施加横向荷载初始值0. 0633kN，调整位移测量仪5的初始值为零。当然，也可以采用如液压之类的其他方式来施加横向荷载和竖向荷载。⑥、保持横向荷载0. 0633kN不变，竖向荷载每级减小0. 002kN并稳定一分钟，记录对应不同竖向荷载下的位移值。⑦、当保持横向荷载不变，竖向荷载减小到0. 1992kN时，岩石试件潜滑面10的上部岩块8的位移速率突然增大并持续增加，表明滑坡已经启动。此时的竖向荷载的累积减少量为0. 0223kN，根据取样现场实际情况考虑潜滑面通水率为18%，换算成启动水头为 10. 32m。此数值即为潜滑体在重力和地下水压力作用下的启动水头值。根据上述试验结果，在取样现场开挖一个ImX Im的岩体作为潜滑体，潜滑体两侧及后部用粘土夯填封闭以模拟滑坡边界。经换算该潜滑体的启动水头值为86.0m。在该潜滑体的后部用注水泵注水，并在潜滑体前部安装压力表测量水压力，当测量值相当于90. 5m 水头时，滑坡启动。该实际启动水头值与本方法的试验值接近，证明该方法的结论适合于实际应用。实际值略大于试验值，可能为所取的岩石试件在采取、运输过程中对潜滑面有一些扰动影响所致。另一方面，粘土夯填使潜滑体所受的侧向摩擦力人为加大，因此实际的滑坡启动水头值会略低于实际值而与试验值更为接近。以试验值作为滑坡预警预报偏安全。
权利要求
1.岩质滑坡水力启动室内模拟试验方法，其特征是所述的方法步骤如下①、现场采取与所模拟的岩质滑坡原型滑面上下岩层层位相同、含有潜滑面的岩石试件，并且潜滑面上下岩块保留一定厚度，②、把现场采取的含有潜滑面的岩石试件以“潜滑面”为界，将其下部岩块装入样品盒中，用水泥砂浆填满下部岩块与样品盒之间的缝隙，将其上部岩块装入样品框中，用水泥砂浆填满上部岩块与样品框之间的缝隙，并用细砂铺平上部岩块顶面，③、待步骤②所得的岩石试件凝固后将其放在试验设备的底座支架上，下部样品盒的前端底部限位固定，在上部样品框的前端安装位移测量仪，试验设备的竖向荷载施压板与岩石试件顶部的细砂平面全面积接触，横向荷载施压板全面积接触在上部样品框的后端，④、计算出被模拟的滑坡前缘部位的重力在平行滑面与垂直滑面上的分力，分别对应作为模拟试验加压过程中的横向荷载与竖向荷载的初始值，⑤、启动试验设备，由竖向荷载施压板向试件顶部施加竖向荷载初始值，由横向荷载施压板通过上部样品框的后端对潜滑面的上部岩块施加横向荷载初始值，调整位移测量仪的初始值，记录荷载与位移的初始值，⑥、保持横向荷载不变，逐级减小竖向荷载，每减小一级竖向荷载稳定一段时间，记录对应不同竖向荷载下的位移值，⑦、当竖向荷载减小到某一数量值时，上部样品框以及凝固在框中的潜滑面上部岩块的位移速率相对于潜滑面突然增大并持续增加，表明滑坡已经启动，记录竖向荷载值，计算竖向荷载值的累积减少量，结合被模拟的滑坡现场岩体潜滑面的通水率，换算成水头高度， 此数值即为所模拟的滑坡在重力和地下水压力作用下的启动水头值。
全文摘要
岩质滑坡水力启动室内模拟试验方法，属地质灾害预报技术领域。其步骤为取含有真实潜滑面的岩石试件，以“潜滑面”为界，将其上、下岩块分别装入样品框和样品盒中，用水泥砂浆填实，以欲模拟的滑坡前缘部位的重力在平行滑面与垂直滑面上的分力为横向荷载与竖向荷载的初始值，在保持横向荷载不变、通过减小作用在潜滑面上的竖向荷载值来代替实际中斜坡体内地下水对潜滑体的水压力，当岩石试件的上部样品框以及凝固在框中的潜滑面上部岩块的位移速率相对于潜滑面突然增大并持续增加，即表明滑坡已经启动，此时的竖向荷载值的累积减少量所等同的水头高度值即为所模拟的岩质滑坡的启动水头值。本方法可以较为准确的发现岩质斜坡的临滑状态。
文档编号G01N3/08GK102435497SQ20111027471
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者周小军, 曹先康, 李朝安, 谷明成, 郭毅, 陈喜昌, 马显春 申请人:中铁西南科学研究院有限公司