由第5.1.2节知,在边坡的模型制作过程中主要涉及边坡体材料和支护结构,各部分相似模拟具体为:
1.滑面以上岩体模拟
原型边坡的岩体十分破碎,岩块间黏结强度不高,试验采用碎石颗粒模拟边坡岩块,膨润土模拟岩块间的胶结物,按一定比例进行混合搅拌,见图5.4所示。
图5.4 模型边坡材料组成
2.基岩模拟
基岩材料采用河砂、石膏、水、黏土、重晶石粉按质量比5∶2.5∶1.4∶3∶4配制而成。
3.软弱面模拟
针对控制边坡整体稳定性的软弱面,试验采用细砂、黄油和硬塑料膜制备,通过控制层厚和黄油的用量来调节潜在滑动面的抗剪强度参数。试验中边坡体内软弱夹层厚度为1.5 cm,强风化带层厚为1 cm,制作完成后的边坡潜在滑面见图5.5所示。
图5.5 模型试验中制备完成后的边坡潜在滑动面
4.锚固系统模拟
锚索采用5 mm×0.3 mm(宽×厚)的Q235薄铁来模拟,其柔性较好,能够更加实际地模拟现场锚索的工作原理。原型边坡锚索的竖向间距为2 m,水平间距为2.5 m,若按几何相似比对每孔锚索进行换算后其竖向间距和水平间距将分别为2 cm和2.5 cm,这将造成相邻锚索间距及设计锚固力过小,试验难以模拟。本次振动台模型试验时,对锚索采用集合加固边坡区域内一整块锚索测点为一孔锚索的方法进行模拟,试验中锚索的竖向间距为20 cm,水平间距为25 cm,根据相似比关系换算得出试验时每孔锚索所需的抗拔力约为原型边坡中100孔锚索锚固力的总和,即(www.xing528.com)
模型试验时若采用水泥砂浆作为锚固体与岩土体间的黏结材料,则水泥灌浆体与岩土体侧壁间提供的黏结力太大,边坡体在地震作用下足够稳定而无永久变形,使试验结果失真。在振动台模型试验开始前,通过黏结材料选取试验,具体见第3章,最终确定模型填筑用的基岩材料作为黏结剂,人工捣实30~50次得到的锚固力与式(5.1)计算得到的试验设计值位于同一量级。模型边坡填筑过程中埋设PVC管预留锚孔,以便后续锚固体的安装,具体见图5.6所示。
图5.6 振动台试验时边坡锚固系统的制作
5.抗滑桩模拟
试验采用的相似比较大,若抗滑桩在试验中产生极小的弯曲变形,换算到原型时将反映出极大的弯曲变形,这可能导致试验桩体和原型桩体变形破坏现象的非一致性。因此,试验中抗滑桩按刚性桩考虑,采用水泥砂浆预制,截面尺寸为3 cm×4.5 cm,在边坡中部和坡脚处的桩长分别为30 cm和18 cm。
6.框架梁模拟
框架梁采用有机玻璃板模拟,截面尺寸为1.5 cm×2 cm。制作完成后的边坡见图5.7所示,试验中边坡各部分的物理力学参数由室内土工试验测得,具体见表5.4所示。
图5.7 制作完成后框架锚索-抗滑桩加固边坡模型
表5.4 模型材料物理参数
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