岩土与地质环境模拟装置的研制

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1、岩土与地质环境模拟装置的研制1绪论1.1研究背景及意义地质灾害尤其是滑坡、泥石流等由强降雨引发的灾害，危害无穷。且普遍有隐蔽性、突发性[1]。难以准确预报预警，社会普遍关注这一直接影响人民生命财产安全问题。21世纪以来以来，我国突发地质仍然频繁发生，形式严峻，滑坡、泥石流等常见地质灾害平均每年造成死亡和失踪数千人，直接经济损失100亿元以上。据相关部门统计，我国约有地质灾害隐患点近24万个，受威胁人口达数千万[2]。本选题目的在于围绕地质灾害中滑坡和泥石流的研究及相应的预测滑坡及泥石流发生的方法及仪器的研究提供基本的实验平台。要解决的实际问题是设计一套装置能达到对地质环境中边坡，

2、降雨量的模拟，便于开展对滑坡及泥石流等岩土类灾害的研究。自然的地质灾害研究需要依靠自然环境变化，存在靠天吃饭的问题。而本选题采取相对主动的和更灵活的方式通过对岩土与地质环境的模拟可通过对雨量，坡度，岩土的成分和结构的自主选择，达到更为多样化的实验条件，也可把试验场地固化，大大提高了科研的效率，实验条件可控性也更强，总的来说这为滑坡与泥石流的研究，仪器的研制测试和灾害预测技术的实验提供了一个很好的平台，在此基础上也可衍生为对岩土内在的剪应力，内摩擦力等的相关研究提供便利，总之，这是更主动研究地质灾害的一项基础探索，为后续研究提供一个硬件支撑作用，也是顺应灾害研究定量化与可视化大方向

3、的有益探索。.......1.2地质灾害研究现状20世纪60年代以前，地质灾害研究方法及理论不很成熟，地质灾害工作主要局限于灾害形成机理、分布规律及趋势预测研究，重点调查分析灾害的形成与活动过程，具有浓厚的工程地质色彩[3]。其中以灾害调查和风险评估为主流，通过历史经验，及实地分析来研究地质灾害发生及形成机理；也仅仅根据经验和灾害遗址来恢复其影响范围和时间演化规律[4]。70年代初期，法国人首次提出了ZERMOS方法，其突破在于提出进行滑坡灾害分区研究，理论指出单因素不能决定滑坡的空间位置，两个或以上的因素综合作用控制其发育，并尝试利用两种主要影响因素建立了滑坡分区数学模型。并对

4、法国局部实地根据其理论进行了研究[5,6]。20世纪70年代以后，鉴于地质灾害的巨大破坏性，引起各国开展更大投入，西方发达国家走在研究的前面，除去研究地质灾害形成机理外，灾害评估在少数国家率先实行起来。1969年，美国首先对加州的地震、滑坡等十种常见地质灾害开展风险评估。该评估从地质灾害形成发育条件出发，选择了多因素作为评价因子，这一行为也说明了多因子综合评价方法被实际运用，对地质灾害的研究从定性研究转向到定量化研究起到了推动作用。地质灾害定量研究成为一大方向。20世纪80年代以后，借助于计算机技术的飞速发展，加之岩土力学的研究的深入，复杂的数值计算方法被运用于地质灾害研究。19

5、86，Flac方法为坡体分析提供了更大的帮助，它不仅能够处理坡面的大变形问题，对某一软弱面的滑动变形也能进行有效的模拟，更能反映实际材料的动态行为，使岩土力学数值模拟成为可能[7,8]。.........2边坡模拟装置设计2.1边坡概述边坡的定义为岩体、土体在自然重力作用或人为作用而形成一定倾斜度的临空面，各类边坡，包括自然斜坡和人工边坡，在长期的内外地质营力的作用下，都处在动态变形之中，并通过变形逐步发展至破坏[2]。变形和破坏是边坡形成和发展过程中的必然现象。国内有关部门将边坡运动特征分类为：滑坡、崩塌、岩堆、错落、坠石、剥落、蠕动和坡面泥石流等。边坡的运动必然对人类的生产生

6、活产生影响，尤其是在经济建设过程中在公路与各种建筑设施修建的过程中，不可避免的与周围的景观环境形成一定高差，对于高差大的边坡往往伴随着破坏力巨大的常见的滑坡、泥石流等地质灾害。给周边的人民财产安全带来极大威胁[13]。经过这些年的发展边坡防护科学取得长足进步形成了支档结构防护、坡面防护等一系列防护措施，我们在经过公路两边的坡体时可能就会看到一些常见的防护措施。边坡的科学防护应该成为最后一道防线，科学准确的边坡岩土体灾变前兆预警才会最大可能的减轻灾害的危害，给人民争取应对的时间，但现实是现有的预报体系往往是事发后的，解决这一难题必须从岩土体灾变的内部入手，而我国幅员辽阔，地形地势复

7、杂多变，对一特定的边坡研究往往靠天吃饭，且研究结论不具代表性，且根据表2.1所示，边坡稳定性的主要影响因数为水的作用、人类的工程作用和边坡自身的形态，这些方面通过相应的措施可以局部实现模拟，这使得开发一套边坡模拟装置具有实际可行性和对灾害的定量研究很有意义[14,15]。...........2.2边坡模拟装置方案设计根据使用对象的要求，确定设计大型的机械承重装置，用以承载实验岩土体，并可通过液压举升机构改变倾角的机械翻斗装置，考虑到其工作环境，工作性质及工作内容等要求，除去基本