一種用于含有軟弱夾層的邊坡穩(wěn)定性試驗?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于含有軟弱夾層的邊坡穩(wěn)定性試驗?zāi)Ｐ?，它包括上部巖體、下部巖體和軟弱夾層，軟弱夾層設(shè)置在上部巖體和下部巖體之間；軟弱夾層的材料的組分主要包括石蠟，軟弱夾層內(nèi)鋪設(shè)有電加熱裝置。本發(fā)明模型可全過程地動態(tài)地模擬實際工程中降雨、風(fēng)化等因素對邊坡潛在滑面緩慢長期的劣化作用，而且減短了試驗周期，可控制劣化程度，安全經(jīng)濟成本低。
【專利說明】一種用于含有軟弱夾層的邊坡穩(wěn)定性試驗?zāi)Ｐ?br> 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及邊坡穩(wěn)定性試驗，特別是用于含有軟弱夾層的邊坡穩(wěn)定性試驗?zāi)Ｐ?。【背景技術(shù)】
[0002]在工程實際中，邊坡及加固邊坡的長期穩(wěn)定性是影響許多重大土木工程安全的重要因素，工程邊坡及其加固設(shè)計需進行邊坡穩(wěn)定性試驗。目前，對于降雨、風(fēng)化等因素對邊坡穩(wěn)定性影響的模型試驗中的軟弱夾層模擬，一般是靜態(tài)地采用填充相關(guān)配比材料(可塑性材料)或者設(shè)置白鐵皮(硬質(zhì)材料)等接觸面來模擬。上述方法事先確定了滑裂面位置以及滑面的力學(xué)參數(shù)，后施加較大荷載來實現(xiàn)上下坡體滑動，這種模擬方法與工程實際還有較大的出入，無法模擬邊坡潛在滑面力學(xué)性質(zhì)從強變?nèi)醯膭討B(tài)過程，使得相關(guān)巖土實驗無法達(dá)到預(yù)期效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種用于含有軟弱夾層的邊坡穩(wěn)定性試驗?zāi)Ｐ?，本發(fā)明模型可全過程地動態(tài)地模擬實際工程中降雨、風(fēng)化等因素對邊坡潛在滑面緩慢長期的劣化作用，而且減短了試驗周期，可控制劣化程度，安全經(jīng)濟成本低。
[0004]本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用解決方案為:
[0005]—種用于含有軟弱夾層的邊坡穩(wěn)定性試驗?zāi)Ｐ?，它包括上部巖體、下部巖體和軟弱夾層，軟弱夾層設(shè)置在上部巖體和下部巖體之間；軟弱夾層的材料的組分主要包括石蠟，軟弱夾層內(nèi)鋪設(shè)有電加熱裝置。
[0006]上述方案中，所述軟弱夾層的材料組分質(zhì)量配比為:石蠟90-100%，蜂蠟0-5%，硬脂酸0-5%。
[0007]上述方案中，所述軟弱夾層內(nèi)鋪設(shè)一層鐵絲網(wǎng)。
[0008]上述方案中，所述電加熱裝置為電熱絲，電熱絲均勻鋪設(shè)在鐵絲網(wǎng)上。
[0009]上述方案中，所述鐵絲網(wǎng)上還鋪設(shè)有電子溫度計探頭和溫控器探棒。
[0010]上述方案中，所述軟弱夾層與水平面的夾角為10-75°。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0012]1、本發(fā)明模型的軟弱夾層主要為石蠟，軟弱夾層內(nèi)鋪設(shè)有電加熱裝置，通過電加熱裝置加熱軟弱夾層時，測出軟弱夾層在每種溫度下的剪切變形曲線和不同溫度下的c和爐值，發(fā)現(xiàn)軟弱夾層在溫度緩慢逐漸上升時出現(xiàn)彈性材料轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄圆牧希@與軟弱夾層劣化過程相吻合，因此，本發(fā)明模型可通過溫度控制，全過程地動態(tài)地模擬實際工程中降雨、風(fēng)化等對邊坡軟弱夾層緩慢長期的劣化作用，模擬邊坡潛在滑面力學(xué)性質(zhì)從強變?nèi)醯膭討B(tài)過程，使得相關(guān)巖土實驗達(dá)到預(yù)期效果。
[0013]2、通過本發(fā)明模型試驗，安全經(jīng)濟成本低，減短了試驗周期，通過對溫度的控制，可控制劣化程度和速度。
[0014]3、石蠟具有遇熱軟化的特性，但純石蠟試塊強度較低、易脆，可以通過加入少量蜂蠟和硬脂酸的方法，提高石蠟的強度和韌性，使得軟弱夾層在溫度上升時的變化更加接近于軟弱夾層的劣化過程。
[0015]4、所述軟弱夾層內(nèi)鋪設(shè)一層鐵絲網(wǎng)，起骨架作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為電熱絲加熱控制電路圖。
[0018]圖3為鐵絲網(wǎng)上電熱絲、電子溫度計探頭和溫控器探棒分布圖。
[0019]圖4-7為不同溫度下軟弱夾層材料剪切位移關(guān)系曲線。
[0020]圖8為不同溫度下軟弱夾層材料內(nèi)摩擦角變化曲線。
[0021]圖9為不同溫度下軟弱夾層材料粘聚力變化曲線。
[0022]圖10為軟弱夾層材料65V電壓加熱速率。
[0023]圖11為自然冷卻速率。
[0024]圖12為軟弱夾層材料25°C控溫曲線。
[0025]圖中:1-上部巖體，2-下部巖體，3-軟弱夾層，4-電加熱裝置，5-鐵絲網(wǎng)，6-電子溫度計探頭，7-溫控器探棒，8-墊層，9-位移傳感器，10-模擬錨索。
【具體實施方式】
[0026]如圖1所示的本發(fā)明實施例，它為用于邊坡錨固系統(tǒng)設(shè)計而進行的邊坡穩(wěn)定性試驗?zāi)Ｐ?，它包括上部巖體1、下部巖體2和軟弱夾層3 ;下部巖體2設(shè)置在墊層8上,軟弱夾層3設(shè)置在上部巖體I和下部巖體2之間。試驗邊坡坡面與水平面夾角60°，軟弱夾層厚度為3cm,墊層厚度20cm。邊坡一共設(shè)置兩列錨索10，，每列設(shè)置7根錨索10 (錨索為直徑4mm的紫銅絲模擬)。錨索穿過潛在滑帶10cm，即錨固段長度10cm，每根錨索垂直間距12.5cm,兩列錨索之間水平間距23cm。在滑塊靠近坡腳墊層附近留有IOcm空間，方便潛在滑帶弱化下滑塊的下滑留有空間。
[0027]所述軟弱夾層3與水平面的夾角一般為10-75°。本實施例軟弱夾層3與水平面的夾角為45°。
[0028]所述軟弱夾層的材料的組分主要包括石蠟，在測定石蠟力學(xué)參數(shù)試驗中，發(fā)現(xiàn)純石蠟的強度、韌性較差，有時不符合試驗要求，因此嘗試在石蠟中可以添加蜂蠟和硬脂酸等改性材料，以改變石蠟的韌性、脆性和強度。
[0029]蜂蠟在常溫下呈固體狀態(tài)。蜂蠟的顏色隨著蜂種、加工技術(shù)、蜜源及巢脾的新舊而不同。其主要成分有:酸類、游離脂肪酸、游離脂肪醇和碳水化合物。蜂蠟在常溫下呈固體狀態(tài)，添加在石蠟中可以增加石蠟的強度，破壞時的韌性。
[0030]硬脂酸是一種高級飽和脂肪酸。純品為帶有光澤的白色柔軟小片、或者是小圓顆粒狀。相對密度0.9408 (200C )，熔點69-700C，沸點383°C，折射率1.4299 (80°C )，工業(yè)品為白色或微黃色顆粒狀，為硬脂酸與棕櫚酸的混合物，并含有少量油酸，微有牛油樣氣味。極微溶于冷水，易溶于苯、甲苯、氯仿、四氯化碳、二硫化碳、乙酸戊酯等，也溶于乙醇、丙酮，添加在石臘中可以提聞石臘的溶點，增加石臘的脆性，提供石臘的強度。
[0031]本發(fā)明的所述軟弱夾層的材料組分質(zhì)量配比為:石蠟90-100%，蜂蠟0-5%，硬脂酸0-5%ο而本實施例所用軟弱夾層的材料組分質(zhì)量配比為:石蠟90%，蜂蠟5%，硬脂酸5%。
[0032]軟弱夾層材料制備時，按照配比將石蠟，蜂蠟，硬脂酸融化，攪拌均勻，澆筑試塊，冷卻到室溫，在恒溫房里用加熱試塊與實驗儀器，直至試件體內(nèi)外和銅盒三者溫度達(dá)到相同的設(shè)定溫度，方可做直剪試驗。試驗一共設(shè)置9組溫度(5°C、10°C、15°C、20°C、25°C、30°C、35°C、40°C、45°C ) 3 種垂直荷載(50kPa、IOOkPa、150kPa)下做了 6 到 8 個石蠟試件(如圖4-7)，當(dāng)數(shù)據(jù)隨機性較大時則增加更多組次，當(dāng)直剪儀達(dá)到最大剪切力或者達(dá)到最大位移4mm時記錄數(shù)據(jù)，后按照《巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001，2009版》14.2.2-1條推薦公式取得平均值，再按摩爾-庫倫準(zhǔn)則求得粘聚力C和內(nèi)摩擦角P值(如圖8、9)。
[0033]從剪切位移曲線可以得出，隨著剪切變形的增加，剪切力呈線彈性或彈塑性增長，達(dá)到峰值強度破壞后，殘余強度繼續(xù)抵抗變形；隨著石蠟溫度上升，剪切峰值逐漸降低，溫度超過25°C后，石蠟由脆性材料轉(zhuǎn)化為彈塑性材料，繼續(xù)升溫轉(zhuǎn)化塑性材料，直至成為液體，抗剪能力消失。從圖8、9中C和P值曲線得出，內(nèi)摩擦角在25°C前后單調(diào)變增減，25°C時出現(xiàn)峰值，是石蠟試件由硬脆性進入軟塑性的轉(zhuǎn)折點。粘聚力隨著溫度上升而降低，在25°C以前，粘聚力保持高值緩降，但在25°C后急劇下降，35°C后低值緩降，強度很弱。
[0034]上述軟弱夾層材料在溫度緩慢逐漸上升時出現(xiàn)彈性材料轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄圆牧?，這與軟弱夾層劣化過程相吻合。
[0035]如圖3所示，軟弱夾層3內(nèi)鋪設(shè)有電加熱裝置4，電加熱裝置4為電熱絲，電熱絲外皮為進口透明鐵氟龍材料。所述軟弱夾層3內(nèi)鋪設(shè)一層0.75*0.75cm的鐵絲網(wǎng)5，電熱絲均勻鋪設(shè)在鐵絲網(wǎng)5上。所述鐵絲網(wǎng)5上還鋪設(shè)有電子溫度計探頭6和溫控器探棒7。
[0036]如圖2所示，通過調(diào)壓器對電壓的控制逐步提高電熱絲的加熱功率，同時通過電子溫度計讀取記錄軟弱夾層中不同位置的溫度值。實驗表明，在軟弱夾層材料在低壓緩慢加熱的實驗過程中，軟弱夾層材料體各部位的升溫和降溫都有著良好的線性關(guān)系(如圖10、11);還可以通過反復(fù)調(diào)節(jié)電壓，將溫度恒定在某個溫度不變(如圖12所示)；通過對軟弱夾層材料的充分加熱，使得軟弱夾層材料中間電熱絲附近石蠟力學(xué)特性降到最低，最終能實現(xiàn)沿加熱面將上下兩張石蠟層層狀剝離，從而全過程地、動態(tài)地模擬了實際工程中降雨、風(fēng)化等對邊坡緩慢長期的劣化過程。
[0037]本發(fā)明減短了試驗周期，可以控制劣化程度，安全經(jīng)濟成本低，材料回收利用率聞。
【權(quán)利要求】
1.一種用于含有軟弱夾層的邊坡穩(wěn)定性試驗?zāi)Ｐ停ㄉ喜繋r體(I )、下部巖體(2)和軟弱夾層(3)，軟弱夾層(3)設(shè)置在上部巖體(I)和下部巖體(2)之間；其特征在于:軟弱夾層的材料的組分主要包括石蠟，軟弱夾層(3 )內(nèi)鋪設(shè)有電加熱裝置(4 )。
2.如權(quán)利要求1所述的邊坡穩(wěn)定性試驗?zāi)Ｐ?，其特征在?所述軟弱夾層的材料組分質(zhì)量配比為:石蠟90-100%，蜂蠟0-5%，硬脂酸0-5%。
3.如權(quán)利要求1所述的邊坡穩(wěn)定性試驗?zāi)Ｐ停涮卣髟谟?所述軟弱夾層(3)內(nèi)鋪設(shè)一層鐵絲網(wǎng)(5)。
4.如權(quán)利要求3所述的邊坡穩(wěn)定性試驗?zāi)Ｐ?，其特征在?所述電加熱裝置(4)為電熱絲，電熱絲均勻鋪設(shè)在鐵絲網(wǎng)(5)上。
5.如權(quán)利要求4所述的邊坡穩(wěn)定性試驗?zāi)Ｐ停涮卣髟谟?所述鐵絲網(wǎng)(5)上還鋪設(shè)有電子溫度計探頭(6)和溫控器探棒(7)。
6.如權(quán)利要求1所述的邊坡穩(wěn)定性試驗?zāi)Ｐ停涮卣髟谟?所述軟弱夾層(3)與水平面的夾角為10-75。。
【文檔編號】G01N17/00GK103728238SQ201310750943
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】夏元友, 陳晨, 任俊杰, 趙亮, 阮創(chuàng) 申請人:武漢理工大學(xué)