一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置制造方法及图纸

发明专利技术公开了一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，包括模拟箱、底座，在底板的下表面设有两个挂板，每一个挂板上均开有上定位孔、水平孔、下定位孔，沿承载板的周向在其内圆周壁上开有两个弧形槽，卡块滑动设置在弧形槽内，卡块的上端突出于所述弧形槽的上端面，滑动槽的两端分别与两个弧形槽的下端连通，在上顶气缸的输出端上设有顶杆，顶杆的上端铰接设有弹性金属条，在震荡筒的两端端面中部分别开有定位槽，每一个定位槽内均设有驱动气缸，在驱动气缸的输出端上连接有销柱。本方案用于在不同地形地貌条件下的堆积体稳定性的模拟，记录分析相应的实验数据，进而应对不同地形地貌条件下的堆积体来制定相应的措施，减少因堆积体崩塌而导致的损失。

【技术实现步骤摘要】
一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置
本专利技术涉及堆石体滑塌模拟实验，具体涉及模拟震后次生地质灾害源--崩塌堆石体失稳破坏的室内实验装置，用于地质灾害前兆特征分析及灾变临界状态判断，指导堆石体失稳防护措施的有效实施。
技术介绍
我国地震频发的西南地区普遍存在一类次生地质灾害源---崩塌堆石体，通常是山区陡崖危岩群体因强震作用触发崩塌、滑溃，大规模落石于山体坡角堆积而成。崩塌堆石体具有显著的物质组构分异、堆积形态随机、松散堆积亚稳定、滑溃崩塌突发等特征，常给临近人居场所、道路交通及工程建设带来极大的安全隐患。此类次生地质灾害源受强烈地震触发由不同尺度岩块、松散落石堆积而成，由于堆积体地貌特征、物质组构、堆积形态等空间几何特征常与诱发其失稳破坏的物理力学机制间存在强烈的几何非线性关联，往往致其滑溃前兆极具突发性。由此触发的“二次”地质灾害表现出一系列不同于常规重力环境所致地质灾害的“反常”特征。如强动力的震动破裂机制、长距离抛射与运移机制、高速滑溃失稳机制等，部分灾变机制已远远超出人们现有的认知范畴。目前国内外对堆积体稳定性的考察分析基本上还局限于土石混合型堆积体、残积体等方面，而且对震后以堆石为主的崩积体二次地质灾害破坏机理的研究并不充分，相关室内实验模拟装置更是寥寥无几。因此急需设计一种装置开展不同地貌特征、不同物质组构、不同堆积形态、不同诱发荷载下的崩塌堆石体失稳破坏室内模拟，定量研究堆石体滑溃前兆特征用于稳定性判别，有效指导并实施防治此类灾害的措施，保障人民生命与财产安全。另外，为了在室内模拟时再现堆石体失稳破坏现象，需人为施加振动荷载，而现有的激振装置大多只能单独实现直线运动轨迹、圆型运动轨迹以及往复式运动轨迹。加之，堆石体所处地形地貌的环境不同决定了其所受振动荷载亦不相同，进一步给激振装置提出了更高的技术要求。现有激振装置多因无法胜任上述要求而导致模拟结果与客观实际相差甚远，实验结果的实际应用价值大打折扣。本专利技术在这方面做出了有益探索。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，用于模拟堆积体在不同震动环境下的崩塌状况。本专利技术通过下述技术方案实现：一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，包括模拟箱、位于模拟箱下方的底座，在所述模拟箱底部设有底板，在底座的上端面上分别设有多个弹簧，多个所述弹簧的上端与底板的下端面连接，所述底座内部开有空腔，在底板的下表面设有两个挂板，每一个所述挂板上均开有上定位孔、水平孔以及下定位孔，且上定位孔与下定位孔沿水平孔的轴线对称分布，在底座的空腔中部设有支撑筒，支撑筒内设有上顶气缸以及两个调节气缸，在底座内还设有呈弧形的承载板，与承载板匹配的震荡筒水平放置在承载板上，在所述承载板的两个圆弧端端面上均设有开口，每一个开口内均铰接设置有活动板，沿承载板的周向在其内圆周壁上开有两个弧形槽，与弧形槽匹配的卡块滑动设置在弧形槽内，且卡块的上端突出于所述弧形槽的上端面，沿承载板的周向在其外圆周壁上开有滑动槽，且滑动槽的两端分别与两个弧形槽的下端连通，在所述上顶气缸的输出端上设有顶杆，顶杆的上端铰接设置有弧形的弹性金属条，且弹性金属条置于滑动槽内且其两端分别延伸至弧形槽内后与卡块的下端连接，在每一个所述调节气缸的输出端铰接设置有L型的连杆，且连杆的水平段与支撑筒的上端面铰接，连杆的竖直段端部与活动板的底部铰接，调节气缸的输出端伸缩能够带动活动板沿承载板的径向进行上下翻转；在所述震荡筒的两端端面中部分别开有定位槽，每一个定位槽内均设有驱动气缸，在驱动气缸的输出端上连接有销柱，且销柱与上定位孔、水平孔以及下定位孔均相互匹配，上定位孔的轴线沿其外侧端指向其内侧端的方向向下倾斜，且上定位孔的轴线与水平线之间所形成的夹角为锐角。针对现有技术中堆积体稳定性难以在不同地形地貌下测定的问题，申请人设计出一种模拟实验方案，用于在不同地形地貌条件下的堆积体稳定性的模拟，记录分析相应的实验数据，进而应对不同地形地貌条件下的堆积体来制定相应的措施，减少因堆积体崩塌而导致的损失。具体使用时，由模拟箱提供成型的自然堆积体，然后由底座内的震荡筒模拟自然环境中的地震波，最后再由操作人员记录在实验过程中堆积体崩塌的时间，通过计算分析，以得出相应的结论。而在实验过程中，震荡筒能够提供多种不同模式的震动波，以模拟不同类型的地震波，只需通过支撑筒内的上顶气缸以及两个调节气缸的联动来调整震荡筒的摆放位置即可实现销柱与不同定位孔的配合；其中在震荡筒下方设有弧形的承载板，承载板用于对震荡筒形成支撑，且模拟箱需要地震纵波时，承载板保持水平位置，震荡筒同样保持水平位置，上顶气缸带动顶杆上移，两个调节气缸均不启动，顶杆推动弧形的弹性金属条移动，使得弹性金属条的两端由滑动槽中移动至弧形槽内，进而带动卡块向上移动，以实现两个卡块对震荡筒的夹持，上顶气缸继续上移，使得震荡筒的向上产生一段位移，直至销柱与水平孔对中，此时位于定位槽内的驱动气缸启动，将销柱推动至与水平孔内，此时震荡筒完全被两个水平孔固定，上顶气缸的输出端下移，带动顶杆以及承载板同步下移，震荡筒与承载板脱离接触，震荡筒内的震荡结构开始工作，使得震荡筒、挂板、底板以及模拟箱开始震动，而在底座上端面上的弹簧则能够将模拟箱与底座之间的冲击力缓冲，避免底板与底座之间发生硬性碰撞而产生噪音，以方便实验人员观察；而当模拟箱需要地震横波的震动条件时，震荡筒的位置需要改变，此时，上顶气缸的输出端向上移动，带动顶杆以及弹性金属条的中部上移，使得弹性金属条的两端由滑动槽中移动至弧形槽内，进而带动卡块向上移动，以实现两个卡块对震荡筒的夹持，而两个调节气缸启动，其中一个调节气缸的输出端上移，另一个调节气缸的输出端下移，使得震荡筒开始倾斜，直至震荡筒的轴线与上定位孔或是下定位孔的轴线重合，即销柱与挂板上的上定位孔或是下定位孔对中，然后启动驱动气缸，驱动气缸的输出端推动销柱向上定位孔或是下定位孔内移动，然后上顶气缸的输出端下移，带动顶杆以及承载板同步下移，震荡筒与承载板脱离接触，震荡筒内的震荡结构开始工作，使得震荡筒、挂板、底板以及模拟箱开始震动。通过销柱与上定位孔、下定位孔或是水平孔的配合，进而实现模拟箱所需的不同振动条件，确保模拟实验的可行性，提高实验数据的准确度。需要进一步指出的是，在震荡筒倾斜时，两个活动板的在各自开口中的翻转动作完全相反，通过调节气缸输出端上铰接的L型连杆，两个活动板的活动端分别沿各自的铰接端做靠近或是远离震荡筒轴线的方向移动。在所述底座的空腔内壁上设有一层消音棉。进一步地，在底座的空腔内壁上设置消音棉，能够在移动程度上降低震荡筒内所产生的噪音，避免其干扰实验人员的视听，提高采集实验数据的精确率。在所述震荡筒内部开设有圆柱状的腔体，且沿腔体的轴向设有电机，电机的输出端上设有转轴，沿腔体的轴向在其内圆周壁上设有两个卡板，在每一个所述卡板中部开有通孔，且在通孔的两侧分别设有轴承，转轴的外圆周壁分别与四个轴承的内圆周壁接触，且在转轴的外圆周壁上分别固定有两个静偏心轮，且两个静偏心轮均置于两个卡板之间，在转轴的外圆周壁上转动设置有动偏心轮，且动偏心轮置于两个静偏心轮之间。进一步地，震荡筒能够为模拟箱提供相应的振幅，使用时，当电机带动转轴顺时针旋转时，动偏心轮与静偏心轮的静本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，包括模拟箱(3)、位于模拟箱(3)下方的底座(9)，其特征在于：在所述模拟箱(3)底部设有底板(11)，在底座(9)的上端面上分别设有多个弹簧(6)，多个所述弹簧(6)的上端与底板(11)的下端面连接，所述底座(9)内部开有空腔，在底板(11)的下表面设有两个挂板(12)，每一个所述挂板(12)上均开有上定位孔(5)、水平孔(7)以及下定位孔(8)，且上定位孔(5)与下定位孔(8)沿水平孔(7)的轴线对称分布，在底座(9)的空腔中部设有支撑筒(18)，支撑筒(18)内设有上顶气缸(20)以及两个调节气缸(19)，在底座(9)内还设有呈弧形的承载板(21)，与承载板(21)匹配的震荡筒(4)水平放置在承载板(21)上，在所述承载板(21)的两个圆弧端端面上均设有开口，每一个开口内均铰接设置有活动板(23)，沿承载板(21)的周向在其内圆周壁上开有两个弧形槽(24)，与弧形槽(24)匹配的卡块(22)滑动设置在弧形槽(24)内，且卡块(22)的上端突出于所述弧形槽(24)的上端面，沿承载板(21)的周向在其外圆周壁上开有滑动槽(25)，且滑动槽(25)的两端分别与两个弧形槽(24)的下端连通，在所述上顶气缸(20)的输出端上设有顶杆(26)，顶杆(26)的上端铰接设置有弧形的弹性金属条(27)，且弹性金属条(27)置于滑动槽(25)内且其两端分别延伸至弧形槽(24)内后与卡块(22)的下端连接，在每一个所述调节气缸(19)的输出端铰接设置有L型的连杆(17)，且连杆(17)的水平段与支撑筒(18)的上端面铰接，连杆(17)的竖直段端部与活动板(23)的底部铰接，调节气缸(19)的输出端伸缩能够带动活动板(23)沿承载板(21)的径向进行上下翻转；在所述震荡筒(4)的两端端面中部分别开有定位槽(16)，每一个定位槽(16)内均设有驱动气缸(13)，在驱动气缸(13)的输出端上连接有销柱(15)，且销柱(15)与上定位孔(5)、水平孔(7)以及下定位孔(8)均相互匹配，上定位孔(5)的轴线沿其外侧端指向其内侧端的方向向下倾斜，且上定位孔(5)的轴线与水平线之间所形成的夹角为锐角。...

【技术特征摘要】
1.一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，包括模拟箱(3)、位于模拟箱(3)下方的底座(9)，其特征在于：在所述模拟箱(3)底部设有底板(11)，在底座(9)的上端面上分别设有多个弹簧(6)，多个所述弹簧(6)的上端与底板(11)的下端面连接，所述底座(9)内部开有空腔，在底板(11)的下表面设有两个挂板(12)，每一个所述挂板(12)上均开有上定位孔(5)、水平孔(7)以及下定位孔(8)，且上定位孔(5)与下定位孔(8)沿水平孔(7)的轴线对称分布，在底座(9)的空腔中部设有支撑筒(18)，支撑筒(18)内设有上顶气缸(20)以及两个调节气缸(19)，在底座(9)内还设有呈弧形的承载板(21)，与承载板(21)匹配的震荡筒(4)水平放置在承载板(21)上，在所述承载板(21)的两个圆弧端端面上均设有开口，每一个开口内均铰接设置有活动板(23)，沿承载板(21)的周向在其内圆周壁上开有两个弧形槽(24)，与弧形槽(24)匹配的卡块(22)滑动设置在弧形槽(24)内，且卡块(22)的上端突出于所述弧形槽(24)的上端面，沿承载板(21)的周向在其外圆周壁上开有滑动槽(25)，且滑动槽(25)的两端分别与两个弧形槽(24)的下端连通，在所述上顶气缸(20)的输出端上设有顶杆(26)，顶杆(26)的上端铰接设置有弧形的弹性金属条(27)，且弹性金属条(27)置于滑动槽(25)内且其两端分别延伸至弧形槽(24)内后与卡块(22)的下端连接，在每一个所述调节气缸(19)的输出端铰接设置有L型的连杆(17)，且连杆(17)的水平段与支撑筒(18)的上端面铰接，连杆(17)的竖直段端部与活动板(23)的底部铰接，调节气缸(19)的输出端伸缩能够带动活动板(23)沿承载板(21)的径向进行上下翻转；在所述震荡筒(4)的两端端面中部分别开有定位槽(16)，每一个定位槽(16)内均设有驱动气缸(13)，在驱动气缸(13)的输出端上连接有销柱(15)，且销柱(15)与上定位孔(5)、水平孔(7)以及下定位孔(8)均相互匹配，上定位孔(5)的轴线沿其外侧端指向其内侧端的方向向下倾斜，且上定位孔(5)的轴线与水平线之间所形成的夹角为锐角。2.根据权利要求1所述的一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，其特征在于：在所述底座(9)的空腔内壁上设有一层消音棉(10)。3.根据权利要求1所述的一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，其特征在于：在所述震荡筒(4)内部开设有圆柱状的腔体，且沿腔体的轴向设有电机(407)，电机(407)的输出端上设有转轴，沿腔体的轴向在其内圆周壁上设有两个卡板(401)，在每一个所述卡板(401)中部开有通孔，且在通孔的两侧分别设有轴承，转轴的外圆周壁分别与四个轴承的内圆周壁接触，且在转轴的外圆周壁上分别固定有静偏心轮(403)、静偏心轮(406)，且静偏心轮(403)、静偏心轮(406)均置于两个卡板(401)之间，在转轴的外圆周壁上转动设置有动偏心轮(405)，且动偏心轮(405)置于两个静偏心轮(403)之间。4.根据权利要求3所述的一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，其特征在于：所述静偏心轮(403)与静偏心轮(406)通过挡销(404)连接，且在动偏心轮(405)的外圆周壁上设有缓冲块(408)，当静偏心轮(403)与动偏心轮(405)发生相对转动时，缓冲块(408...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮，张军伟，王保权，李婧铷，刘太鹏，纪佑军，张巧，向莹，曲宏略，陈秋雨，黄璐，宋昊旻，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51