一种地震作用下桩锚支护边坡的动力模拟试验系统

技术领域

本发明涉及工程地质领域，尤其是涉及一种地震作用下桩锚支护边坡的动力模拟试验系统。

背景技术

我国山地众多，地质条件复杂，近年来滑坡发生频率加剧，已是世界上遭受滑坡地质灾害最为严重的国家之一。为了减轻滑坡的灾害，应对不稳定的滑坡进行治理。桩锚结构作为一种新的加固形式，兼具抗滑桩和锚索的优点，比普通抗滑桩具有更合理的应力分配，克服了重大滑坡治理中单一的抗滑桩或者锚索的结构形式会面临过大桩身弯矩、不良锚固地层、治理范围不足等问题，极大减小了治理成本和治理难度。然而目前缺少针对滑坡-桩锚体系动力响应的研究，桩锚边坡支护体系在地震荷载下的作用机制亟需进一步系统性研究。

目前，动力模型试验主要有大型振动台试验和动态离心机试验，多将桩、锚支护分开进行研究，很少有学者进行桩锚组合加固边坡的动力模型试验。同时，在进行地震作用下边坡试验模拟时，传统的做法是采用原场地岩土体，但是当地震动较大或者地震动次数较多时，土体将发生强烈扰动、软化，重新进行试验时边坡模型必将重新制作，而重复制样不能保证边坡每次处于同一初始状态，对支护结构动力响应研究带来误差，目前仍缺乏完备的桩锚支护边坡的试验系统。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种地震作用下桩锚支护边坡的动力模拟试验系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种地震作用下桩锚支护边坡的动力模拟试验系统，其特征在于，包括：

边坡弹性硅胶模型，用于模拟地震作用下边坡动力演化全过程，包括滑体(12)、滑床(13)及预设的圆弧形滑面(14)、预留桩槽(16)、预留锚孔(17)；

桩锚支护结构模型，植入于边坡弹性硅胶模型内，包括空心铝管(8)、钢绞线(10)、卡头(9)、环氧树脂粘结物(15)、固定端头(11)；

激光位移传感器支架，可前、后、上、下两个维度移动，多维度测量边坡滑动过程中的各部件水平位移，包括底板(1)、激光位移传感器支架(2)及其底座(3)、控制上下位移螺栓(4)、控制前后位移螺栓(5)、激光位移传感器限位装置(6)、激光位移传感器固定螺栓(7)、竖向滑槽(18)、横向滑槽(19)。

在激光位移传感器支架中：

所述底板(1)与激光位移传感器底座(3)焊接在一起，且底座(3)中间设有横向滑槽(19)，通过螺栓(5)与底座(3)固定并可以控制激光位移传感器支架(2)的前后位移；

激光位移传感器限位装置(6)通过螺栓(4)固定并可以控制其上下位移；试验时，激光位移传感器限位装置(6)中可设有激光位移传感器，螺栓(7)穿过激光位移传感器限位装置(6)预留螺栓孔拧紧进行固定。

在边坡弹性硅胶模型中：

所述空心铝管(8)置于预留桩槽(16)，钢绞线(18)一端通过卡头(9)固定，另一端包裹有环氧树脂粘结物(15)穿过空心铝管(8)、滑体(12)及滑床(13)，并通过固定端头(11)固定。

在桩锚支护结构模型中：

所述边坡弹性硅胶模型和桩锚支护结构模型置于底板(1)并紧贴激光位移传感器底座(3)；调节上下位移螺栓(4)及前后位移螺栓(5)，选择模型相应部位进行水平位移测量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、真实再现边坡桩锚结构动力演化全过程，并清晰准确记录其演化过程水平位移，可用于深入研究地震作用下桩锚结构抗滑机制，为此类地质灾害的防灾减灾提供科学依据。

2、本发明采用弹性硅胶模型，保证每次试验前边坡处于同一初始状态，因此解决了重复制样的难题。

3、本发明采用可前后、上下双向移动的激光位移传感器支架，可多维度准确测量边坡滑动过程中的各部件水平位移。

附图说明

图1为本发明试验模拟系统的整体示意图；

图2为本发明中激光位移传感器支架的结构示意图；

图3为本发明中边坡弹性硅胶模型示意图；

图4为本发明中桩锚支护结构模型的结构示意图。

图中标注：

1、底板；2、激光位移传感器支架；3、激光位移传感器支架底座；4、控制上下位移螺栓；5、控制前后位移螺栓；6、激光位移传感器限位装置；7、竖向滑槽；8、空心铝管；9、卡头；10、钢绞线；11、固定端头；12、滑体；13、滑床；14、预设的圆弧形滑面；15、环氧树脂粘结物；16、预留桩槽；17、预留锚孔；18、竖向滑槽；19、横向滑槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本申请提出一种地震作用下桩锚支护边坡的动力模拟试验系统，包括：边坡弹性硅胶模型，用于模拟地震作用下边坡动力演化全过程，包括滑体(12)、滑床(13)及预设的圆弧形滑面(14)、预留桩槽(16)、预留锚孔(17)；桩锚支护结构模型，植入于边坡弹性硅胶模型内，包括空心铝管(8)、钢绞线(10)、卡头(9)、环氧树脂粘结物(15)、固定端头(11)；激光位移传感器支架，可前后、上下双向移动，多维度测量边坡滑动过程中的各部件水平位移，包括底板(1)、激光位移传感器支架(2)及其底座(3)、控制上下位移螺栓(4)、控制前后位移螺栓(5)、激光位移传感器限位装置(6)、激光位移传感器固定螺栓(7)、竖向滑槽(18)、横向滑槽(19)。

结合图2，底板(1)与激光位移传感器底座(3)焊接在一起，且底座中间设有横向滑槽(19)。激光位移传感器支架通过螺栓(5)与底座固定并可以控制激光位移传感器支架(2)的前后位移。激光位移传感器限位装置(6)通过螺栓(4)固定并可以控制其上下位移。试验时，将激光位移传感器置于限位器(6)中，螺栓(7)穿过激光位移传感器预留螺栓孔拧紧进行固定。

如图3所示，制作边坡弹性硅胶模型时，保证几何相似和密度相似。根据设计好的尺寸进行硅胶浇铸模具的制作，并利用模具浇铸成滑坡模型，包括滑体(12)、滑床(13)、及预设的圆弧形滑面(14)。采用RP(Rapid Prototyping)技术，包括RP原型、硅胶计量、真空脱泡、注入硅胶、硬化完成、取出母模等过程。同时，为了保证滑坡模型里预留锚孔(17)能与桩锚结构精密贴合，在模具制作时将铝管和塑料管放置其中。制作预留桩槽(16)及预设圆弧形滑面(14)时，采用硬塑料板为模具材料，脱模后即可成型，制造过程不会发生变形或者褶皱，能够精密还原复杂的结构，实现其表面光滑平整，确保了试验中不会由于试验模型本身的影响带来的分析干扰。

如图4，桩锚支护结构模型采用空心铝管(8)模拟抗滑桩，保证抗弯刚度相似，桩内部试验时方便贴有应变片，并置于预留桩槽(16)中。钢绞线(18)用于模拟锚索，保证锚索抗拉刚度相似。结合图3，安装锚索时，用硬塑料管贯穿预留锚孔(17)，把锚索沿塑料管徐徐塞入边坡内部，在其锚固段把环氧树脂粘结物(15)与钢绞线(10)尾端粘结在一起，穿过空心铝管(8)、滑体(12)及滑床(13)，并通过固定端头(11)进行锚固。同时，另一端穿过抗滑桩，通过卡头(9)固定，转动卡头穿孔螺栓可以调节预应力值大小。在对锚索进行锚固时，利用美工刀从滑动面处割断塑料管，抽出滑床内的管子，而将套在锚索自由段的塑料管留在滑体内，这样做的目的一是避免塑料管起到锚杆的加固作用从而造成的干扰，二是防止细锚索自由段破坏滑坡体。

结合图2，将组装后的边坡-桩锚支护边坡试验模型置于底板(1)并紧贴激光位移传感器底座(3)。调节上下位移螺栓(4)及前后位移螺栓(5)，选择模型相应部位，进行水平位移测量。