一种块状滑坡碰撞解体效应的模型试验方法

摘要

本发明提出一种块状滑坡碰撞解体效应的模型试验方法，研究块状岩质滑坡在高速远程运动过程中，由于碰撞作用自身解体或撞击周围物体传递运动能量增加滑坡运动距离和影响范围的机理,将滑体放置于滑槽中，通过滑槽电动葫芦装置按预设角度抬升滑槽，使滑槽底部形成一定的倾斜角度，开动液压阀门使得滑体下滑，撞击摆置在前方的被撞击体,通过滑体最前缘布置测力传感器记录滑体与被撞击体的瞬间撞击力；本发明的目的是提供一种岩质块状滑体碰撞解体能量传递效应的模型试验方法，以获取岩质块状滑坡在运动过程中碰撞解体作用下的运动堆积性状，通过对比不同尺寸块体组成的被撞击体的运动特性分析提出滑坡能量传递效应。

权利要求

1.一种块状滑坡碰撞解体效应的模型试验方法，具体包括以下步骤：

1)制作好三组滑体模型，按份数选取5块体积相同的刚度较大的水泥块材料组合成块状岩质滑体，分别为滑体模型一，滑体模型二和滑体模型三；

2)制作好三组被撞击体模型，选取三种不同尺寸材料块体组成的被撞击体模型，材料一为四块相同尺寸的用黄色喷漆进行上色的水泥正方体组合石块，材料二为六十四块相同尺寸的用蓝色喷漆进行上色的小粒径正方体组合石块，材料三为由四块材料一和三十二块材料二组成的石块组合材料；

3)设计试验中的滑坡模型和记录仪器布置位置，布置滑槽设备、三维激光扫描设备、高速摄像设备，堆积底板；

4)开启滑体料斗的液压开关式挡板，将块状岩质滑体装填到滑体料斗中，开启电动葫芦将滑槽抬升至一定角度，将滑坡内平台机关打开转动到一定角度，在平台机关上放置被撞击体；

5)采用微型冲击力测力传感器，将测力传感器安装在要撞击的位置，将测力传感器的出线连接至变送器，给变送器供电，GND连接至24V电源供电，然后将变送器连接至采集卡，采集卡插入至电脑USB接口，安装数据采集软件，在块状滑体最前缘位置布置测力传感器，在被撞击体沿运动方向块体之间布置测力传感器；

6)开启滑体料斗的液压开关式挡板，使滑体下滑；

7)将采集卡插入电脑USB接口，收集撞击力数据，通过三维激光扫描仪采集滑坡滑后堆积状态，通过各个方位布置的高速摄像机采集试验中每个块体的运动堆积变化数据，得到滑坡运动速度变化曲线；

8)分析相同滑体下滑后对不同被撞击体的撞散和能量传递作用，分析不同块体尺寸的被撞击后的运动能力，通过数据记录和现象对比，提出在岩质块状滑坡运动过程中的碰撞解体能量传递效应，根据动量定理及能量守恒定理分析滑坡运动过程中由于碰撞作用导致能量的传递，使得滑体能滑动更远的距离。

2.如权利要求1所述的一种块状滑坡碰撞解体效应的模型试验方法，其特征在于：所述步骤1)中的滑体模型由5块体积为40cm×10cm×40cm水泥块材料组成的滑体体积为40cm×

50cm×40cm块状岩质滑体。

3.如权利要求1所述的一种块状滑坡碰撞解体效应的模型试验方法，其特征在于：所述步骤2)中被撞击体模型的体积为40cm×50cm×40cm，其中材料一为四块尺寸为20cm×20cm×20cm的用黄色喷漆进行上色的水泥正方体组合石块，材料二为六十四块尺寸为10cm×

10cm×10cm的用蓝色喷漆进行上色的小粒径正方体组合石块，材料三为由四块材料一和三十二块材料二组成的组合石块材料。

4.如权利要求1所述的一种块状滑坡碰撞解体效应的模型试验方法，其特征在于：所述步骤4)中滑槽抬升的角度为20°。

说明书

一种块状滑坡碰撞解体效应的模型试验方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种块状滑坡碰撞解体效应的模型试验方法，尤其是一种块状岩质滑坡碰撞解体能量传递效应的模型试验方法。

背景技术

[0002] 高速远程岩质滑坡通常具有运动速度快、运动距离远和破坏力大的特征，尤其是在运动过程中具有流态化的运动特征，难以预测防范，往往能造成人员和经济的巨大损失，例如重庆武隆鸡尾山岩质块状高速远程滑坡，鸡尾山滑坡滑体在运动过程中滑体经常与周围山体发生碰撞，或者由于自身速度的差异发生解体，并产生运动能量的传递，致使滑体能够运动更远距离，在滑坡现场几乎无法捕捉到碰撞解体能量传递效应，因此应提出一种物理模拟方法实现碰撞效应，然而现有的滑坡滑槽运动模型试验很少，现有的试验技术采用滑槽试验研究了滑坡在运动过程中高速碰撞试验、铲刮效应和堆积反序效应，现有技术主要用于仅仅获取滑体在运动过程中的运动特征，在滑坡运动分析中没有考虑到滑体内部或与周围物体接触的碰撞作用以及撞击破碎解体后的运动特征，而且现有的滑槽运动模型试验没有采取合适的被撞击体的制作和布置方法，三维立体成像仪器，被撞击体色差识别等数据提取记录技术，因此有必要提出一种物理模型试验方法，研究滑坡运动过程中的碰撞作用，为滑坡运动机理分析提供技术支持，更为该类型滑坡的预测防治和危险区早期识别提供科学依据。

发明内容

[0003] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种岩质块状滑体碰撞解体能量传递效应的模型试验方法，以获取岩质块状滑坡在运动过程中碰撞解体作用下的运动堆积性状，通过对比不同尺寸块体组成的被撞击体的运动特性分析提出滑坡能量传递效应。

[0004] 一种块状滑坡碰撞解体效应的模型试验方法，具体包括以下步骤：

[0005] 1）制作好三组滑体模型，按份数选取5块体积相同的刚度较大的水泥块材料组合成块状岩质滑体，分别为滑体模型一，滑体模型二和滑体模型三；

[0006] 2）制作好三组被撞击体模型，选取三种不同尺寸材料块体组成的被撞击体模型，材料一为四块相同尺寸的用黄色喷漆进行上色的水泥正方体组合石块，材料二为六十四块相同尺寸的用蓝色喷漆进行上色的小粒径正方体组合石块，材料三为由四块材料一和三十二块材料二组成的石块组合材料；

[0007] 3）设计试验中的滑坡模型和记录仪器布置位置，布置滑槽设备、三维激光扫描设备、高速摄像设备，堆积底板；

[0008] 4）开启滑体料抖的液压开关式挡板，将块状岩质滑体装填到滑体料斗中，开启电动葫芦将滑槽抬升至一定角度，将滑坡内平台机关打开转动到一定角度，在平台机关上放置被撞击体;

[0009] 5）采用微型冲击力测力传感器，将测力传感器安装在要撞击的位置，将测力传感器的出线连接至变送器，给变送器供电，GND连接至24V电源供电，然后将变送器连接至采集卡，采集卡插入至电脑USB接口，安装数据采集软件，在块状滑体最前缘位置布置测力传感器，在被撞击体沿运动方向块体之间布置测力传感器；

[0010] 6）开启滑体料抖的液压开关式挡板，使滑体下滑;

[0011] 7）将采集卡插入电脑USB接口，收集撞击力数据，通过三维激光扫描仪采集滑坡滑后堆积状态，通过各个方位布置的高速摄像机采集试验中每个块体的运动堆积变化数据，得到滑坡运动速度变化曲线；

[0012] 8）分析相同滑体下滑后对不同被撞击体的撞散和能量传递作用，分析不同块体尺寸的被撞击后的运动能力，通过数据记录和现象对比，提出在岩质块状滑坡运动过程中的碰撞解体能量传递效应，根据动量定理及能量守恒定理分析滑坡运动过程中由于碰撞作用导致能量的传递，使得滑体能滑动更远的距离。

[0013] 作为优选，所述步骤1）中的滑体模型由5块体积为40cm×10cm×40cm水泥块材料组成的滑体体积为40cm×50cm×40cm块状岩质滑体。

[0014] 作为优选，所述步骤2）中被撞击体模型的体积为40cm×50cm×40cm，其中材料一为四块尺寸为20cm×20cm×20cm的用黄色喷漆进行上色的水泥正方体组合石块，材料二为六十四块尺寸为10cm×10cm×10cm的用蓝色喷漆进行上色的小粒径正方体组合石块，材料三为由四块材料一和三十二块材料二组成的的组合石块材料。

[0015] 作为优选，所述步骤4）中滑槽抬升的角度为20。

[0016] 本发明的有益效果为：通过视频分析能直观可重复的观察每个块体的运动规律，完整获得块状岩质滑坡体下滑碰撞解体后的运动堆积特征，得到不同解体类型影响滑坡的整体运动距离，分选性较好的解体类型比不发生解体或分选性较差的解体类型，运动距离相比于总距离得到了提高；且通过对比试验可以分析相同滑体下滑情况、被撞击体解体后运动速度、运动距离和不同尺寸块体堆积特征及变化情况，从而对现实滑坡灾害中的运动规律和滑坡发生前影响区进行早期识别。

附图说明

[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0018] 图1为本发明的变角度组合滑槽侧视图。

[0019] 图2为本发明的变角度组合滑槽俯视图。

[0020] 图3为大块体滑体材料。

[0021] 图4为较大块体组成的被撞击体材料一。

[0022] 图5为较小块体组成的被撞击体材料二。

[0023] 图6为混合块体组成的被撞击体材料三。

[0024] 图7为块状岩质滑体模型下滑撞击较大块体组成的被撞击体材料。

[0025] 图8 为块状岩质滑体模型下滑撞击较小块体组成的被撞击体材料。

[0026] 图9为块状岩质滑体模型下滑撞击混合块体组成的被撞击体材料。

[0027] 图10为滑体上的测力传感器布置结构图。

[0028] 图11为材料一被撞击体测力传感器布置结构图。

[0029] 图12为材料二被撞击体测力传感器布置结构图。

[0030] 图13为材料三被撞击体测力传感器布置结构图。

具体实施方式

[0031] 下面结合附图1-13，对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

[0032] 在本实施例中，需要理解的是，术语“上面”、“下面”、“顶端”、“前端”、“后端”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，在本具体实施方式中如未特别说明部件之间的连接或固定方式，其连接或固定方式均可为通过现有技术中常用的螺栓固定或钉销固定，或销轴连接等方式，因此，在本实施例中不再详述。实施例

[0033] 如图1-2所示，一种块状滑坡碰撞解体效应的模型，包括滑体模型、进行试验的组合滑坡模型和被滑体模型撞击的被撞击体模型，所述组合滑坡模型包括支架1、滑槽支架2和设置于支架1和滑槽支架2之间的滑槽3，所述的支架1顶端设有电动葫芦4，所述电动葫芦4的挂钩5上设有缆绳6，所述缆绳6沿着支架1向下延伸，末端连接有滑体料斗7，所述滑体料斗7水平设置于滑槽3的尾端位置，所述滑体料斗7出口位置安装液压开关式挡板8，所述的滑体料斗7的尺寸为50cm×50cm×50cm，所述滑槽3出口外侧设有用于记录各组试验下滑堆积后的运动距离和运动速度变化的底板9，所述的底板9为已经按尺寸划分好网格的浅色底板，以记录各组试验下滑堆积后的运动距离和运动速度的变化，所述底板9前端设置有用于采集滑坡运动堆积变化数据的正视高速摄像机10，所述正视高速摄像机10后面设有用于采集滑体下滑后堆积状态的三维激光扫描仪11；所述滑槽3包括滑槽侧板12和滑槽底板13，所述的滑槽3尺寸为长300cm，宽50cm，滑槽侧板12高50cm，所述的滑槽底板13为不锈钢板，所述滑槽侧板12为有标注尺寸网格线条的透明侧板，所述滑槽侧板12的中间位置设有用于观测滑坡的微观特征的滑槽高速摄像机14，所述滑槽3上方设置有可以高速高清记录碎石颗粒的运动变化特性的俯视摄像机15，所述滑槽3的侧面上方位置设有可以能高速高清记录碎石颗粒的运动变化特性的侧视高速摄像机16，所述滑槽底板13距离出口一米位置处设有用于方便放置被撞击体而不自身下滑的可变角度的平台机关17，所述可变角度的平台机关
17的大小为45cm×45cm,如图10-13所示，所述的滑体模型和被撞击体模型上均设有测力传感器18，所述的测力传感器18为微型冲击力测力传感器。

[0034] 一种块状滑坡碰撞解体效应的模型试验方法，具体包括以下步骤:

[0035] 1）试验设计：根据试验场地条件和滑坡动力学理论，设计试验中的滑坡模型和记录仪器布置位置，为保证试验的顺利进行，设计滑槽模型时，应保证试验场地的开阔，合理设计撞击力测力传感器的布置以及滑体材料运动状态捕捉仪器设备的布置，滑体材料的选取可根据真实滑坡特征和研究目的自由设计选取，为更好的实现能量传递效果，降低碰撞过程中材料对能量的吸收，块体材料选用刚度较大的水泥块材料；

[0036] 2）制作滑槽设备：滑槽尺寸选用长300cm，宽50cm，侧板高50cm，在滑槽尾端设置50cm×50cm×50cm的滑体料斗，并在料斗出口位置安装液压开关式挡板，在滑槽底板距离出口1m位置处设计45cm×45cm可变角度的平台机关，方便被撞击体的放置而不自身下滑，考虑到试验过程中的全方位观察以及试验数据的记录，选用透明侧板，并在侧板标注尺寸网格线条，滑槽底板采用不锈钢板，具体结构可参阅图1；

[0037] 3）布置堆积底板：在滑槽出口外侧布置已经按尺寸划分好网格的浅色底板，以记录各组试验下滑堆积后的运动距离和运动速度的变化：

[0038] 4）布置三维激光扫描设备：为方便记录各组试验滑体下滑后的堆积状态，在底板前端布置三维激光扫描仪：

[0039] 5）布置高速摄像设备：在底板前部布置正视高速摄像机，在滑槽侧翼布置侧视高速摄像机，在滑槽上方布置俯视摄像机，并在滑槽内部布置摄像机便于观测滑坡的微观特征，这些设备能高速高清记录块体的运动变化特性，获取速度、加速度数据；

[0040] 6）制作滑体和被撞击体模型：本发明为更好的实现试验目的，实现更好的能量传递效果，降低碰撞过程中材料对能量的吸收，滑体材料选用刚度较大的水泥块材料，本发明提出由5块体积为40cm×10cm×40cm材料组成的滑体体积为40cm×50cm×40cm块状岩质滑体和三种不同尺寸材料块体组成的体积为40cm×50cm×40cm被撞击体（参阅图3-6），进行试验模拟，被撞击体材料一为粒径较大的块体材料，材料采用水泥正方体石块，尺寸为20cm×20cm×20cm，试验一中被撞击体由4块材料一组成；被撞击体材料二为粒径较小的块体材料，材料采用水泥正方体石块，尺寸为10cm×10cm×10cm，试验二中被撞击体由64块材料二排列组成；被撞击体材料三为材料一和材料二的组合体，试验三中被撞击体由4块材料一和32块材料二组成，为减小误差将他们均匀排列,为便于观察将材料一用黄色喷漆进行上色，材料二用蓝色喷漆进行上色；上色目的是为了便于观察，具体颜色的选择可视试验场地条件而定，待完全风干后将材料按编号（编号顺序参阅图3-6）紧密排列放置在滑槽中的平台机关上；

[0041] 7）装填滑体：关闭液压阀门，将滑动块体装填到滑槽料斗中，开启电动葫芦将滑槽抬升至20°，等待布置被撞击体；

[0042] 8）布置被撞击体和测力传感器：试验之前将被撞击体材料按照设计布置在机关平台上，随后布置测力传感器，试验中采用微型冲击力测力传感器，将测力传感器安装在要撞击的位置；将测力传感器的出线连接至变送器；给变送器供电，GND连接至24V电源供电；将变送器连接至采集卡，采集卡插入至电脑USB接口，电脑安装数据采集软件；在滑体块状最前缘位置布置测力传感器，在被撞击体沿运动方向块体之间布置测力传感器，材料一布置在1-1和1-2之间，2-3和2-4之间；材料二布置在1-5和1-6之间，1-13和1-14之间，3-5和3-6之间，3-13和3-14之间，1-6和1-7之间，1-7和1-8之间，1-14和1-15之间，1-15和1-16之间，3-6和3-7之间，3-7和3-8之间，3-14和3-15之间，3-15和3-16之间；材料三布置在1-1-2和1-
2之间，2-1和2-2-5之间，1-3和1-4-5之间，2-2-8和2-4之间（参阅图10-13）

[0043] 9）开启滑体料斗7的液压开关式挡板8，使滑体下滑；

[0044] 10）数据收集与分析：将采集卡插入至电脑USB接口，收集撞击力数据，通过三维激光扫描仪采集滑坡滑后堆积状态，通过高速摄像机采集试验中每个块体的运动堆积变化数据，可得到滑坡运动速度变化曲线，分析相同滑体下滑后对不同被撞击体的撞散和能量传递作用，分析不同块体尺寸的被撞击后的运动能力，通过数据记录和现象对比，得出在岩质块状滑坡运动过程中的碰撞解体能量传递效应，根据动量定理及能量守恒定理分析滑坡运动过程中由于碰撞作用导致能量的传递，使得滑体能滑动更远的距离；

[0045] 11）通过人工组合排列后再撞击，模拟块状滑体的破碎解体过程，尤其是通过高速摄像机观察撞击后的运动状态，分析能量传递之后大小块体的变化特征，通过测力传感器记录被撞击体不同位置的撞击体，在相同滑体主动撞击力下，分析被撞击体不同位置的撞击力。

[0046] 实验结果数据表

[0047]

[0048] 由以上试验数据结果表可知，在滑坡运动碰撞模拟中颗粒均匀分选性较好的材料即材料一和材料二，颗粒影响范围和重心运动距离与颗粒粒径大小成反比关系，即颗粒越小影响范围越大，重心运动距离越远，颗粒有差异分选性较差的材料即材料三，颗粒的影响范围大，小颗粒的运动距离更远，但是重心运动距离较近，撞击力距初始撞击力距离的增加递减，相同的撞击力撞击不同粒径的颗粒，颗粒越小运动速度越大，体现了被撞击体解体后的能量传递效应。

[0049] 本发明的技术原理为：本发明的模型试验方法，研究块状岩质滑坡在高速远程运动过程中，由于碰撞作用自身解体或撞击周围物体传递运动能量增加滑坡运动距离和影响范围的机理，本发明提出三种滑动试验模拟方法，试验一为块状滑体下滑撞击较大块体组成的被撞击体，即撞击材料一；试验二为块状滑体下滑撞击小块体组成的被撞击体，即撞击材料二；试验三为块状滑体下滑撞击较大块体和小块体混合组成的被撞击体，即为材料三；将滑体放置于滑槽中，通过滑槽电动葫芦装置按预设角度抬升滑槽，使滑槽底部形成一定的倾斜角度，开动液压阀门使得滑体下滑，撞击摆置在前方的被撞击体，通过滑体最前缘布置测力传感器记录滑体与被撞击体的瞬间撞击力；通过在被撞击体内部布置测力传感器记录被撞击体的不同部位受撞击力的情况，并分析在相同撞击力下不同尺寸块体运动状态，模拟滑坡运动过程中滑体解体后大小块体的运动情况；采用高速摄像机记录不同颜色材料撞击后的速度、加速度变化，采用三维激光扫描仪了解不同块体的运动距离和散落堆积情况，获取滑坡碰撞之后的散落堆积规律；通过对比分析提出在相同滑体块体撞击作用下的被撞击体解体变化状态和能量传递效应。

[0050] 本发明的有益效果为：通过视频分析能直观可重复的观察每个块体的运动规律，完整获得块状岩质滑坡体下滑碰撞解体后的运动堆积特征，得到不同解体类型影响滑坡的整体运动距离，分选性较好的解体类型比不发生解体或分选性较差的解体类型，运动距离相比于总距离得到了提高；且通过对比试验可以分析相同滑体下滑情况、被撞击体解体后运动速度、运动距离和不同尺寸块体堆积特征及变化情况，从而对现实滑坡灾害中的运动规律和滑坡发生前影响区进行早期识别。

[0051] 以上所述，仅为发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。