一种针对边坡防治工程的失效测试系统和方法

摘要

本发明提供了一种针对边坡防治工程的失效测试系统和方法，涉及边坡防治工程技术领域；本发明包括边坡测试系统、测试安装台、动荷载加载系统，所述边坡测试系统包括测试基体、测试模型以及检测系统，边坡测试系统可根据不同的测试对象而确定；本发明可在测试安装台中快速替换要进行失效测试的边坡测试系统，操作简单方便，针对不同的测试对象可为实际边坡防治工程提供更全面的抗震改进方向，能解决现有技术试验参数选取要求过高或试验成本较高、试验周期长、操作复杂的问题。

权利要求

1.一种针对边坡防治工程的失效测试系统，其特征在于，包括：

边坡测试系统，所述边坡测试系统包括测试基体(1)、测试模型(2)以及检测系统(3)，其中：所述测试基体(1)包括固定部(01)和活动部(02)；

所述测试模型(2)安装在测试基体(1)内且贯穿所述固定部(01)和活动部(02)；

所述检测系统(3)安装在所述测试基体(1)和测试模型(2)上，用于检测所述测试基体(1)以及测试模型(2)在失效测试过程中的失效数据；

测试安装台(4)，所述测试安装台(4)的顶端面设置有一个稳定机构，所述稳定机构用于使所述测试基体(1)的固定部(01)与所述测试安装台(4)的顶端面保持稳定；

所述稳定机构包括设置在测试安装台(4)顶端面的凹槽(5)和多个安装螺栓，所述凹槽(5)的四周内侧壁上均开有至少一个螺纹通孔，所述测试基体(1)的固定部(01)设置所述凹槽(5)内，且所述固定部(01)的外壁上也设置有与所述螺纹通孔对应的螺纹定位孔，所述安装螺栓穿过所述螺纹通孔后与所述螺纹定位孔固定；

所述凹槽(5)内底面上还设置有一个定位凸起(9)，所述固定部(01)的底端面上还开有一个定位槽，所述定位凸起(9)与所述定位槽相互匹配；

动荷载加载系统，所述动荷载加载系统包括加载作动器(6)，钢筋混凝土反力墙及反力台座(7)，加载操作系统(8)，其中：所述加载作动器(6)通过连接装置连接所述测试基体(1)的活动部(02)，用于对所述活动部(02)不断施加正向荷载和负向荷载；

所述钢筋混凝土反力墙及反力台座(7)与所述加载作动器(6)、所述测试安装台(4)分别连接，用于为加载作动器(6)在对所述活动部(02)施加正向荷载和负向荷载时提供支撑，以及用于固定所述测试安装台(4)；

所述加载操作系统(8)与所述加载作动器(6)连接，用于控制所述加载作动器(6)对所述活动部(02)不断施加正向荷载和负向荷载。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述边坡测试系统为锚索测试系统，在所述锚索测试系统中：所述测试基体(1)为第一边坡物理模型，所述第一边坡物理模型的固定部(01)包括固定在测试箱中的滑床，活动部(02)包括浇筑在限位箱内的滑体，所述测试箱的底端与所述测试安装台(4)的稳定机构连接，所述滑体位于所述滑床的正上方且与所述滑床之间通过滑面连接，所述滑面覆盖在所述滑床的顶端面且相对于水平面倾斜；

所述测试模型(2)为锚索模型，所述锚索模型包括多根锚索，每根锚索包括依次连接的外锚头、自由段和锚固段，所述锚固段依次贯穿滑体、滑面与所述滑床固定；

所述检测系统(3)包括多个电阻应变片、压力传感器、土压力计，其中：

在所述锚索的自由段和锚固段上分别安装有至少一个所述电阻应变片，所述电阻应变片与静态应变测试仪连接，用于采集所述锚索在失效测试过程中的应变大小；

所述压力传感器安装在预设为测量锚索的外锚头上且与高速静态应变测试仪连接，用于采集所述锚索在失效测试过程中外锚头所受的压力大小；

所述土压力计设置在所述滑体内且与振弦式测量仪连接，用于采集所述滑体在失效测试过程中所受的土压力大小。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，针对所述锚索测试系统，所述动荷载加载系统包括加载作动器(6)，钢筋混凝土反力墙及反力台座(7)，加载操作系统(8)，其中：所述加载作动器(6)通过连接装置连接所述限位箱，用于对所述限位箱不断施加正向荷载和负向荷载；

所述墙及反力台座钢筋混凝土反力(7)与所述加载作动器(6)连接，用于为加载作动器(6)在对所述限位箱施加正向荷载和负向荷载时提供支撑，以及用于固定所述测试安装台(4)；

所述加载操作系统(8)与所述加载作动器(6)连接，用于控制所述加载作动器(6)对所述限位箱不断施加正向荷载和负向荷载。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述边坡测试系统为抗滑桩测试系统，在所述抗滑桩测试系统中：所述测试基体(1)为第二边坡物理模型，所述边坡物理模型的固定部(01)包括固定在第一模型箱中的锚固体，活动部(02)包括设置在第二模型箱中的滑体，所述第一模型箱的底端与所述测试安装台(4)的稳定机构连接，所述第二模型箱位于第一模型箱的正上方且与所述第一模型箱之间通过滑轮连接；

所述测试模型(2)为抗滑桩模型，所述抗滑桩模型包括多根抗滑桩，所述多根抗滑桩沿竖直方向依次贯穿所述滑体、锚固体后与所述第一模型箱的底面固定；

所述检测系统(3)包括多个电阻应变片、土压力计，其中：

所述多个电阻应变片安装在所述抗滑桩的表面且与静态应变测试仪连接，用于采集所述抗滑桩在失效测试过程中的应变大小；

所述土压力计设置在所述滑体内且与振弦式测量仪连接，用于采集所述滑体在失效测试过程中所受的土压力大小。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述锚固体的顶端面高于第一模型箱的顶端面且低于第二模型箱的底端面。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，针对所述抗滑桩测试系统，所述动荷载加载系统包括加载作动器(6)，钢筋混凝土反力墙及反力台座(7)，加载操作系统(8)，其中：所述加载作动器(6)通过连接装置连接所述第二模型箱，用于对所述第二模型箱不断施加正向荷载和负向荷载；

所述钢筋混凝土反力墙及反力台座(7)与所述加载作动器(6)连接，用于为加载作动器(6)在对所述第二模型箱施加正向荷载和负向荷载时提供支撑，以及用于固定所述测试安装台(4)；

所述加载操作系统(8)与所述加载作动器(6)连接，用于控制所述加载作动器(6)对所述第二模型箱不断施加正向荷载和负向荷载。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固定部(01)和/或活动部(02)上还设置有温度补偿片。

8.一种针对边坡防治工程的失效测试方法，其特征在于，利用权利要求1所述的系统进行测试，包括以下步骤：S1：根据地震加速度标准和滑体的重量，确定对活动部(02)的水平荷载大小；

S2：利用加载操作系统(8)控制加载作动器(6)对所述活动部(02)不断施加同等大小的正向荷载和负向荷载，并逐渐增大对所述活动部(02)施加的水平荷载；

S3：在每次所述正向荷载和负向荷载施加完毕时，将所述检测系统(3)检测的所述测试基体(1)以及测试模型(2)在失效测试过程中的失效数据进行保存，并对所述活动部(02)以及测试模型(2)的变形破坏特征进行记录。

说明书

一种针对边坡防治工程的失效测试系统和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及边坡防治工程技术领域，特别是涉及一种针对边坡防治工程的失效测试系统和一种针对边坡防治工程的失效测试方法。

背景技术

[0002] 地震作用下的边坡岩土体和防治工程相互作用十分复杂，了解边坡防治系统在地震作用下的失效过程和状态对边坡防治工程具有重要意义，可为人们实际进行边坡防治提供改进方向和防治基础。

[0003] 目前对边坡防治工程结构进行研究的主要方法有数值模拟和物理模拟。数值模拟的较为简单，投资较少，但其计算精度主要依赖于桩-土相互作用参数、土体特性等参数的正确选取。

[0004] 物理模拟试验主要依靠相似理论，将具体的工程条件，边界条件，结构土材料特性，在室内，按照一定的相似比还原，信息量大，可信度高。目前的物理模式试验方法主要包括大型的振动台模拟试验，和离心振动台模型试验，但是两类模型试验，而且对于模型的要求较高试验周期长及操作程序复杂等因素，试验成本较高。

发明内容

[0005] 本发明提供一种针对边坡防治工程的失效测试系统和一种针对边坡防治工程的失效测试方法，建立了针对边坡防治工程的失效测试系统，可根据不同的测试对象，在所述失效测试系统中替换所述边坡测试系统的模型，可为实际边坡防治工程提供抗震改进方向，能解决现有技术试验参数选取要求过高或试验成本较高、试验周期长、操作复杂的问题。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种针对边坡防治工程的失效测试系统，包括：

[0007] 边坡测试系统，所述边坡测试系统包括测试基体、测试模型以及检测系统，其中：

[0008] 所述测试基体包括固定部和活动部；

[0009] 所述测试模型安装在测试基体内且贯穿所述固定部和活动部；

[0010] 所述检测系统安装在所述测试基体和测试模型上，用于检测所述测试基体以及测试模型在失效测试过程中的失效数据；

[0011] 测试安装台，所述测试安装台的顶端面设置有一个稳定机构，所述稳定机构用于使所述测试基体的固定部与所述测试安装台的顶端面保持稳定；

[0012] 动荷载加载系统，所述动荷载加载系统包括加载作动器，钢筋混凝土反力墙及反力台座，加载操作系统，其中：

[0013] 所述加载作动器通过连接装置连接所述测试基体的活动部，用于对所述活动部不断施加正向荷载和负向荷载；

[0014] 所述钢筋混凝土反力墙及反力台座与所述加载作动器、所述测试安装台分别连接，用于为加载作动器在对所述活动部施加正向荷载和负向荷载时提供支撑，以及用于固定所述测试安装台；

[0015] 所述加载操作系统与所述加载作动器连接，用于控制所述加载作动器对所述活动部不断施加正向荷载和负向荷载。

[0016] 在本发明一优选实施例中，所述边坡测试系统为锚索测试系统，在所述锚索测试系统中：

[0017] 所述测试基体为第一边坡物理模型，所述第一边坡物理模型的固定部包括固定在测试箱中的滑床，活动部包括浇筑在限位箱内的滑体，所述测试箱的底端与所述测试安装台的稳定机构连接，所述滑体位于所述滑床的正上方且与所述滑床之间通过滑面连接，所述滑面覆盖在所述滑床的顶端面且相对于水平面倾斜；

[0018] 所述测试模型为锚索模型，所述锚索模型包括多根锚索，每根锚索包括依次连接的外锚头、自由段和锚固段，所述锚固段依次贯穿滑体、滑面与所述滑床固定；

[0019] 所述检测系统包括多个电阻应变片、压力传感器、土压力计，其中：

[0020] 在所述锚索的自由段和锚固段上分别安装有至少一个所述电阻应变片，所述电阻应变片与静态应变测试仪连接，用于采集所述锚索在失效测试过程中的应变大小；

[0021] 所述压力传感器安装在预设为测量锚索的外锚头上且与高速静态应变测试仪连接，用于采集所述锚索在失效测试过程中外锚头所受的压力大小；

[0022] 所述土压力计设置在所述滑体内且与振弦式测量仪连接，用于采集所述滑体在失效测试过程中所受的土压力大小。

[0023] 在本发明一优选实施例中，针对所述锚索测试系统，所述动荷载加载系统包括加载作动器，钢筋混凝土反力墙及反力台座，加载操作系统，其中：

[0024] 所述加载作动器通过连接装置连接所述限位箱，用于对所述限位箱不断施加正向荷载和负向荷载；

[0025] 所述钢筋混凝土反力墙及反力台座与所述加载作动器连接，用于为加载作动器在对所述限位箱施加正向荷载和负向荷载时提供支撑，以及用于固定所述测试安装台；

[0026] 所述加载操作系统与所述加载作动器连接，用于控制所述加载作动器对所述限位箱不断施加正向荷载和负向荷载。

[0027] 在本发明一优选实施例中，所述边坡测试系统为抗滑桩测试系统，在所述抗滑桩测试系统中：

[0028] 所述测试基体为第二边坡物理模型，所述边坡物理模型的固定部包括固定在第一模型箱中的锚固体，活动部包括设置在第二模型箱中的滑体，所述第一模型箱的底端与所述测试安装台的稳定机构连接，所述第二模型箱位于第一模型箱的正上方且与所述第一模型箱之间通过滑轮连接；

[0029] 所述测试模型为抗滑桩模型，所述抗滑桩模型包括多根抗滑桩，所述多根抗滑桩沿竖直方向依次贯穿所述滑体、锚固体后与所述第一模型箱的底面固定；

[0030] 所述检测系统包括多个电阻应变片、土压力计，其中：

[0031] 所述多个电阻应变片安装在所述抗滑桩的表面且与静态应变测试仪连接，用于采集所述抗滑桩在失效测试过程中的应变大小；

[0032] 所述土压力计设置在所述滑体内且与振弦式测量仪连接，用于采集所述滑体在失效测试过程中所受的土压力大小。

[0033] 在本发明一优选实施例中，所述锚固体的顶端面高于第一模型箱的顶端面且低于第二模型箱的底端面。

[0034] 在本发明一优选实施例中，针对所述抗滑桩测试系统，所述动荷载加载系统包括加载作动器，钢筋混凝土反力墙及反力台座，加载操作系统，其中：

[0035] 所述加载作动器通过连接装置连接所述第二模型箱，用于对所述第二模型箱不断施加正向荷载和负向荷载；

[0036] 所述钢筋混凝土反力墙及反力台座与所述加载作动器连接，用于为加载作动器在对所述第二模型箱施加正向荷载和负向荷载时提供支撑，以及用于固定所述测试安装台；

[0037] 所述加载操作系统与所述加载作动器连接，用于控制所述加载作动器对所述第二模型箱不断施加正向荷载和负向荷载。

[0038] 在本发明一优选实施例中，所述稳定机构包括设置在测试安装台顶端面的凹槽和多个安装螺栓，所述凹槽的四周内侧壁上均开有至少一个螺纹通孔，所述测试基体的固定部设置所述凹槽内，且所述固定部的外壁上也设置有与所述螺纹通孔对应的螺纹定位孔，所述安装螺栓穿过所述螺纹通孔后与所述螺纹定位孔固定。

[0039] 在本发明一优选实施例中，所述凹槽内底面上还设置有一个定位凸起，所述固定部的底端面上还开有一个定位槽，所述定位凸起与所述定位槽相互匹配。

[0040] 在本发明一优选实施例中，所述固定部和/或活动部上还设置有温度补偿片。

[0041] 为解决上述技术问题，本发明同时提供了一种针对边坡防治工程的失效测试方法，利用本发明实施例提供的系统进行测试，包括以下步骤：

[0042] S1：根据地震加速度标准和滑体的重量，确定对活动部的水平荷载大小；

[0043] S2：利用加载操作系统控制加载作动器对所述活动部不断施加同等大小的正向荷载和负向荷载，并逐渐增大对所述活动部施加的水平荷载；

[0044] S3：在每次所述正向荷载和负向荷载施加完毕时，将所述检测系统检测的所述测试基体以及测试模型在失效测试过程中的失效数据进行保存，并对所述活动部以及测试模型的变形破坏特征进行记录。

[0045] 与现有技术相比，本发明包括以下优点：

[0046] 本发明实施例根据试验目的和实际抗震设计要求，建立了针对边坡防治工程的失效测试系统，可根据不同的测试对象，在所述失效测试系统中快速替换要进行失效测试的模型，操作简单方便，针对不同的测试对象可为实际边坡防治工程提供更全面的抗震改进方向，能解决现有技术试验参数选取要求过高或试验成本较高、试验周期长、操作复杂的问题；

[0047] 本发明实施例利用低周往复加载试验对锚索在边坡防治工程的失效进行测试和分析，相比现有技术，更进一步的简化了测试系统的复杂性，降低了对试验参数选取的要求，同时降低了试验成本，缩短了试验周期，具有显著进步；

[0048] 本发明实施例根据测试对象的不同，分别公开了一个针对边坡防治中锚索以及抗滑桩的失效测试系统，利用动荷载加载系统可模拟对锚索以及抗滑桩的真实地质伤害，检测系统可检测所述测试基体以及测试模型在失效测试过程中的失效数据，可探究锚索以及抗滑桩在边坡防治工程中受震时的失效过程，为实际边坡防治工程中利用锚索以及抗滑桩防治提供了抗震改进方向。

附图说明

[0049] 图1示出了本发明实施例抗滑桩测试系统在失效测试时的整体结构示意图；

[0050] 图2示出了本发明实施例测试安装台的俯视示意图；

[0051] 图3示出了本发明实施例锚索测试系统的立体视图；

[0052] 图4示出了本发明实施例一种针对边坡防治工程的失效测试方法的步骤流程图；

[0053] 图5示出了本发明实施例针对抗滑桩测试系统的荷载加载图；

[0054] 图6示出了本发明实施例针对锚索测试系统的荷载加载图。

[0055] 本发明的附图标记说明：

[0056] 1-测试基体，2-测试模型，3-检测系统，4-测试安装台，5-凹槽，6-加载作动器，7-钢筋混凝土反力墙及反力台座，8-加载操作系统，9-定位凸起，01-固定部，02-活动部。

具体实施方式

[0057] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0058] 低周往复加载试验是目前研究结构或构件抗震性能应用最为广泛的试验方法，通过对结构或构件施加多次往复循环作用，使其在正反两个方向重复加载和卸载，用以模拟地震时结构在往复振动中的受力特征和变形特点。目前的低周往复加载试验通常应用于土木工程中，主要用于对建筑结构等进行抗震测试，如梁体结构等，通过直接对梁体结构进行震动加载，可探究梁体在真实地震时的失效过程，以便为房屋预防地震提供基础。但是已有技术中，并未将低周往复加载试验用于地质灾害中的边坡防治中，因为边坡防治中的测试模型2失效是在与整个边坡相互作用下失效的，与土木工程中的房屋建筑物不同，目前的低周往复加载试验如果对测试模型2直接作用，则无法探究到测试模型2在受震时真实的失效过程，无法为实际边坡防治工程提供抗震改进方向。

[0059] 实施例1：

[0060] 参照图1，针对本发明的技术问题，示出了本发明实施例提供的一种针对边坡防治工程的失效测试系统，具体可以包括：

[0061] 边坡测试系统，所述边坡测试系统包括测试基体1、测试模型2以及检测系统3，其中：

[0062] 所述测试基体1包括固定部01和活动部02；

[0063] 所述测试模型2安装在测试基体1内且贯穿所述固定部01和活动部02；

[0064] 所述检测系统3安装在所述测试基体1和测试模型2上，用于检测所述测试基体1以及测试模型2在失效测试过程中的失效数据；

[0065] 测试安装台4，所述测试安装台4的顶端面设置有一个稳定机构，所述稳定机构用于使所述测试基体1的固定部01与所述测试安装台4的顶端面保持稳定；

[0066] 动荷载加载系统，所述动荷载加载系统包括加载作动器6，钢筋混凝土反力墙及反力台座7，加载操作系统8，其中：

[0067] 所述加载作动器6通过连接装置连接所述测试基体1的活动部02，用于对所述活动部02不断施加正向荷载和负向荷载；

[0068] 所述钢筋混凝土反力墙及反力台座7与所述加载作动器6、所述测试安装台4分别连接，用于为加载作动器6在对所述活动部02施加正向荷载和负向荷载时提供支撑，以及用于固定所述测试安装台4；

[0069] 所述加载操作系统8与所述加载作动器6连接，用于控制所述加载作动器6对所述活动部02不断施加正向荷载和负向荷载。

[0070] 针对上述测试系统和实际防治应用，现结合一具体示例来对实施例1中的测试系统进行一步阐述，所述边坡测试系统为抗滑桩测试系统，在所述抗滑桩测试系统中：

[0071] 所述测试基体1为第二边坡物理模型，所述边坡物理模型的固定部01包括固定在第一模型箱中的锚固体，活动部02包括设置在第二模型箱中的滑体，所述第一模型箱的底端与所述测试安装台4的稳定机构连接，所述第二模型箱位于第一模型箱的正上方且与所述第一模型箱之间通过滑轮连接；

[0072] 所述测试模型2为抗滑桩模型，所述抗滑桩模型包括多根抗滑桩，所述多根抗滑桩沿竖直方向依次贯穿所述滑体、锚固体后与所述第一模型箱的底面固定；

[0073] 所述检测系统3包括多个电阻应变片、土压力计，其中：

[0074] 所述多个电阻应变片安装在所述抗滑桩的表面且与静态应变测试仪连接，用于采集所述抗滑桩在失效测试过程中的应变大小；

[0075] 所述土压力计设置在所述滑体内且与振弦式测量仪连接，用于采集所述滑体在失效测试过程中所受的土压力大小。

[0076] 针对上述抗滑桩测试系统，具体测试基体1和测试模型2的搭建方式如下：

[0077] 在本发明实施例中，第一模型箱位于第二模型箱的正下方，在第一模型箱内浇筑锚固体，在第二模型箱内浇筑滑体，可将锚固体和滑体均简化成均质岩体模型，根据相似比的关系选择水泥和砂按照一定的配比混合，然后将混合后砂浆浇筑在各自的模型箱中。在第一模型箱中浇筑锚固体时，首先将第一模型吊装至预先设定的位置，然后将第一模型箱与所述测试安装台4的稳定机构连接，以避免第一模型箱在低周往复加载试验中移动，以使得锚固体保持稳定性，这里的锚固体相当于实际边坡中靠近地平面的稳定岩层。然后将多根抗滑桩分别放置于第一模型箱中预先标定的抗滑桩安装的位置，然后再将配置好的砂浆浇筑在第一模型箱中，最后将砂浆表面抹平，形成锚固体。

[0078] 抗滑桩采用预制桩形式，基于试验目的可研究不同类型的抗滑桩在动荷载作用下的不同失效模式，如剪断和折断，设置了两种不同的桩型，所述多根抗滑桩包括第一类型抗滑桩和第二类型抗滑桩。抗滑桩模型在制作时，首先根据第一类型抗滑桩和第二类型抗滑桩的尺寸要求来制作钢筋笼在保证抗滑桩成形。进一步的，将主筋穿过所有的箍筋，再将箍筋和主筋通过胶布粘接在一起，并用铁丝绑扎，来形成钢筋笼。将制作好的钢筋笼放入木模具后用砂浆进行浇筑，将表面抹平，待养护5-7天后拆模，形成抗滑桩。箍筋材料可选用铝丝。

[0079] 在第一模型箱顶端的相对两侧边设置滑轨，然后将第二模型箱吊装指第一模型箱的正上方，此时抗滑桩模型的顶端置于第二模型箱中，在第一模型箱的滑轨上安装多个滑轮，第二模型箱的底端与所述滑轮固定，使得第二模型箱可通过滑轮在滑轨上滑动，以此与锚固体之间可产生相对移动。这里的滑轮与第二模型箱的安装方式属于现有技术，在此不多赘述。第二模型箱与第一模型箱之间的滑轮相当于边坡实际存在的一贯通滑动面。接着，再所述第二模型箱中填入砂浆，沿着第二模型箱内壁浇筑，浇筑完成后，压实土体，滑体制作完成，此时抗滑桩模型中的第一类型抗滑桩和第二类型抗滑桩顶端要暴露在滑体外，以便观察抗滑桩的顶端位移。

[0080] 当第一模型箱与第二模型箱安装完成后，所述第二模型箱与所述第一模型箱之间的间距与所述滑轮的直径相等，所述滑轮的直径可为4～6cm。所述锚固体的顶端面高于第一模型箱的顶端面且低于第二模型箱的底端面，以保证第二模型箱与第一模型箱之间移动顺畅，即滑体相对于锚固体移动顺畅；即锚固体的顶端面与第一模型箱的顶端之间的距离大于0，小于等于4～6cm。

[0081] 为研究抗滑桩的变形特征，所述电阻应变片安装在所述抗滑桩的表面且与静态应变测试仪连接，用于采集所述第一类型抗滑桩和第二类型抗滑桩在失效测试过程中的应变大小。在安装电阻应变片时，首先对抗滑桩表面打磨平整，然后滴上胶水，再贴上电阻应变片轻轻按压。电阻应变片安装数量应根据抗滑桩长度确定；优选的，所述电阻应变片可沿所述抗滑桩的轴向每间隔10～20cm固定一个。

[0082] 土压力计在制作滑体的过程中就埋置在滑体内，且与振弦式测量仪连接；土压力计采集的滑体在失效测试过程中所受的土压力大小会在振弦式测量仪上显示，人们可以在每次加载完毕后记录振弦式测量仪所显示的数据。针对读取的数据，根据厂家提供的换算公式和参数进行换算可得出当前荷载下的土压力值：

[0083] P＝KΔF

[0084] 上式中：P为当前土压力，单位MPa；K为标定系数，由厂家提供，单位MPa/Hz；ΔF＝|F0-Fi|，其中F0为原始频率模数；Fi为输出频率模数实时测量值。

[0085] 另外，为了消除温度效应的影响，在本发明实施例中还固定部01和/或活动部02上还设置有温度补偿片。结合本发明的抗滑桩具体示例，所述第一模型箱和/或第二模型箱上还设置有温度补偿片。即可只在第一模型箱上设置温度补偿片，也可只在第二模型箱上设置温度补偿片，或在第一模型箱和第二模型箱上均设置温度补偿片。

[0086] 本发明实施例中提及到的动荷载加载系统为低周往复加载试验中常用的加载设备，每个部分具体结构在此不多赘述。针对所述抗滑桩测试系统，动荷载加载系统与抗滑桩测试系统的连接关系为：

[0087] 所述加载作动器6通过连接装置连接所述第二模型箱，用于对所述第二模型箱不断施加正向荷载和负向荷载；

[0088] 所述钢筋混凝土反力墙及反力台座7与所述加载作动器6连接，用于为加载作动器6在对所述第二模型箱施加正向荷载和负向荷载时提供支撑，以及用于固定所述测试安装台4；

[0089] 所述加载操作系统8与所述加载作动器6连接，用于控制所述加载作动器6对所述第二模型箱不断施加正向荷载和负向荷载。

[0090] 上述连接装置可包括承压板、连接杆，所述承压板与第二模型箱固定且与所述连接杆的一端螺接，所述连接杆的另一端与所述加载作动器6固定。

[0091] 在本发明一优选实施例中，对测试安装台4的稳定机构做进一步限定或优化。参照图2，示出了本发明实施例测试安装台4的俯视示意图，具体的：

[0092] 所述稳定机构包括设置在测试安装台4顶端面的凹槽5和多个安装螺栓(图1、图2均未示出)，所述凹槽5的四周内侧壁上均开有至少一个螺纹通孔，所述测试基体1的固定部01设置所述凹槽5内，且所述固定部01的外壁上也设置有与所述螺纹通孔对应的螺纹定位孔，所述安装螺栓穿过所述螺纹通孔后与所述螺纹定位孔固定。

[0093] 在本发明一优选实施例中，另外，为了提高测试基体1中的固定部01与测试安装台4安装的稳定性，以及能更进一步快速、准确的安装，本发明实施例还对测试安装台4的凹槽
5做进一步限定或优化，参照图2，即：

[0094] 所述凹槽5内底面上还设置有一个定位凸起9，所述固定部01的底端面上还开有一个定位槽，所述定位凸起9与所述定位槽相互匹配。

[0095] 实施例2：

[0096] 参照图4，在实施例1的基础上，示出了本发明实施例一种针对边坡防治工程的失效测试方法，利用实施例1中的抗滑桩测试系统进行测试；通过加载操作系统8控制加载作动器6对第二模型箱在两个方向反复的循环加载，以模拟边坡及其抗滑桩结构在动荷载作用下的受力特征，具体可以包括以下步骤：

[0097] S1：根据地震加速度标准和滑体的重量，确定对滑体的水平荷载大小；

[0098] S2：利用加载操作系统8控制加载作动器6对所述第二模型箱不断施加同等大小的正向荷载和负向荷载，并逐渐增大对所述第二模型箱施加的水平荷载；

[0099] S3：在每次所述正向荷载和负向荷载施加完毕时，将所述检测系统3检测的所述第二边坡物理模型以及抗滑桩模型在失效测试过程中的失效数据进行保存，并对所述活第二模型箱以及抗滑桩模型的变形破坏特征进行记录。

[0100] 本发明实施例的加载操作系统8控制加载作动器6对第二模型箱往复加载的方式，可采用水平荷载(位移或水平推力)加载控制，使第二模型箱在两个方向不断的正向移动和反向移动。

[0101] 当水平荷载为位移时，具体实现步骤：

[0102] 首先根据地震加速度标准，确定加载作动器6推动第二模型箱每次移动的距离；

[0103] 再利用加载操作系统8控制所述加载作动器6推动所述第二模型箱不断往复移动同样的距离，并逐渐增大所述加载作动器6推动所述第二模型箱每次移动的距离；

[0104] 在所述加载作动器6推动所述第二模型箱每次移动完毕时，将电阻应变片所采集的抗滑桩的应变大小，土压力计所采集的滑体所受的土压力大小，以及，边坡物理模型和抗滑桩模型的变形破坏特征进行记录，并保存。

[0105] 用户通过加载操作系统8输入位移+d，电阻应变片和土压力计采集数据，观察边坡物理模型和抗滑桩模型的变形破坏特征；然后在通过加载操作系统8输入位移-d，电阻应变片和土压力计采集数据，又观察模型变形破坏特征，此时完成一次正向加载。然后输入-d，记录数据，观察模型变形破坏特征，在输入+d，将加载作动器6拉回原位采集数据，观察模型变形破坏特征，此时完成了一次荷载循环。

[0106] 在本发明实施例的一具体示例中，第一模型箱的长为180cm，宽为160cm，高为45cm；所述第二模型箱的长为180cm，宽为100cm，高为150cm；安装在第一模型箱和第二模型箱中间的滑轮的直径为5cm。在边坡物理模型中布置了4根桩体，长为20cm，宽为15cm，高为
150cm的第一类型抗滑桩有两根，标号为1号和4号桩体；长为10cm，宽为7.5cm，高为150cm的第二类型抗滑桩105有两根，标号为2号和3号桩体；所述电阻应变片108沿所述第一类型抗滑桩或第二类型抗滑桩的轴向每间隔15cm固定一个。静态应变测试仪为东华测试DH3818静态应变测试仪，所述振弦式测量仪为FY-5A振弦式测量仪；加载作动器6106可优选为MTS电液伺服加载作动器6，加载操作系统8可优选为MTS电液伺服加载操作系统8。

[0107] 抗滑桩在动荷载作用下的失效测试具体可包括以下步骤：

[0108] 首先进行预加载，从试验准备完成后开始对第二模型箱进行加载，通过加载操作系统8输入2.5mm的推力，以检查各项仪表的工作状态，再输入-2.5mm将作动器拉回原位。

[0109] 参照图5，示出了本发明实施例针对抗滑桩测试系统的荷载加载图(位移加载图)。采用位移加载控制，根据地震加速度标准确定加载作动器6推动第二模型箱每次移动的大小，本次加载过程以2.5mm为一个加载级数，正负两个方向均进行加、卸荷。即2.5mm、-
2.5mm、5mm、-5mm、7.5mm、-7.5mm、10mm、-10mm、12.5mm、-12.5mm、15mm、-15mm、17.5mm、-
17.5mm、20mm、-20mm、25mm、-25mm。

[0110] 在所述加载作动器6推动所述第二模型箱每次移动完毕时，即在位移加载点和每次经过原点位置时进行一次滑体土压力值，第一类型抗滑桩和第二类型抗滑桩的应变值等数据的采集工作，并且观察边坡模型的变形破坏过程，以及抗滑桩的破坏形态。

[0111] 通过上述测试可知：刚开始加载的过程中，滑体表面未发生有明显的变形破坏现象。由于试验中抗滑桩的桩体基本全埋在锚固体和滑体中，所以加载过程中无法发现桩体的变行破坏过程，但是当在加载至10mm级的荷载以后，锚固体发出明显的砂浆开裂的声音。

[0112] 加载结束后，清除滑体部分，来观察抗滑桩模型的破坏形式：1号桩只是桩身混凝土断裂，钢筋还未断裂；2号桩抗滑桩在滑面处剪断；3号桩也在滑面处出现了断裂，并且有钢筋外露；4号桩则是完全断裂，混凝土和钢筋都断开。

[0113] 本测试在抗滑桩加载过程中进行了土压力值、桩顶位移、桩身应变值以及加载力的监测，由于1、4号桩是模拟抗滑桩折断破坏模式，而2、3号桩是模拟抗滑桩剪断破坏模式，所以可将1、4号桩和2、3号桩的土压力值、以及桩身应变值分别进行分析，通过土压力值判断其破坏位置，桩身应变值分析其变形破坏特征，从而得到抗滑桩在动荷载作用下的失效模式。

[0114] 实施例3：

[0115] 在实施例1的基础上，参照图3，示出了本发明实施例锚索测试系统的立体视图，与实施例1不同的是，所述边坡测试系统为锚索测试系统，在所述锚索测试系统中：

[0116] 所述边坡测试系统为锚索测试系统，在所述锚索测试系统中：

[0117] 所述测试基体1为第一边坡物理模型，所述第一边坡物理模型的固定部01包括固定在测试箱中的滑床，活动部02包括浇筑在限位箱内的滑体，所述测试箱的底端与所述测试安装台4的稳定机构连接，所述滑体位于所述滑床的正上方且与所述滑床之间通过滑面连接，所述滑面覆盖在所述滑床的顶端面且相对于水平面倾斜；

[0118] 所述测试模型2为锚索模型，所述锚索模型包括多根锚索，每根锚索包括依次连接的外锚头、自由段和锚固段，所述锚固段依次贯穿滑体、滑面与所述滑床固定；

[0119] 所述检测系统3包括多个电阻应变片、压力传感器、土压力计，其中：

[0120] 在所述锚索的自由段和锚固段上分别安装有至少一个所述电阻应变片，所述电阻应变片与静态应变测试仪连接，用于采集所述锚索在失效测试过程中的应变大小；

[0121] 所述压力传感器安装在预设为测量锚索的外锚头上且与高速静态应变测试仪连接，用于采集所述锚索在失效测试过程中外锚头所受的压力大小；

[0122] 所述土压力计设置在所述滑体内且与振弦式测量仪连接，用于采集所述滑体在失效测试过程中所受的土压力大小。

[0123] 通过本发明实施例3的系统，可解决边坡防治工程中起防治作用的锚索比较细软，通常为钢丝，无法直接对其进行低周往复加载以研究抗震失效过程的问题。

[0124] 针对上述锚索测试系统，具体测试基体1和测试模型2的搭建方式如下：

[0125] 在边坡防治工程中，用预应力锚索加固边坡时，会假想边坡存在一贯通滑动面，锚索会提供一个垂直于滑面的正压应力和一个平行于滑动面向上的阻滑力，因此，为了研究锚索在地震作用下的失效破坏特性，需要在锚索测试系统预先设置一滑动面，即本发明中的滑面，使岩体顺着滑面滑移，使得锚索能够充分发挥其抗滑性能。滑面制作可采用多种材料，需满足抗剪强度参数相似比关系，滑面可采用厚度为0.5～1.5mm的镀锌薄钢板(俗称白铁皮)制成，滑面相对于水平面的倾斜角度可为30～45°。同时在白铁皮相应滑床安装孔的位置打孔，保证锚索位置和倾角不发生改变，将打好孔的滑面放在滑床上，锚索可以顺利穿过滑面。

[0126] 在滑体的制作过程中，在浇筑滑体前，为保证所浇筑的滑体两侧的稳定性，需提前用木模板制作限位箱用以约束滑体，同时，要在限位箱相应的地方钻孔，以保证锚索可以正常的穿出滑体。进一步的，将制好的限位箱安装在滑床上方，再在限位箱内浇筑砂浆使之成型为滑体。为了后期拆模方便，可以在限位箱周围涂上油或者凡士林，最后再浇筑滑体材料，浇筑完成后，待其凝固并养护7-8日。

[0127] 在边坡物理模型安装锚索的步骤如下：

[0128] 首先将备好的相应长度的锚索插入所述的钻孔中，同时根据边坡物理模型和锚索模型的设计要求调节好锚索的位置与角度。进一步对锚索的锚固段注射砂浆，注射砂浆时为保证砂浆分布均匀，可采用一根空心铝管和一根实心铁棒，铁棒直径略小于空心铝管，具体的，将灌满砂浆的空心铝管伸入钻孔底部，然后将铁棒插入铝管中将铝管中的砂浆挤出来，边注射边将铝管往外拔，直至砂浆充满整个锚固段。

[0129] 本发明实施例中的锚索，根据与实际中锚索材料的相似理论关系选取了多种直径的铅丝、铜丝、铝丝、铁丝等材料逐一进行拉伸试验，以满足抗拉强度相似比关系。最终优选单根选用2束2mm铜丝。

[0130] 根据试验目的需要，本发明实施例在每根锚索上粘贴电阻应变片，电阻应变片安装数量应根据锚索长度确定，在本发明一种优选实施例中，电阻应变片沿所述锚索的轴向且在所述锚索的锚固段上每间隔3～6cm固定一个。而锚索的自由段从滑面起可以逐步增大粘贴电阻应变片间隔。由于锚索直径小，在粘贴电阻应变片时为使应变片更加牢固，采用在电阻应变片反面均匀地涂上薄薄的一层干胶，待胶水发粘时，将应变片粘贴至指定位置，最后用手轻轻滚动按压片刻即可，粘结剂初步固化后，再用医用胶布包裹电阻应变片。

[0131] 待滑体养护完成，根据试验目的，要对所述的锚索模型施加预应力，使得锚索与所述边坡物理模型连接的更紧固，锚索的预应力是通过调节位于锚索的自由段端部的外锚头来实现的，外锚头一般包括螺母和垫片。基于试验目的为了观察锚索在动荷载作用下的失效模式，即锚索在失效测试过程中外锚头所受的压力大小，选取了四根锚索作为测量锚索。具体的，对所述的测量锚索施加预应力时，可通过在锚索自由段的端部套上环形不锈钢垫片，然后在环形垫片外部套上压力传感器，在压力传感器外部再垫上一层环形不锈钢垫片，然后在最外层的垫片上套上螺帽拴紧，整个垫片-压力传感器-垫片共同构成测量锚索的外锚头结构。对其他的非测量锚索，只需在锚索端部套上垫片，再套上螺帽，来构成锚索的外锚头结构。具体的，在进行失效测试之前可以通过调整螺帽的位置来为测量锚索施加预应力，同时通过观察与压力传感器连接的振弦式测量仪上数字的大小来控制预应力的大小。
其他的非测量锚索，施加预应力，调整位置的大小可参照测量锚索的螺帽行程，来保证每根锚索所施加的预应力相同。

[0132] 本发明实施例按照设计要求将土压力计置于滑体中，土压力计可安装于滑体后缘距限位箱连接加载作动器6所在的侧面10cm处，体中居中的土压力计可正对作动器加载方向，两侧均相距70cm放置。每当加载一个荷载级时便读出一组土压力计上显示的数据加以记录。

[0133] 针对所述锚索测试系统，动荷载加载系统与所述锚索测试系统的连接关系为：

[0134] 所述加载作动器6通过连接装置连接所述限位箱，用于对所述限位箱不断施加正向荷载和负向荷载；

[0135] 所述钢筋混凝土反力墙及反力台座7与所述加载作动器6连接，用于为加载作动器6在对所述限位箱施加正向荷载和负向荷载时提供支撑，以及用于固定所述测试安装台4；

[0136] 所述加载操作系统8与所述加载作动器6连接，用于控制所述加载作动器6对所述限位箱不断施加正向荷载和负向荷载。

[0137] 针对上述的锚索测试系统，进行测试的方法包括；

[0138] 首先，根据地震加速度标准和滑体的重量，确定对限位箱的水平荷载大小；

[0139] 其次，利用加载操作系统8控制加载作动器6对所述限位箱不断施加同等大小的正向荷载和负向荷载，并逐渐增大对所述限位箱施加的水平荷载；

[0140] 然后，在每次所述正向荷载和负向荷载施加完毕时，将电阻应变片所采集的锚索的应变大小，压力传感器所采集的锚索的外锚头所受的压力大小，土压力计所采集的滑体所受的土压力大小，以及，所述滑体位移和锚索的变形破坏特征进行记录，并保存。

[0141] 本发明实施例主要目的是研究锚索在动荷载作用下的失效模式，通过加载操作系统8控制加载作动器6对限位箱反复的循环作用，使其在两个方向不断的加载和卸载，以使滑体往复移动，可模拟边坡及其锚索结构在动荷载作用下的受力特征。

[0142] 本发明实施例在试验中已预设一贯通滑面，相当于整个坡体已经存在贯通性裂缝，此时本应采用位移控制加载。然而第一边坡物理模型中承受低周往复荷载的主要是滑面以上的滑体部分，由于锚索模型限制，不可能出现滑体后壁脱离滑床的现象，因此需将往复荷载人为缩减为土木工程中常加载方式的一半，采用此种加载方式不仅能够模拟低周往复加载，亦能使滑体不出现负向位移，使试验顺利进行。另外，由于本次试验是研究水平地震力对锚索的作用，所以需要将每一级水平荷载与水平地震力作用对应起来，这里的水平地震力对应水平荷载，水平地震力是根据地震加速度标准中的地震加速度和滑体的重量相乘，所得出的。因此本次模拟试验对需原土木工程中低周往复试验的加载方式进行修改，结合边坡锚固工程特点，采用半程力-位移混合控制。

[0143] 所述半程力-位移混合控制在本发明实施例中体现为利用加载操作系统8控制加载作动器6对所述限位箱不断施加同等大小的正向荷载和负向荷载。具体的，通过加载操作系统8通过力控制加载作动器6给所述的限位箱施加一定大小的推力F(假设此时荷载方向为正方向)，此时加载作动器6发生位移+d，由于滑床是固定于测试箱中的，不发生位移，所以滑体会与滑床产生一定大小相对位移d，此时锚索模型发挥抗滑作用，其锚索内部应力、应变发生改变，滑体内土压力也发生改变，此时进行数据采集；进一步的，再通过加载操作系统8以位移控制加载作动器6，输入-d将滑体拉回原位，再按照上述方法进行数据采集。

[0144] 最后根据试验目的，通过所述的测量系统，测量边坡土压力，位移，防治工程结构应力等，同时观察模型的变形破坏特征，得出防治工程的失效模式。

[0145] 在本发明实施例的一具体示例中，根据试验目的和原型物理量确定，滑床的长可为200cm，宽可为250cm，相对两侧面的高分别可为165cm和50cm。滑体的长为200cm，宽为200cm，相对两侧面的高分别为150cm和35cm。滑床的顶面设置有用于所述锚索贯穿的安装孔，所述安装孔相对于水平面的倾斜角度可为18°，且所述安装孔的孔底与所述滑面的距离可为50cm。滑面采用厚度为1mm的镀锌薄钢板制成，滑面相对于水平面的倾斜角度为30°。锚索单根选用2束2mm铜丝。电阻应变片沿所述锚索的轴向且在所述锚索的锚固段上每间隔
5cm固定一个。

[0146] 待一切前期工作准备就绪后，进入模型试验加载阶段。所述步骤如下：

[0147] 在试验正式加载前，需要先利用加载操作系统8控制加载作动器6对所述限位箱施加1kN往复的荷载进行预加载，来检查各个仪器设备是否正常，准备就绪后进入正式加载阶段。

[0148] 参照图6，示出了本发明实施例针对锚索测试系统的荷载加载图。通过前期计算，本示例设定5kN为一个加载级数，在加载操作系统8上输入正向5kN的水平推力(正向)，此时作动器将限位箱正向推出位移x，对此时电阻应变片、压力传感器、土压力计进行数据采集并保存，并观察此时滑体和锚索的变形破坏特征。然后，采用负向位移控制代替施加负向荷载，再利用加载操作系统8以位移控制输入-x，将限位箱拉回原位，再一次对电阻应变片、压力传感器、土压力计数据进行采集。

[0149] 然后逐步增大每级荷载。在模型加载初期，即荷载较小，滑体位移较小时，边坡物理模型的下滑力小于零，边坡还没有整体下滑的趋势，锚索还没有起到发挥锚固的作用。当荷载(水平推力)逐步增大到特定荷载时，此时边坡下滑力大于零，锚索开始发挥锚固作用。当荷载(水平推力)继续增大，滑体位移持续增大，锚索逐步达到极限承载状态，滑体也表现出一系列的变形破坏特征，直至锚索模型失效。记录每级荷载下电阻应变片、压力传感器、土压力计的数据和滑体的变形破坏特征，如下表1所示。

[0150] 表1

[0151]

[0152]

[0153] 从表1可见低周往复荷载试验可以很好的模拟边坡物理模型和锚索模型在动荷载作用下的受力特征和变形特征，从而得到锚索的失效模式。

[0154] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

[0155] 以上对本发明所提供的一种针对边坡防治工程的失效测试系统和一种针对边坡防治工程的失效测试方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。