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申请/专利权人：北京科技大学

摘要：本发明提供一种模拟露天矿排土场边坡可视化破坏过程的试验系统及方法，属于岩土工程技术领域。该系统包括CT扫描系统、模型加载系统、图像采集系统，CT扫描系统包括竖直机架、面阵探测器、X射线发射机、X射线发射孔、转台上部、转台下部、连接件、转台底座、传动轨道槽、定位孔及铁垫，模型加载系统包括模型箱框架、钢化玻璃挡板、边坡模型、承压板、反力架、螺旋千斤顶、千分表、手压泵、手压泵杆、螺丝、连接管及液压加载囊，图像采集系统包括高速摄像机、三角支架及云台。该发明模拟物源为土石混合体的排土场边坡，排土场滑坡滑面形态及边坡滑移破坏模式与均质岩土体有着很大的差别，边坡滑移失稳机理更加复杂。

主权项：1.一种模拟露天矿排土场边坡可视化破坏过程的试验方法，其特征在于：所述方法依托一种模拟露天矿排土场边坡可视化破坏过程的试验系统实现，所述试验系统包括CT扫描系统、模型加载系统和图像采集系统，CT扫描系统包括竖直机架（1）、面阵探测器（2）、X射线发射机（3）、X射线发射孔（4）、转台上部（5）、转台下部（6）、连接件（7）、转台底座（8）、传动轨道槽（9）、定位孔（10）及铁垫（11），模型加载系统包括模型箱框架（12）、钢化玻璃挡板（13）、边坡模型（14）、承压板（15）、反力架（16）、螺旋千斤顶（17）、千分表（18）、手压泵（19）、手压泵杆（20）、螺丝（21）、连接管（22）及液压加载囊（23），图像采集系统包括高速摄像机（24）、三角支架（25）及云台（26），两个竖直机架（1）对称固定在铁垫（11）上，两个传动轨道槽（9）分别沿垂直方向装配到两个竖直机架（1）上，X射线发射机（3）与面阵探测器（2）分别与两侧传动轨道槽（9）连接，X射线发射孔（4）位于X射线发射机（3）中心位置，转台置于两个竖直机架（1）中间的铁垫（11）上，转台由转台上部（5）、转台下部（6）、连接件（7）和转台底座（8）四部分组成，转台上部（5）与转台下部（6）通过连接件（7）连接在一起，转台下部（6）安装在转台底座（8）上，转台底座（8）固定在铁垫（11）上，用于承载转台主体结构，定位孔（10）沿竖直方向等间距布置于竖直机架（1）上，用于安装调整面阵探测器（2）和X射线发射机（3）的位置，模型箱框架（12）、钢化玻璃挡板（13）、边坡模型（14）共同构成试验模型箱，边坡模型（14）设置于试验模型箱内部，钢化玻璃挡板（13）安装在模型箱框架（12）周围，试验模型箱设置于转台上方，承压板（15）设置于边坡模型（14）顶部，反力架（16）通过螺丝（21）固定在模型箱框架（12）上方，手压泵（19）和螺旋千斤顶（17）分别位于反力架（16）上方和下方，反力架（16）左右两侧各设置一个千分表（18），千分表（18）穿过预留孔隙与承压板（15）直接接触，液压加载囊（23）前后分别与承压板（15）和试验模型箱壁紧密贴合，手压泵（19）与液压加载囊（23）通过连接管（22）连接起来，手压泵（19）上设置手压泵杆（20），高速摄像机（24）置于云台（26）上，云台（26）固定在三角支架（25）上；所述方法包括步骤如下：S1：准备好试验所需材料，按照设计的材料比制备边坡模型（14），通过搅拌机使土石混合体块石均匀分布，根据试验要求确定边坡模型（14）的尺寸及基本参数；S2：模型基岩采用纯粘土分层强夯成形，模拟基质岩层，利用预制混凝土块夯实底座，在制作模型时，将模型的设计尺寸线在模型箱侧边用记号笔进行绘制，然后取搅拌好的相似材料倒进模型箱内，倾斜制作过程中，在坡面设置支撑模板，从而使边坡达到指定坡角；S3：边坡成形完成之后，为了模拟不同的堆排时间，进行7天、14天、28天不同时间的固结沉降，在固结过程中，坡体与空气接触部分用塑料薄膜密封进行保湿处理，边坡模型（14）固结完成后，将模型箱固定在转台上部（5）中心，同时确保模型箱与转台连接良好；S4：闭合配电柜总电源，电源指示灯亮，表明总电源工作正常，依次闭合各分系统电源，各分系统上电，启动X射线发射机（3）并预热，X射线发射机（3）出束，面阵探测器（2）接收信号，同时打开高速摄像机（24）开关；S5：根据工程经验以及现场调查情况，操纵手压泵（19）与螺旋千斤顶（17）对边坡模型（14）施加荷载，使边坡接近真实的初始应力状态；S6：转台带动模型箱旋转，同时进行CT扫描，实时获取滑移过程中边坡内部CT图像，对边坡进行三维重构，逐级施加荷载直至边坡滑移失稳，X射线发射机（3）停止出束，各系统停止工作，关闭CT机放射源，拆除边坡模型（14），结束试验；S7：上述S1-S6为一次边坡模型滑移失稳CT扫描试验，改变土石混合体模型块石的空间分布、级配和含石量，重复S1-S6，进行不少于两组试验；S8：所有检测任务完成后，等待X射线发射机（3）散热后，关闭X射线发射机（3）电源，断开除计算机外其他各分系统开关，借助工业计算机断层扫描数据处理软件，对边坡进行三维重构、损伤演化描述与损伤变量分析，实现排土场边坡失稳全过程的可视化和数字化表征。

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百度查询： 北京科技大学 模拟露天矿排土场边坡可视化破坏过程的试验系统及方法