本发明专利技术涉及一种泥石流韧性防护结构的离心模型试验装置，包括：底板，设置于离心机室内；模型箱，一侧为透明面，设置于所述底板上，其内部用于模拟泥石流‑拦挡结构相互作用过程；滑面，设置在所述模型箱内的底部，包括倾斜段和水平段；柔性拦挡结构，设置在模型箱内所述滑面的末端，并与滑面连接；相机，通过相机支架固定于所述底板上，相机的镜头朝向所述模型箱的透明面，所述相机支架可支持相机水平和竖直方向的位置调节。与现有技术相比，本发明专利技术适用于超重力离心试验平台，可实现在原型应力场下研究泥石流与柔性拦挡结构的相互作用机制，解决了尺度效应问题，为结构设计提供科学依据。
【技术实现步骤摘要】
一种泥石流韧性防护结构的离心模型试验装置
本专利技术涉及工程地质领域，尤其是涉及一种泥石流韧性防护结构的离心模型试验装置。
技术介绍
大陆强震对地表地质过程的影响是深远的。强震扰动区，即受近场和远场地震活动影响的地区，表生地质灾害可在相当长一段时间内保持较高的活动水平，并造成巨大的损失。例如，2008年汶川地震，一方面，同震触发的大量滑坡、崩塌灾害为后震型泥石流的孕育提供了丰富的物源；另一方面，强烈的地震扰动下，坡体被震裂、松动，形成了大量的不稳定斜坡。因此，在极端气候条件下，极易形成泥石流灾害，例如绵竹清平乡文家沟泥石流及汶川县映秀镇红椿沟泥石流等，造成数十人伤亡，直接或间接经济损失高达数亿元。拦挡结构是目前泥石流灾害的主要防治工程措施。采用混凝土修筑的拦砂坝刚度大、整体性好，可有效降低泥石流的速度和流量。但是韧性，即受损后的可恢复性较差。一旦在泥石流巨大的冲击作用下发生破坏，往往只能重新修筑，经济成本和时间成本均较大，不利于灾后快速恢复重建。近年来，柔性防护结构，因其具有较高的冲击能量耗散效率且韧性程度高，在崩塌落石灾害防治中已经得到了广泛的应用。现有部分案例将其引入到泥石流灾害防治中，但由于泥石流冲击荷载与块石冲击荷载具有明显的差异性，且泥石流具有更为复杂流变学特性，因此目前更多的还是停留在研发试验阶段，尚未形成完备的设计规范。柔性结构主要包括支撑立柱、锚拉装置、横向钢索、耗能装置及面网，能量耗散装置是核心部件。关于柔性结构在泥石流防治设计中应用的研发工作面临的科学挑战主要表现在：泥石流与此类柔性结构的相互作用机理依然未被工程设计人员深刻认识。这一问题的解决受研究手段制约：(1)基于原型尺度的柔性结构受泥石流冲击测试，试验成本十分巨大；(2)基于中小尺度的测试，柔性结构的变形特性难以很好的保留，而且由于尺度效应，泥石流的流变学特性难以有效模拟。因此，亟需开发有效的结构模型试验方法，推动新型泥石流防治工程结构的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种泥石流韧性防护结构的离心模型试验装置。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种泥石流韧性防护结构的离心模型试验装置，包括：底板，设置于离心机室内；模型箱，一侧为透明面，设置于所述底板上，其内部用于模拟泥石流-拦挡结构相互作用过程；滑面，设置在所述模型箱内的底部，包括倾斜段和水平段；柔性拦挡结构，设置在模型箱内所述滑面的末端，并与滑面连接；相机，通过相机支架固定于所述底板上，相机的镜头朝向所述模型箱的透明面，所述相机支架可支持相机水平和竖直方向的位置调节。优选的，所述柔性拦挡结构包括立方体形的结构框架，所述结构框架在朝向滑面的一侧设有附着于第一水平钢索上的网片，所述结构框架中设有多条垂直于所述网片的第二水平钢索，所述第二水平钢索上分别设有拉力传感器或者高强度拉簧。优选的，所述结构框架包括设置在模型箱底部的底梁，所述底梁通过与滑面锚固在一起，所述底梁在靠近滑面的一端的两侧设有两根立柱，在另一端的两侧设有两根竖直支杆，所述立柱与同侧的竖直支杆之间设有多根水平支杆。优选的，所述立柱中固定有多个第一滑轮和第二滑轮，所述第一水平钢索两端分别通过第一滑轮与两根立柱连接，所述第二水平钢索的一端通过第二滑轮与立柱连接，另一端与对应立柱同侧的竖直支杆连接，并设有控位器。优选的，所述第二水平钢索设置在水平支杆之间，设有高强度拉簧的所述第二水平钢索上还设有启动装置，所述启动装置与水平支杆刚性连接；高强度拉簧和启动装置组成可重复使用的耗能装置，启动装置的激发受第二水平钢索的拉力控制，在启动装置未激发之前，对第二水平钢索起固定作用，在启动装置激发后，第二水平钢索脱离启动装置后自由拉伸。优选的，所述启动装置包括上下相对设置的固定板和压板，启动装置通过固定板与水平支杆刚性连接，所述固定板和压板之间通过丝杆将硅胶垫夹紧在两者之间，所述丝杠在压板和固定板之间设有压簧，所述丝杠在压板的一端设有定位器，所述硅胶垫中设有钢圈，所述启动装置通过钢圈套在第二水平钢索上。优选的，设有高强度拉簧的所述第二水平钢索上还设有限位器，所述限位器位于第二水平钢索的一端并内置第二水平钢索可以自由通过的空心套筒。优选的，设有高强度拉簧的所述第二水平钢索上还设有位移标记片。优选的，所述水平支杆上设有激光位移计，所述激光位移计的光点打在位移标记片上。优选的，所述高强度拉簧在一根第二水平钢索上至少设有两个。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、适用于超重力离心试验平台，可实现在原型应力场下研究泥石流与柔性拦挡结构的相互作用机制，解决了尺度效应问题，为结构设计提供科学依据。2、利用超重力离心机的相似原理，降低了柔性拦挡结构的测试成本，并且本专利技术涉及的结构模型还具有重复使用、操作简单的优势。3、极大地还原了柔性拦挡结构的重要变形特征，特别是三段式变形行为，因此可作为柔性结构测试的可靠手段。4、结构模型功能齐全，可实现对柔性结构不同设计参数的研究，即研究刚度、耗能装置启动荷载和变形大小对柔性结构抵抗泥石流冲击作用的影响。附图说明图1为本专利技术装置的构造示意图；图2为本专利技术装置的柔性拦挡结构的主视图；图3为本专利技术装置的柔性拦挡结构的左视图；图4为本专利技术装置的柔性拦挡结构的右视图；图5为本专利技术装置的启动装置构造示意图；图6为本专利技术装置的启动装置的工作示意图；图7为本专利技术装置的结构力-位移的加载曲线。图中标注：1、底板；2、模型箱；3、透明面；4、滑面；5、泥石流；6、相机支架；7、相机；8、柔性拦挡结构；9、立柱；10、第一滑轮；11、第一水平钢索；12、网片；13、底梁；14、高强度螺栓；15、模型箱侧壁；16、拉力传感器；17、启动装置；18、2号拉簧；19、1号拉簧；20、激光位移计；21、位移标记片；22、空心套筒；23、限位器；24、模型箱箱底；25、压板；26、定位器；27、丝杆；28、压簧；29、钢圈；30、硅胶垫；31、第一水平支杆；32、竖直支杆；33、固定板；34、控位器，35、第二水平钢索，36、第二滑轮。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例如图1所示，本申请提出一种泥石流韧性防护结构的离心模型试验装置，适用于超重力离心试验平台，包括：底板1、模型箱2、滑面4、柔性拦挡结构8、相机7和相机支架6。模型箱2设置于离心机室内的底板1上，用于模拟泥石流-拦挡结构相互作用过程，模型箱2设置有透明面3，具体为有机玻璃面，用于相机7捕捉泥石流5冲击过程并反演泥石流运动的速度场及柔性结构的变形。模型箱2和相机支架6固定于底板1上，相对距离的选择视相机7的焦本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种泥石流韧性防护结构的离心模型试验装置，其特征在于，包括：/n底板(1)，设置于离心机室内；/n模型箱(2)，一侧为透明面，设置于所述底板(1)上，其内部用于模拟泥石流-拦挡结构相互作用过程；/n滑面(4)，设置在所述模型箱(2)内的底部，包括倾斜段和水平段；/n柔性拦挡结构(8)，设置在模型箱(2)内所述滑面(4)的末端，并与滑面(4)连接；/n相机，通过相机支架(6)固定于所述底板(1)上，相机的镜头朝向所述模型箱(2)的透明面，所述相机支架(6)可支持相机水平和竖直方向的位置调节。/n
【技术特征摘要】
1.一种泥石流韧性防护结构的离心模型试验装置，其特征在于，包括：
底板(1)，设置于离心机室内；
模型箱(2)，一侧为透明面，设置于所述底板(1)上，其内部用于模拟泥石流-拦挡结构相互作用过程；
滑面(4)，设置在所述模型箱(2)内的底部，包括倾斜段和水平段；
柔性拦挡结构(8)，设置在模型箱(2)内所述滑面(4)的末端，并与滑面(4)连接；
相机，通过相机支架(6)固定于所述底板(1)上，相机的镜头朝向所述模型箱(2)的透明面，所述相机支架(6)可支持相机水平和竖直方向的位置调节。
2.根据权利要求1所述的一种泥石流韧性防护结构的离心模型试验装置，其特征在于，所述柔性拦挡结构(8)包括立方体形的结构框架，所述结构框架在朝向滑面(4)的一侧设有附着于第一水平钢索(11)上的网片(12)，所述结构框架中设有多条垂直于所述网片(12)的第二水平钢索(35)，所述第二水平钢索(35)上分别设有拉力传感器(16)或者高强度拉簧。
3.根据权利要求2所述的一种泥石流韧性防护结构的离心模型试验装置，其特征在于，所述结构框架包括设置在模型箱(2)底部的底梁(13)，所述底梁(13)通过与滑面(4)锚固在一起，所述底梁(13)在靠近滑面(4)的一端的两侧设有两根立柱(9)，在另一端的两侧设有两根竖直支杆(34)，所述立柱(9)与同侧的竖直支杆(34)之间设有多根水平支杆(31)。
4.根据权利要求3所述的一种泥石流韧性防护结构的离心模型试验装置，其特征在于，所述立柱(9)中固定有多个第一滑轮(10)和第二滑轮(36)，所述第一水平钢索(11)两端分别通过第一滑轮(10)与两根立柱(9)连接，所述第二水平钢索(35)的一端通过第二滑轮(36)与立柱(9)连接，另一端与对应立柱(9)同侧的竖直支杆(34)连接，并设有控位器(34)。
5.根据权利要求3所述的一种泥石流韧性防护结构的离心模型试验装置，其特征在于，所述第二水...
【专利技术属性】
技术研发人员：张贝，黄雨，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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