一种用于弱科氏效应下超高速碎屑流冲击模拟的试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种用于弱科氏效应下超高速碎屑流冲击模拟的试验装置，包括气箱组、电磁阀模组、滑槽

【技术实现步骤摘要】
一种用于弱科氏效应下超高速碎屑流冲击模拟的试验装置


[0001]本专利技术涉及一种模拟试验装置，可应用于地质灾害物理模拟平台。

技术介绍

[0002]滑坡碎屑流是一种具有超高运动速度(高达几十米每秒)、超远运动距离的地质灾害，对沿程的工程结构造成严重的冲击破坏，产生了巨大经济损失与人员伤亡。超高速滑坡碎屑流冲击破坏机制是当前工程地质领域的重要科学问题，试验研究方面所面临的严峻挑战之一是缺乏能反映滑坡碎屑流超高速特征与岩土材料变形特性的物理模拟试验装置。土工离心机为解决上述问题提供了可能的思路。但土工离心机营造的虚拟高倍重力场是非惯性系，适合模拟准静止或超低速的地质过程，当用于模拟超高速滑坡碎屑流时，科里奥利效应会十分显著，对试验结果造成严重的影响。科里奥利效应是指当滑坡碎屑流的运动方向与离心机旋转角速度矢量方向不一致时，会产生依赖于碎屑流运动速度的附加加速度场，名为科里奥利加速度，从而扰乱原有的虚拟高倍重力场。其结果是，碎屑流的流态发生显著变化，导致试验结果的分析更为复杂。颗粒奥利加速度在离心模拟超高速滑坡碎屑流中不可避免，其量级甚至可达到与离心加速度同等水平，造成运动土体脱离滑面处于悬浮状态。目前，广泛采取的做法是承认科里奥利效应的存在，并对其影响进行定性评估。但实现弱科氏效应的超高速泥石流离心试验仍然是十分必要的，且有助于推动土工离心试验技术的发展。目前尚无能够实现在离心弱科氏环境下开展超高速滑坡碎屑流模拟的试验装置。发展此类试验装置的难点在于：
[0003](1)要实现弱科氏效应，碎屑流运动方向与离心机旋转角速度矢量方向一致，但在这种情况下，碎屑流运动仅靠1g重力进行驱动，由于模型规模小，碎屑流难以实现高速；
[0004](2)碎屑流运动阻力依然受控于高倍重力场，因此巨大的基底摩擦导致土体加速困难，例如，1g重力下物体对基底的摩擦力为100N，推力大于100N即可实现加速；但是在50g的超重力环境下，在摩擦系数变化不大的条件下，相同物体受到的摩擦阻力增大了50倍，同样的实现加速的推力也增大了50倍，实现物体加速的难度急剧增加。
[0005]现有技术中，本领域尚无能用于弱科氏效应下超高速碎屑流冲击模拟的试验装置。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术空白，本专利技术目的在于首次公开一种用于弱科氏效应下超高速碎屑流冲击模拟的试验装置，适配安置于实验平台的模型箱内部。
[0007]本专利技术技术方案如下：
[0008]一种用于弱科氏效应下超高速碎屑流冲击模拟的试验装置，安置于模型箱(6)内部，包括气箱组、电磁阀模组、滑槽
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拦挡装置、磁力浮托装置、土体料箱装置、土体料箱气动加速
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减速装置和闸门开合控制装置(13)；
[0009]所述所述气箱组包括高压气箱(22)、低压气箱(23)固定在模型箱(6)底部；
[0010]所述电磁阀模组包括电磁阀一(33
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1)、电磁阀二(33
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2)、电磁阀三(33
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3)、电磁阀四(33
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4)，其中电磁阀一(33
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1)、电磁阀三(33
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3)与高压气箱(22)连接，电磁阀二(33
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2)、电磁阀四(33
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4)与低压气箱(23)连接，电磁阀一(33
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1)和电磁阀二(33
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2)用于实现气动闸门开合，电磁阀三(33
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3)和电磁阀四(33
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4)用于实现土体料箱气动加速
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减速；
[0011]所述滑槽
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拦挡装置包括滑槽侧壁(8)、滑槽底板(9)和拦挡结构(10)；两块滑槽侧壁(8)相对并刚性固定于滑槽底板(9)上；拦挡结构(10)刚性固定于滑槽底板(9)；滑槽侧壁(8)、滑槽底板(9)和拦挡结构(10)合围成两面开口的存储空间；
[0012]所述土体料箱装置包括加速料箱(11)、导轨(14)、滚轴(15)和加速料箱支架(18)；所述的加速料箱(11)有两面设置开口，其中一开口用于充填土样(34)，另一开口与拦挡结构(10)相对，加速料箱(11)侧面固定于加速料箱支架(18)上，加速料箱支架(18)底部刚性连接滚轴(15)；导轨(14)固定在模型箱(6)底部，导轨(14)设置有凹槽，滚轴(15)内嵌于导轨(14)内并可自由滚动，避免滚轴(15)在磁力浮托装置作用下与导轨(14)彻底脱离；
[0013]所述磁力浮托装置包括通电磁板底板(16)和通电磁板顶板(17)；
[0014]所述通电磁板底板(16)刚性固定于模型箱(6)底部；所述通电磁板顶板(17)刚性固定于加速料箱支架(18)，并与加速料箱(11)的底板具有一定尺寸的间隔，间隔大小应大于滑槽底板(9)的厚度；通过在通电磁板底板(16)及通电磁板顶板(17)之间形成电磁斥力，为加速料箱(11)提供浮托力，以补偿超重力影响，降低加速的摩擦阻力；
[0015]所述土体料箱气动加速
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减速装置包括气动推力轴(20)、加速料箱承力轴(19)、气动承压轴(21)、固定支架(25)和吸能装置(26)；两组土体料箱气动加速
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减速装置平行布设，共同实现对加速料箱(11)的加速和减速功能；
[0016]所述加速料箱承力轴(19)侧壁与加速料箱支架(18)固定连接；
[0017]所述的气动推力轴(20)通过气体传送管(24)与高压气箱(22)连接，气体传送管(24)设有电磁阀三(33
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3)，通过电磁阀三(33
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3)控制高压气体的释放；
[0018]所述的气动承压轴(21)通过气体传送管(24)与低压气箱(23)连接，气体传送管(24)设有电磁阀四(33
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4)，通过电磁阀四(33
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4)控制低压气体的释放；
[0019]所述气体传送管(24)采用刚性材质；
[0020]固定支架(25)固定在模型箱(6)底部，用来支撑气动推力轴(20)和气动承压轴(21)，固定支架(25)也用来支撑滑槽
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拦挡装置；气动推力轴(20)和气动承压轴(21)为多段式伸缩结构，直径较小的部分可以收缩入直径较大的部分内；气动推力轴(20)和气动承压轴(21)分别位于加速料箱承力轴(19)的两侧，通过调节电磁阀三(33
‑
3)和电磁阀四(33
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4)使气动推力轴(20)的轴端和气动承压轴(21)的轴端分别与加速料箱承力轴(19)的两端接触；
[0021]初始时，输入一定的低压气体后关闭电磁阀四(33
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4)，依靠气动承压轴(21)维持加速料箱(11)在初始位置的稳定性；当气动推力轴(20)的推力大于气动承压轴(21)的支撑力时，加速料箱(11)开始运动；
[0022]通过调节电磁阀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于弱科氏效应下超高速碎屑流冲击模拟的试验装置，应用安置于实验平台的模型箱(6)内部，其特征在于，包括气箱组、电磁阀模组、滑槽
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拦挡装置、磁力浮托装置、土体料箱装置、土体料箱气动加速
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减速装置和闸门开合控制装置(13)；所述气箱组包括高压气箱(22)和低压气箱(23)，均固定在模型箱(6)底部；所述电磁阀模组包括电磁阀一(33
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1)、电磁阀二(33
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2)、电磁阀三(33
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3)、电磁阀四(33
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4)，其中电磁阀一(33
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1)和电磁阀二(33
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2)用于实现气动闸门开合，电磁阀三(33
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3)和电磁阀四(33
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4)用于实现土体料箱气动加速
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减速；所述滑槽
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拦挡装置包括滑槽侧壁(8)、滑槽底板(9)和拦挡结构(10)；两块滑槽侧壁(8)相对并刚性固定于滑槽底板(9)上；拦挡结构(10)刚性固定于滑槽底板(9)；滑槽侧壁(8)、滑槽底板(9)和拦挡结构(10)合围成两面开口的存储空间；所述的土体料箱装置包括加速料箱(11)、导轨(14)、滚轴(15)和加速料箱支架(18)；所述的加速料箱(11)有两面设置开口，其中一开口用于充填土样(34)，另一开口与拦挡结构(10)相对，加速料箱(11)侧面固定于加速料箱支架(18)上，加速料箱支架(18)底部刚性连接滚轴(15)；导轨(14)固定在模型箱(6)底部，导轨(14)设置有凹槽，滚轴(15)内嵌于导轨(14)内并可自由滚动，避免滚轴(15)在磁力浮托装置作用下与导轨(14)彻底脱离；所述磁力浮托装置包括通电磁板底板(16)和通电磁板顶板(17)；所述土体料箱气动加速
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减速装置包括气动推力轴(20)、加速料箱承力轴(19)、气动承压轴(21)、固定支架(25)和吸能装置(26)；两组土体料箱气动加速
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减速装置平行布设，共同实现对加速料箱(11)的加速和减速功能；所述加速料箱承力轴(19)侧壁与加速料箱支架(18)固定连接；所述的气动推力轴(20)通过气体传送管(24)与高压气箱(22)连接，气体传送管(24)设有电磁阀三(33
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3)；所述的气动承压轴(21)通过气体传送管(24)与低压气箱(23)连接，气体传送管(24)设有电磁阀四(33
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4)；固定支架(25)固定在模型箱(6)底部，用来支撑气动推力轴(20)和气动承压轴(21)，固定支架(25)也用来支撑滑槽
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拦挡装置；气动推力轴(20)和气动承压轴(21)为多段式伸缩结构，直径较小的部分可以收缩入直径较大的部分内；气动推力轴(20)和气动承压轴(21)分别位于加速料箱承力轴(19)的两侧，通过调节电磁阀三(33
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3)和电磁阀四(33
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4)使气动推力轴(20)的轴端和气动承压轴(21)的轴端分别与加速料箱承力轴(19)的两端接触；所述吸能装置(26)包括支柱和吸能部件，其中支柱刚性固定于导轨(14)末端，吸能部件沿导轨方向固定于支柱上并靠近气动承压轴(21)，对加速料箱(11)的残余动能进行提前耗散，避免加速料箱(11)撞击滑槽
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拦挡装置；所述闸门开合控制装置(13)包括闸门(12)、闸门开合控制装置支架(27)、活塞(28)、气腔、活塞传动杆(30)和传动杆转轴(31)；所述闸门开合控制装置支架(27)与加速料箱支架(18)固定，用来支撑气...

【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：