(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210843412.6 (22)申请日 2022.07.18 (71)申请人 中国矿业大 学 （北京） 地址 100083 北京市海淀区学院路丁1 1号 申请人 浙江科技学院 (72)发明人 曹春晖　陶志刚　邹宝平　李梦楠　 何满潮　 (74)专利代理 机构 北京合创致信专利代理有限 公司 16127 专利代理师 刘素霞 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种排土场变形破坏物理模型试验系统及 方法 (57)摘要 本发明提供一种排土场变形破坏物理模型 试验系统及方法， 模型排土场、 冰雪层、 图像采集 装置、 分布式光纤监测装置和加载装置， 冰雪层 铺设在模型排土场内， 分布式光纤监测装置包括 多根预埋在模 型排土场内的分布式光纤， 以对试 验过程中模型排土场的应变和温度信息进行监 测； 图像采集装置用于记录试验 过程中模型排土 场的变形破坏过程。 该试验系统具有模拟排土场 形态以及冻融作用的冰雪层， 通过加载装置分级 进行外荷载加载， 通过图像采集装置监测排土场 外部土体变形， 通过分布式光纤监测装置监测排 土场土体应变及土体温度变化的监测系统， 既可 以有效地模拟排土场在冻融和外荷载作用下的 外部破坏变形特性， 又可以获得内部应变演化和 温度场分布信息 。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115371726 A 2022.11.22 CN 115371726 A 1.一种排土场变形破坏物理模型 试验系统， 其特 征在于， 包括： 模型排土场， 所述模型排土场为土体堆筑而成， 用于对排土场形态进行模拟； 冰雪层， 所述冰雪层铺设在所述模型排土场内， 并位于所述模型排土场坡面的设计高 程处； 加载装置， 所述加载装置设置于所述模型排土场的坡肩处， 以向所述模型排土场分级 施加外荷载； 分布式光纤监测装置， 所述分布式光纤监测装置包括多根预埋在所述模型排土场内的 分布式光纤， 以对试验过程中所述模型排土场的应 变和温度信息进行监测； 图像采集装置， 所述图像采集装置用于记录试验过程中所述模型排土场的变形破坏过 程。 2.根据权利要求1所述的排土场变形破坏物 理模型试验系统， 其特征在于， 所述模型排 土场堆筑在试验台架内， 在所述试验台架内按照真实三维地形浇注下卧层， 所述下卧层对 排土场下卧层真实地表进行模拟。 3.根据权利要求2所述的排土场变形破坏物 理模型试验系统， 其特征在于， 在所述试验 台架设有分别对应所述模型排土场左右两侧 和后侧的挡板， 所述挡板为透明亚克力材质。 4.根据权利要求1所述的排土场变形破坏物 理模型试验系统， 其特征在于， 所述冰雪层 设置于所述模型排土场坡面之下10 ‑20cm深度处； 所述冰雪层的厚度为5 ‑10cm。 5.根据权利要求1所述的排土场变形破坏物 理模型试验系统， 其特征在于， 所述分布式 光纤监测装置包括： 光纤应变解调仪， 所述光纤应变解调仪对应连接所述分布式光纤， 用于分析所述分布 式光纤应 变发生时的布里渊散射 光频率信息； 光纤光栅解调仪， 所述光纤光栅解调仪对应连接所述分布式光纤， 用于求解所述分布 式光纤监测点的温度变化。 6.根据权利要求1所述的排土场变形破坏物 理模型试验系统， 其特征在于， 所述加载装 置采用砝码模拟外荷载， 将所述砝码依次放置在所述模型排土场坡肩左、 中和右位置处。 7.根据权利要求1所述的排土场变形破坏物 理模型试验系统， 其特征在于， 所述图像采 集装置包括多个 摄像机， 全程记录模型排土场的前 方、 后方、 左方、 右方和上 方的试验图像。 8.一种排土场变形破坏物理模型 试验方法， 其特 征在于， 包括： 通过土体堆筑形成模型排土场， 以对排土场形态进行模拟， 在模型排土场堆筑过程中 预埋多根分布式光纤； 在模型排土场 堆筑至设计高程处对冰雪层进行铺设， 并在冰雪层铺 设完成后完成模型 排土场的堆筑； 使冰雪层进行融化， 通过加载装置开始分级施加外荷载， 模拟在冻融和外荷载复合作 用下排土场变形破坏特征， 并通过图像采集装置记录模型排土场的变形破坏过程， 以对冰 雪层融化过程中土体渗透 以及土体发生的不均匀沉 降、 坍塌和碎屑流现象进行记录和分 析； 在试验过程中， 试验过程中通过分布式光纤定时对所述模型排土场的应变和温度信 息 进行监测。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115371726 A 29.根据权利要求8所述的排土场变形破坏物 理模型试验方法， 其特征在于， 在冰雪层初 步融化后， 在所述模 型排土场坡肩左、 中和右 位置处依次施加外载荷， 每级所增加的外荷载 为25kg， 在施加每个分级外荷载前后， 通过分布式光纤进行一次模型排土场的应变信息记 录。 10.根据权利要求8所述的排土场变形破坏物理模型试验方法， 其特征在于， 结合土体 应变信息确定模型排土场的土体变形特征， 划定土体变形范围和深度信息， 进而划定模型 排土场的危险区域， 在模型排土场内部的危险区域进行分布式光纤预埋。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115371726 A 3