一种具有柔性坡面的边坡变形模型试验装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有智能多自由度柔性坡面的边坡变形模型试验装置。该装置主要由柔性坡面结构、坡面液压举升装置、液压举升智能控制单元、位移监测单元、数据自动采集装置、试验台架装置组成。其中，坡面液压举升装置包括多组电动液压千斤顶。柔性坡面结构主要由两层高强度钢丝格栅夹一层高强土工布组成，所述土工布采用式I所示的高分子物质聚合而成，所述高分子聚合物的Mw为5.8×104，分子量分布指数为1.298。
【专利说明】一种具有柔性坡面的边坡变形模型试验装置
【技术领域】
[0001]本发明属于地质力学模型试验范畴，特别涉及一种具有智能柔性坡面的边坡变形模型试验装置。本专利得到国家973项目“大型水利水电工程高陡边坡全生命周期性能演化与安全控制”的基金资助。
【背景技术】
[0002]针对边坡失稳破坏模型试验研究，国内外学者自20世纪60年代开始，就利用各种模型试验方法，探索边坡失稳破坏机制。特别是70年代后，随着我国大型水利水电工程建设中的坝基或坝肩稳定性问题，我国学者进行了大量的模型试验工作，取得了一系列研究成果。
[0003]边坡模型试验是地质力学模型试验中针对边坡这种特定研究对象的试验技术，其发展经历了框架式模型试验、基底摩擦模型试验、现场三维模型及足尺模型试验、渗水模型试验、离心模型试验等阶段，其中，以框架式模型试验和离心模型试验最为常用。本发明属于框架式模型试验装置。框架式模型试验是在通常重力场内，通过在框架模型槽内采用符合相似判据的相似材料制作模型，并在模型满足边界条件相似情况下量测其变形、应力等，进而揭示边坡原型的变形机制。陈祖煜(2003)罗先启(2008)先后详细综述了框架式模型试验成果。左保成等(2005)研究了反倾岩质边坡的破坏机制；任伟中等(2005)建立了相似比为1:200的边坡模型，研究了模型边坡的变形破坏机制和加固效果；Shigemura(2006)研究了坡趾形态对边坡失稳的影响；Li等(2007)对堆积块体的破坏模式进行了研究。
[0004]上述研究均采用了框架式模型试验装置，尽管这些试验研究在一定程度上大大推进了此类装置的发展，但目前此类装置均存在下述局限和缺陷:
[0005](I)岩床多为平板式，形态较单一，不能准确描述真实边坡岩床的地层形态和特点。
[0006](2)现有用于调节坡面倾角的坡面举升装置机械传动部分多为手工操作，并且只能实现同步举升，操作精度差。
[0007](3)现有试验装置多为固定框架，不能随坡面变化而移动。
【发明内容】
[0008]针对上述存在的问题，本发明公开了一种具有智能多自由度柔性坡面的边坡变形模型试验装置，该装置的目的在于提供一种可真实模拟具有任意形状岩床的边坡变形和破坏全过程的模型试验装置。
[0009]本发明提供的一种具有智能柔性坡面的边坡变形模型试验装置包括:柔性坡面结构、坡面液压举升装置、液压举升智能控制单元、位移监测单元、数据自动采集装置、试验台架装置。
[0010]本发明的另一目的在于还提供了一种可用于土木工程方面的式I聚合物。
[0011]本发明通过下述技术方案来解决所述技术问题:[0012]其包括坡面液压举升装置，所述举升装置包括6纵4横24组电动液压千斤顶。优选地，坡顶和坡脚处的电动液压千斤顶竖直布置，中间其它电动液压千斤顶接近垂直于柔性坡面。柔性坡面结构由两层高强度钢丝格栅夹一层高强土工布组成，所述高强土工布由式I所述的高聚物制成。
[0013]I。
[0014]柔性坡面与坡面液压举升装置的多组液压千斤顶铰接相连，所述液压举升智能控制单元由计算机、智能控制模块组成，所述液压举升智能控制单元与坡面液压举升装置连接。
[0015]所述的坡面液压举升装置包括纵横多组电动液压千斤顶，优选地，坡面液压举升装置包括6纵4横24组电动液压千斤顶。柔性坡面结构与坡面液压举升装置(多组液压千斤顶)铰接相连。
[0016]通过液压举升智能控制单元，可实现坡面液压举升装置多组电动液压千斤顶的不同步任意伸缩，从而实现柔性坡面的任意变形，用于模拟实际边坡工程中岩床形状。
[0017]位移监测单元和数据自动采集装置主要由埋于边坡内部的位移传感器和数据采集器组成，用于对边坡变形的测量和数据的实时采集、存储和反馈。
[0018]所述试验台架装置与柔性坡面结构相连，其框架墙可随柔性坡面形状变化而移动，柔性坡面形状确定后，框架墙可固定，用于对边坡物理模型加载。
[0019]所述的液压举升智能控制单元由计算机(具有智能控制软件系统)和智能控制模块组成。通过计算机智能控制软件，进行人机界面操作。液压举升智能控制单元与坡面液压举升装置连接，通过液压举升智能控制单元，可实现坡面液压举升装置多组电动液压千斤顶的不同步任意伸缩，从而实现柔性坡面的任意变形，用于模拟实际边坡工程中岩床形状。
[0020]所述的位移监测单元主要由埋于边坡内部的电阻应变片和精密杠杆引伸仪组成，电阻应变片主要用于量测边坡小变形，精密杠杆引仲仪主要用于量测边坡发生大变形甚至破坏时的位移。
[0021]所述的数据自动采集装置主要由数据采集器和计算机组成，用于对边坡变形数据的实时米集、存储和反馈。
[0022]所述试验台架装置与柔性坡面结构相连，其框架墙可随柔性坡面形状变化而移动，柔性坡面形状确定后，框架墙可固定，用于对边坡物理模型加载，可真实模拟边坡地应力。
[0023]本发明提供的一种具有智能柔性坡面的边坡变形模型试验装置，具有大比例尺、高精度、强适应性等特点。由于采用了由两层高强度钢丝格栅夹一层高强土工布组成的柔性坡面结构和由纵横多组液压千斤顶组成的坡面液压举升装置，使其具有很强的适应性。液压举升智能控制单元可控制多组千斤顶不同步伸缩，而坡面形状和坡面倾角可以通过多组液压千斤顶的不同步伸缩作用实现快速任意调整和变化，可用于模拟真实边坡岩床形态。监测单元可同时量测小变形和大变形，能够实现边坡从连续到非连续变形的全过程。本系统不但可以用于研究边坡稳定性，还可以用于滑坡、泥石流等地质灾害过程。
[0024]本发明的优势在于:利用高强度钢丝格栅夹一层高强土工布制成极易变形且承载力强的柔性坡面结构，使用坡面液压举升装置和液压举升智能控制单元实现对柔性坡面结构坡面形状和坡面倾角的任意调整、变化和定位，从而可有效模拟真实边坡岩床形态。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为边坡变形模型试验装置示意图，其中1-柔性坡面结构，2-坡面液压举升装置，3-液压举升智能控制单元，4-位移监测单元，5-数据自动采集装置，6-试验台架装置，101-钢丝格栅，102- 土工布，201-伸缩杆，202-铰接件，203-滑轮，301-智能控制模块，302-计算机，401-电阻应变片，402-精密杠杆引伸仪，501-数据采集器，502-计算机；
[0026]图2为柔性坡面结构示意图；
[0027]图3为坡面液压举升装置示意图；
[0028]图4为试验台架装置示意图，其中601-框架墙，602-横向滑轨，603-纵向滑轨，604-框架墙，605-基座；
[0029]图5为式I聚合物的核磁图谱。
【具体实施方式】
[0030]下面通过实施例进一步说明本发明。应该理解的是，本发明的实施例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。根据本发明的实质对本发明进行的简单改进都属于本发明要求保护的范围。除非另有说明，本发明中的百分数是重量百分数。
[0031]实施例1:试验装置的结构和使用
[0032]如图1所示，本发明包括:柔性坡面结构1、坡面液压举升装置2、液压举升智能控制单元3、位移监测单元4、数据自动采集装置5、试验台架装置6。柔性坡面结构I由两层高强度钢丝格栅101夹一层高强土工布102组成，如图2，具有高强、轻质、随形性好的特点。柔性坡面结构I底部与坡面液压举升装置2铰接相连。坡面液压举升装置2包括六纵四横24组电动液压千斤顶组成，其中坡顶和坡脚处的电动液压千斤顶竖直布置，中间其它电动液压千斤顶接近垂直于柔性坡面结构。如图3所示，每一组千斤顶由伸缩杆201、与柔性坡面结构I相连的铰接件202、以及和试验台架装置6基座滑轨603相连接的带固定卡环的滑轮203。本发明中坡面液压举升装置2设置成可沿试验台架装置6基座滑轨603滑动，大大加强了本装置的适用性。坡面固定后，滑轮203可通过自带卡环固定，所有卡环都固定后，使得坡面液压举升装置2固定，并可对柔性坡面结构I提供支撑反力。进而，柔性坡面结构上部可以布置岩土介质或相似材料，模拟边坡结构。
[0033]液压举升智能控制单元3由智能控制模块301和计算机(具有智能控制软件系统)302组成。智能控制模块301—端与坡面液压举升装置2连接，另一端与计算机(具有智能控制软件系统)302连接。通过计算机智能控制软件进行人机界面操作，可以实现坡面液压举升装置2多组电动液压千斤顶的不同步任意伸缩，从而实现柔性坡面结构I的任意变形，用于模拟实际边坡工程中岩床形状。智能控制软件可通过两种方法实现对液压举升装置2的控制作用，一种方法是输入每一组电动液压千斤顶与柔性坡面结构铰接点的空间坐标，全部输入后，将信号传给智能控制模块301，实现坡面形状调整；另一种方法是直接输入坡面三维地形图(AutoCAD格式)，软件会根据地形图，通过插值方法计算出电动液压千斤顶与柔性坡面结构铰接点的空间坐标，然后将信号传给智能控制模块301，实现坡面形状调整。
[0034]试验台架装置6由两个框架墙601和604以及基座605组成。框架墙601和604与柔性坡面结构I相连，其中框架墙604固定，框架墙601可随柔性坡面结构I形状变化而沿基座上布置的横向滑轨602移动，柔性坡面结构形状固定后，框架墙601可通过至于底部两端的滑块卡环将滑块固定，用于对边坡物理模型加载，可真实模拟边坡地应力。
[0035]本发明还包括位移监测单元4，主要由埋于边坡内部不同深度的电阻应变片401和精密杠杆引伸仪402组成，电阻应变片401主要用于量测边坡小变形，精密杠杆引伸仪402主要用于量测边坡发生大变形甚至破坏时的位移。电阻应变片401和精密杠杆引伸仪402在不同深度上呈梅花状布置于边坡内部，可准确捕捉边坡位移的发展和变化。位移监测单元4为一开放系统，为接入新的监测仪器(如位移传感器、土压力传感器、边坡含水量传感器等)留出接口。
[0036]数据自动采集装置5由数据采集器501和计算机502组成，并与位移监测单元4相连接。位移监测信息经数据采集器501实时采集、存储，传输到计算机502后，可实时显示边坡位移场变化,并对位移场变化做出反馈。
[0037]本发明使用时，采用如下步骤:
[0038](I)边坡岩床形状数据提取，可以提取边坡岩床典型点坐标，或者AutoCAD形式的岩床高程等值线图；
[0039](2)通过计算机智能控制软件系统302，输入边坡岩床形状信息，控制坡面液压举升装置2多组电动液压千斤顶的不同步任意伸缩，使柔性坡面结构I能够准确模拟岩床形状；
[0040](3)电动液压千斤顶底端滑块301固定在基座纵向滑轨603上，基座框架墙601沿基座横向滑轨602移动，调整到合适位置后，可模拟边坡地应力，此时固定基座框架墙601 ；
[0041](4)按照相似判据制作边坡岩土介质或相似材料，并测定模型试验材料的物理力学参数；
[0042](5)铺设边坡岩土介质或相似材料，可通过夯实设备分层压实模型试验材料，直至达到预设密度；
[0043](6)模型试验材料铺设过程中，在材料内安装电阻应变片401和精密杠杆引伸仪402 ；
[0044](7)传感器安装完成后，将传感器接线连接到数据自动采集装置5 ；
[0045](8)通过PLC转化将数据采集器501的数据在计算机502上显示，观测初始位移场变化；
[0046](9)控制坡面液压举升装置2多组电动液压千斤顶的同步任意伸长，可使边坡整体倾角增大；用于研究边坡变形规律及其安全性；
[0047](10)对试验数据进行整理。
[0048]实施例2:式I聚合物的制备[0049]所用原料以及试剂购自Sigma-Aldrich公司。
[0050]步骤一:在IOmmol的亮氨酸中加入20毫升冰醋酸,室温下搅拌溶解，将IOmmol的邻二溴苯加入到亮氨酸的冰醋酸溶液中，60°C反应24h。停止反应，将反应液中的冰醋酸旋除，抽真空lh，得到白色粘稠固体；加入去离子水有固体析出，再通过抽滤收集滤渣，重复洗涤滤饼，得到白色产物，不经纯化直接用于下一步。
[0051]步骤二 ；将步骤一所得化合物7.6mmol加入到250ml的圆底烧瓶中，再加入15毫升的重整甲苯，重蒸三乙铵15.38mmol，滴加完成后，回流条件下剧烈搅拌反应2h，除去溶剂，用IM盐酸水溶液调节pHl~2，再用乙酸乙酯和去离子水萃取三次，收集有机层溶液，干燥，乙酸乙酯洗涤滤饼，乙酸乙酯和石油醚重结晶得到白色固体化合物。
[0052]步骤三:用IOml的甲苯将步骤二的1.9mmol化合物溶解，依次加入甲基苯磺酸
0.3克和环己醇9.9mmol,回流12h。除去甲苯，以二氯甲烷为流动相将产物过柱，浓缩得到淡黄色固体，不经纯化直接用于下一步。
[0053]步骤四；将步骤三的化合物2.0mmol，碘化亚酮25毫克和Pd (PPh3) 2C1290毫克一起加入到200毫升三颈烧瓶中，换气3次，氮气保护下加入3毫升重蒸N，N- 二甲基甲酰胺，再依次重蒸三乙胺和苯乙炔，氮气保护下再反应30分钟。停止反应后，用乙酸乙酯和饱和食盐水萃取3次，收集有机层，干燥，抽滤，浓缩以石油醚和乙酸乙酯为洗脱液为淋洗剂，利
用层析硅胶色谱柱分离得到黄色固体产物，结构式为总产率
【权利要求】
1.一种具有智能柔性坡面的边坡变形模型试验装置，其特征在于其包括坡面液压举升装置，所述举升装置包括6纵4横24组电动液压千斤顶。
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于坡顶和坡脚处的电动液压千斤顶竖直布置，中间其它电动液压千斤顶接近垂直于柔性坡面。
3.根据权利要求1或2所述的试验装置，其特征在于还包括柔性坡面结构、液压举升智能控制单元、位移监测单元、数据自动采集装置、试验台架装置。
4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于所述的柔性坡面结构由两层高强度钢丝格栅夹一层高强土工布组成。
5.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于柔性坡面与坡面液压举升装置的多组液压千斤顶铰接相连，所述液压举升智能控制单元由计算机、智能控制模块组成，所述液压举升智能控制单元与坡面液压举升装置连接。
6.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于所述高强土工布由式I所述的高聚物制成
7.根据权利要求3所述的一种具有智能柔性坡面的边坡变形模型试验装置，其特征在于:所述位移监测单元和数据自动采集装置主要由埋于边坡内部的位移传感器和数据采集器组成，用于对边坡变形的测量和数据的实时采集、存储和反馈。
8.根据权利要求3所述的一种具有智能柔性坡面的边坡变形模型试验装置，其特征在于:所述试验台架装置与柔性坡面结构相连，其框架墙可随柔性坡面形状变化而移动，柔性坡面形状确定后，框架墙可 固定，用于对边坡物理模型加载。
9.式I所述的聚合物在建筑工程方面的用途。
【文档编号】G01N33/24GK103499681SQ201310449431
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】刘晓丽, 王恩志, 刘中港, 钟建文, 温庆博 申请人:清华大学