一種具有柔性坡面的邊坡變形模型試驗裝置製造方法
2023-06-01 00:53:31 1
一種具有柔性坡面的邊坡變形模型試驗裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有智能多自由度柔性坡面的邊坡變形模型試驗裝置。該裝置主要由柔性坡面結構、坡面液壓舉升裝置、液壓舉升智能控制單元、位移監測單元、數據自動採集裝置、試驗臺架裝置組成。其中，坡面液壓舉升裝置包括多組電動液壓千斤頂。柔性坡面結構主要由兩層高強度鋼絲格柵夾一層高強土工布組成，所述土工布採用式I所示的高分子物質聚合而成，所述高分子聚合物的Mw為5.8×104，分子量分布指數為1.298。
【專利說明】一種具有柔性坡面的邊坡變形模型試驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於地質力學模型試驗範疇，特別涉及一種具有智能柔性坡面的邊坡變形模型試驗裝置。本專利得到國家973項目「大型水利水電工程高陡邊坡全生命周期性能演化與安全控制」的基金資助。
【背景技術】
[0002]針對邊坡失穩破壞模型試驗研究，國內外學者自20世紀60年代開始，就利用各種模型試驗方法，探索邊坡失穩破壞機制。特別是70年代後，隨著我國大型水利水電工程建設中的壩基或壩肩穩定性問題，我國學者進行了大量的模型試驗工作，取得了一系列研究成果。
[0003]邊坡模型試驗是地質力學模型試驗中針對邊坡這種特定研究對象的試驗技術，其發展經歷了框架式模型試驗、基底摩擦模型試驗、現場三維模型及足尺模型試驗、滲水模型試驗、離心模型試驗等階段，其中，以框架式模型試驗和離心模型試驗最為常用。本發明屬於框架式模型試驗裝置。框架式模型試驗是在通常重力場內，通過在框架模型槽內採用符合相似判據的相似材料製作模型，並在模型滿足邊界條件相似情況下量測其變形、應力等，進而揭示邊坡原型的變形機制。陳祖煜(2003)羅先啟(2008)先後詳細綜述了框架式模型試驗成果。左保成等(2005)研究了反傾巖質邊坡的破壞機制；任偉中等(2005)建立了相似比為1:200的邊坡模型，研究了模型邊坡的變形破壞機制和加固效果；Shigemura(2006)研究了坡趾形態對邊坡失穩的影響；Li等(2007)對堆積塊體的破壞模式進行了研究。
[0004]上述研究均採用了框架式模型試驗裝置，儘管這些試驗研究在一定程度上大大推進了此類裝置的發展，但目前此類裝置均存在下述局限和缺陷:
[0005](I)巖床多為平板式，形態較單一，不能準確描述真實邊坡巖床的地層形態和特點。
[0006](2)現有用於調節坡面傾角的坡面舉升裝置機械傳動部分多為手工操作，並且只能實現同步舉升，操作精度差。
[0007](3)現有試驗裝置多為固定框架，不能隨坡面變化而移動。
【發明內容】
[0008]針對上述存在的問題，本發明公開了一種具有智能多自由度柔性坡面的邊坡變形模型試驗裝置，該裝置的目的在於提供一種可真實模擬具有任意形狀巖床的邊坡變形和破壞全過程的模型試驗裝置。
[0009]本發明提供的一種具有智能柔性坡面的邊坡變形模型試驗裝置包括:柔性坡面結構、坡面液壓舉升裝置、液壓舉升智能控制單元、位移監測單元、數據自動採集裝置、試驗臺架裝置。
[0010]本發明的另一目的在於還提供了一種可用於土木工程方面的式I聚合物。
[0011]本發明通過下述技術方案來解決所述技術問題:[0012]其包括坡面液壓舉升裝置，所述舉升裝置包括6縱4橫24組電動液壓千斤頂。優選地，坡頂和坡腳處的電動液壓千斤頂豎直布置，中間其它電動液壓千斤頂接近垂直於柔性坡面。柔性坡面結構由兩層高強度鋼絲格柵夾一層高強土工布組成，所述高強土工布由式I所述的高聚物製成。
[0013]I。
[0014]柔性坡面與坡面液壓舉升裝置的多組液壓千斤頂鉸接相連，所述液壓舉升智能控制單元由計算機、智能控制模塊組成，所述液壓舉升智能控制單元與坡面液壓舉升裝置連接。
[0015]所述的坡面液壓舉升裝置包括縱橫多組電動液壓千斤頂，優選地，坡面液壓舉升裝置包括6縱4橫24組電動液壓千斤頂。柔性坡面結構與坡面液壓舉升裝置(多組液壓千斤頂)鉸接相連。
[0016]通過液壓舉升智能控制單元，可實現坡面液壓舉升裝置多組電動液壓千斤頂的不同步任意伸縮，從而實現柔性坡面的任意變形，用於模擬實際邊坡工程中巖床形狀。
[0017]位移監測單元和數據自動採集裝置主要由埋於邊坡內部的位移傳感器和數據採集器組成，用於對邊坡變形的測量和數據的實時採集、存儲和反饋。
[0018]所述試驗臺架裝置與柔性坡面結構相連，其框架牆可隨柔性坡面形狀變化而移動，柔性坡面形狀確定後，框架牆可固定，用於對邊坡物理模型加載。
[0019]所述的液壓舉升智能控制單元由計算機(具有智能控制軟體系統)和智能控制模塊組成。通過計算機智能控制軟體，進行人機界面操作。液壓舉升智能控制單元與坡面液壓舉升裝置連接，通過液壓舉升智能控制單元，可實現坡面液壓舉升裝置多組電動液壓千斤頂的不同步任意伸縮，從而實現柔性坡面的任意變形，用於模擬實際邊坡工程中巖床形狀。
[0020]所述的位移監測單元主要由埋於邊坡內部的電阻應變片和精密槓桿引伸儀組成，電阻應變片主要用於量測邊坡小變形，精密槓桿引仲儀主要用於量測邊坡發生大變形甚至破壞時的位移。
[0021]所述的數據自動採集裝置主要由數據採集器和計算機組成，用於對邊坡變形數據的實時米集、存儲和反饋。
[0022]所述試驗臺架裝置與柔性坡面結構相連，其框架牆可隨柔性坡面形狀變化而移動，柔性坡面形狀確定後，框架牆可固定，用於對邊坡物理模型加載，可真實模擬邊坡地應力。
[0023]本發明提供的一種具有智能柔性坡面的邊坡變形模型試驗裝置，具有大比例尺、高精度、強適應性等特點。由於採用了由兩層高強度鋼絲格柵夾一層高強土工布組成的柔性坡面結構和由縱橫多組液壓千斤頂組成的坡面液壓舉升裝置，使其具有很強的適應性。液壓舉升智能控制單元可控制多組千斤頂不同步伸縮，而坡面形狀和坡面傾角可以通過多組液壓千斤頂的不同步伸縮作用實現快速任意調整和變化，可用於模擬真實邊坡巖床形態。監測單元可同時量測小變形和大變形，能夠實現邊坡從連續到非連續變形的全過程。本系統不但可以用於研究邊坡穩定性，還可以用於滑坡、泥石流等地質災害過程。
[0024]本發明的優勢在於:利用高強度鋼絲格柵夾一層高強土工布製成極易變形且承載力強的柔性坡面結構，使用坡面液壓舉升裝置和液壓舉升智能控制單元實現對柔性坡面結構坡面形狀和坡面傾角的任意調整、變化和定位，從而可有效模擬真實邊坡巖床形態。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為邊坡變形模型試驗裝置示意圖，其中1-柔性坡面結構，2-坡面液壓舉升裝置，3-液壓舉升智能控制單元，4-位移監測單元，5-數據自動採集裝置，6-試驗臺架裝置，101-鋼絲格柵，102- 土工布，201-伸縮杆，202-鉸接件，203-滑輪，301-智能控制模塊，302-計算機，401-電阻應變片，402-精密槓桿引伸儀，501-數據採集器，502-計算機；
[0026]圖2為柔性坡面結構示意圖；
[0027]圖3為坡面液壓舉升裝置示意圖；
[0028]圖4為試驗臺架裝置示意圖，其中601-框架牆，602-橫向滑軌，603-縱向滑軌，604-框架牆，605-基座；
[0029]圖5為式I聚合物的核磁圖譜。
【具體實施方式】
[0030]下面通過實施例進一步說明本發明。應該理解的是，本發明的實施例是用於說明本發明而不是對本發明的限制。根據本發明的實質對本發明進行的簡單改進都屬於本發明要求保護的範圍。除非另有說明，本發明中的百分數是重量百分數。
[0031]實施例1:試驗裝置的結構和使用
[0032]如圖1所示，本發明包括:柔性坡面結構1、坡面液壓舉升裝置2、液壓舉升智能控制單元3、位移監測單元4、數據自動採集裝置5、試驗臺架裝置6。柔性坡面結構I由兩層高強度鋼絲格柵101夾一層高強土工布102組成，如圖2，具有高強、輕質、隨形性好的特點。柔性坡面結構I底部與坡面液壓舉升裝置2鉸接相連。坡面液壓舉升裝置2包括六縱四橫24組電動液壓千斤頂組成，其中坡頂和坡腳處的電動液壓千斤頂豎直布置，中間其它電動液壓千斤頂接近垂直於柔性坡面結構。如圖3所示，每一組千斤頂由伸縮杆201、與柔性坡面結構I相連的鉸接件202、以及和試驗臺架裝置6基座滑軌603相連接的帶固定卡環的滑輪203。本發明中坡面液壓舉升裝置2設置成可沿試驗臺架裝置6基座滑軌603滑動，大大加強了本裝置的適用性。坡面固定後，滑輪203可通過自帶卡環固定，所有卡環都固定後，使得坡面液壓舉升裝置2固定，並可對柔性坡面結構I提供支撐反力。進而，柔性坡面結構上部可以布置巖土介質或相似材料，模擬邊坡結構。
[0033]液壓舉升智能控制單元3由智能控制模塊301和計算機(具有智能控制軟體系統)302組成。智能控制模塊301—端與坡面液壓舉升裝置2連接，另一端與計算機(具有智能控制軟體系統)302連接。通過計算機智能控制軟體進行人機界面操作，可以實現坡面液壓舉升裝置2多組電動液壓千斤頂的不同步任意伸縮，從而實現柔性坡面結構I的任意變形，用於模擬實際邊坡工程中巖床形狀。智能控制軟體可通過兩種方法實現對液壓舉升裝置2的控制作用，一種方法是輸入每一組電動液壓千斤頂與柔性坡面結構鉸接點的空間坐標，全部輸入後，將信號傳給智能控制模塊301，實現坡面形狀調整；另一種方法是直接輸入坡面三維地形圖(AutoCAD格式)，軟體會根據地形圖，通過插值方法計算出電動液壓千斤頂與柔性坡面結構鉸接點的空間坐標，然後將信號傳給智能控制模塊301，實現坡面形狀調整。
[0034]試驗臺架裝置6由兩個框架牆601和604以及基座605組成。框架牆601和604與柔性坡面結構I相連，其中框架牆604固定，框架牆601可隨柔性坡面結構I形狀變化而沿基座上布置的橫向滑軌602移動，柔性坡面結構形狀固定後，框架牆601可通過至於底部兩端的滑塊卡環將滑塊固定，用於對邊坡物理模型加載，可真實模擬邊坡地應力。
[0035]本發明還包括位移監測單元4，主要由埋於邊坡內部不同深度的電阻應變片401和精密槓桿引伸儀402組成，電阻應變片401主要用於量測邊坡小變形，精密槓桿引伸儀402主要用於量測邊坡發生大變形甚至破壞時的位移。電阻應變片401和精密槓桿引伸儀402在不同深度上呈梅花狀布置於邊坡內部，可準確捕捉邊坡位移的發展和變化。位移監測單元4為一開放系統，為接入新的監測儀器(如位移傳感器、土壓力傳感器、邊坡含水量傳感器等)留出接口。
[0036]數據自動採集裝置5由數據採集器501和計算機502組成，並與位移監測單元4相連接。位移監測信息經數據採集器501實時採集、存儲，傳輸到計算機502後，可實時顯示邊坡位移場變化,並對位移場變化做出反饋。
[0037]本發明使用時，採用如下步驟:
[0038](I)邊坡巖床形狀數據提取，可以提取邊坡巖床典型點坐標，或者AutoCAD形式的巖床高程等值線圖；
[0039](2)通過計算機智能控制軟體系統302，輸入邊坡巖床形狀信息，控制坡面液壓舉升裝置2多組電動液壓千斤頂的不同步任意伸縮，使柔性坡面結構I能夠準確模擬巖床形狀；
[0040](3)電動液壓千斤頂底端滑塊301固定在基座縱向滑軌603上，基座框架牆601沿基座橫向滑軌602移動，調整到合適位置後，可模擬邊坡地應力，此時固定基座框架牆601 ；
[0041](4)按照相似判據製作邊坡巖土介質或相似材料，並測定模型試驗材料的物理力學參數；
[0042](5)鋪設邊坡巖土介質或相似材料，可通過夯實設備分層壓實模型試驗材料，直至達到預設密度；
[0043](6)模型試驗材料鋪設過程中，在材料內安裝電阻應變片401和精密槓桿引伸儀402 ；
[0044](7)傳感器安裝完成後，將傳感器接線連接到數據自動採集裝置5 ；
[0045](8)通過PLC轉化將數據採集器501的數據在計算機502上顯示，觀測初始位移場變化；
[0046](9)控制坡面液壓舉升裝置2多組電動液壓千斤頂的同步任意伸長，可使邊坡整體傾角增大；用於研究邊坡變形規律及其安全性；
[0047](10)對試驗數據進行整理。
[0048]實施例2:式I聚合物的製備[0049]所用原料以及試劑購自Sigma-Aldrich公司。
[0050]步驟一:在IOmmol的亮氨酸中加入20毫升冰醋酸,室溫下攪拌溶解，將IOmmol的鄰二溴苯加入到亮氨酸的冰醋酸溶液中，60°C反應24h。停止反應，將反應液中的冰醋酸旋除，抽真空lh，得到白色粘稠固體；加入去離子水有固體析出，再通過抽濾收集濾渣，重複洗滌濾餅，得到白色產物，不經純化直接用於下一步。
[0051]步驟二 ；將步驟一所得化合物7.6mmol加入到250ml的圓底燒瓶中，再加入15毫升的重整甲苯，重蒸三乙銨15.38mmol，滴加完成後，回流條件下劇烈攪拌反應2h，除去溶劑，用IM鹽酸水溶液調節pHl~2，再用乙酸乙酯和去離子水萃取三次，收集有機層溶液，乾燥，乙酸乙酯洗滌濾餅，乙酸乙酯和石油醚重結晶得到白色固體化合物。
[0052]步驟三:用IOml的甲苯將步驟二的1.9mmol化合物溶解，依次加入甲基苯磺酸
0.3克和環己醇9.9mmol,回流12h。除去甲苯，以二氯甲烷為流動相將產物過柱，濃縮得到淡黃色固體，不經純化直接用於下一步。
[0053]步驟四；將步驟三的化合物2.0mmol，碘化亞酮25毫克和Pd (PPh3) 2C1290毫克一起加入到200毫升三頸燒瓶中，換氣3次，氮氣保護下加入3毫升重蒸N，N- 二甲基甲醯胺，再依次重蒸三乙胺和苯乙炔，氮氣保護下再反應30分鐘。停止反應後，用乙酸乙酯和飽和食鹽水萃取3次，收集有機層，乾燥，抽濾，濃縮以石油醚和乙酸乙酯為洗脫液為淋洗劑，利
用層析矽膠色譜柱分離得到黃色固體產物，結構式為總產率
【權利要求】
1.一種具有智能柔性坡面的邊坡變形模型試驗裝置，其特徵在於其包括坡面液壓舉升裝置，所述舉升裝置包括6縱4橫24組電動液壓千斤頂。
2.根據權利要求1所述的試驗裝置，其特徵在於坡頂和坡腳處的電動液壓千斤頂豎直布置，中間其它電動液壓千斤頂接近垂直於柔性坡面。
3.根據權利要求1或2所述的試驗裝置，其特徵在於還包括柔性坡面結構、液壓舉升智能控制單元、位移監測單元、數據自動採集裝置、試驗臺架裝置。
4.根據權利要求3所述的試驗裝置，其特徵在於所述的柔性坡面結構由兩層高強度鋼絲格柵夾一層高強土工布組成。
5.根據權利要求3所述的試驗裝置，其特徵在於柔性坡面與坡面液壓舉升裝置的多組液壓千斤頂鉸接相連，所述液壓舉升智能控制單元由計算機、智能控制模塊組成，所述液壓舉升智能控制單元與坡面液壓舉升裝置連接。
6.根據權利要求3所述的試驗裝置，其特徵在於所述高強土工布由式I所述的高聚物製成
7.根據權利要求3所述的一種具有智能柔性坡面的邊坡變形模型試驗裝置，其特徵在於:所述位移監測單元和數據自動採集裝置主要由埋於邊坡內部的位移傳感器和數據採集器組成，用於對邊坡變形的測量和數據的實時採集、存儲和反饋。
8.根據權利要求3所述的一種具有智能柔性坡面的邊坡變形模型試驗裝置，其特徵在於:所述試驗臺架裝置與柔性坡面結構相連，其框架牆可隨柔性坡面形狀變化而移動，柔性坡面形狀確定後，框架牆可 固定，用於對邊坡物理模型加載。
9.式I所述的聚合物在建築工程方面的用途。
【文檔編號】G01N33/24GK103499681SQ201310449431
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】劉曉麗, 王恩志, 劉中港, 鍾建文, 溫慶博 申請人:清華大學