CN100454358C - 一种土拱效应演示仪 - Google Patents

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CN100454358C CNB2006101552048A CN200610155204A CN100454358C CN 100454358 C CN100454358 C CN 100454358C CN B2006101552048 A CNB2006101552048 A CN B2006101552048A CN 200610155204 A CN200610155204 A CN 200610155204A CN 100454358 C CN100454358 C CN 100454358C
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Abstract

本发明公开了一种土拱效应演示仪。在有机玻璃箱底部中心部位装有半圆柱形橡胶气袋，在半圆柱形橡胶气袋的外侧装有弹性橡皮膜，两者用螺栓固定在有机玻璃箱的底部；有机玻璃箱内从下至上依次相间填装黄色砂土和黑色砂土；半圆柱形橡胶气袋用管子与有机玻璃箱外的充气囊相连；充气囊管子上接有放气阀和前单向阀，充气囊上还接有后单向阀。通过送气和放气的简单操作可非常直观地观察到土体中的土拱现象，通过这一现象，可以较为形象的理解土体中土颗粒间的相互作用。

Description

一种土拱效应演示仪
技术领域
本发明涉及一种实验装置，尤其涉及一种土拱效应演示仪。
背景技术
土体(如砂土)是一种散粒材料。从理论上说，这种散粒材料需要一定的支撑才能稳定，比如地下隧道的衬砌、基坑的支护。然而，在实践中某些情况下，土体的部分或全部缺少支护时仍能保持稳定，例如动物的洞穴。这是由于土拱效应导致的。由于土拱效应，作用于隧道衬砌的竖向土压力往往小于上覆土层的自重应力。土拱效应也影响现场土体中土压力的测量。土拱效应产生的机理：实践中土体各部分受支撑程度往往存在差异，受支撑程度强弱不同的土体之间存在相对滑动趋势，它们之间将产生一定的摩擦力，以阻止受支撑程度较弱的那部分土体的滑动，这份附加的摩擦力最终传递到周边受支撑程度较强的那部分土体上(即拱座)。上述的土体中相对变形和力的传递及重新分配现象称为“拱形效应”。土颗粒之间的这种作用可以通过具体土拱效应的演示生动形象的显示出来，再结合理论讲解，增强了学生对这种散粒材料中相对变形和力的传递的理解及对实践的认知。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土拱效应演示仪，它可以直观地演示土体中由于土颗粒之间的相互作用而产生的拱形效应。
本发明采用的技术方案是：包括有机玻璃箱，黄色砂土，黑色砂土，弹性橡皮膜，半圆柱形橡胶气袋，螺栓，前单向阀，放气阀，充气囊，后单向阀。在有机玻璃箱底部中心部位装有半圆柱形橡胶气袋，在半圆柱形橡胶气袋的外侧装有弹性橡皮膜，两者用螺栓固定在有机玻璃箱的底部；有机玻璃箱内从下至上依次相间填装黄色砂土和黑色砂土；半圆柱形橡胶气袋用管子与有机玻璃箱外的充气囊相连；充气囊管子上接有放气阀和前单向阀，充气囊上还接有后单向阀。
本发明具有的有益效果是：通过送气和放气的简单操作可非常直观地观察到土体中的土拱现象，通过这一现象，可以较为形象的理解土体中土颗粒间的相互作用。
附图说明
附图是本发明的结构图；
附图中：1、有机玻璃箱，2、黄色砂土，3、黑色砂土，4、弹性橡皮膜，5、半圆柱形橡胶气袋，6、螺栓，7、前单向阀，8、放气阀，9、充气囊，10、后单向阀。
具体实施方式
如附图所示，本发明包括有机玻璃箱1，黄色砂土2，黑色砂土3，弹性橡皮膜4，半圆柱形橡胶气袋5，螺栓6，前单向阀7，放气阀8，充气囊9，后单向阀10。在有机玻璃箱1底部中心部位装有半圆柱形橡胶气袋5，在半圆柱形橡胶气袋5的外侧装有弹性橡皮膜4，两者用螺栓6固定在有机玻璃箱1的底部；有机玻璃箱1内从下至上依次相间填装黄色砂土2和黑色砂土3；半圆柱形橡胶气袋5用管子与有机玻璃箱1外的充气囊9相连；充气囊9管子上接有放气阀8和前单向阀7，充气囊9上还接有后单向阀10。
本发明由方形的有机玻璃箱1和可充气的半圆柱形橡胶气袋5及弹性橡皮膜4组成。为了防止由于有机玻璃箱1被土颗粒划伤而导致透明度不够影响观察，在有机玻璃箱1的内壁贴一层玻璃纸。弹性橡皮膜4放置于半圆柱形橡胶气袋5上面，两者通过螺栓6被固定在有机玻璃箱1的底部。
演示时，用手挤压充气囊9，半圆柱形橡胶气袋5充气膨胀。有机玻璃箱1中装入待试验的土体。土体由黄色砂土2和黑色砂土3两种颜色的土分层相间排列(其目的是使二层不同颜色的土以示区别，也可用其它颜色)。然后打开放气阀8放气，半圆柱形橡胶气袋5在弹性橡皮膜4的作用下被压向有机玻璃箱1底板。土体由于失去支撑产生变形，最终每层土样成一拱形而稳定。

Claims (1)

1、一种土拱效应演示仪，其特征在于：包括有机玻璃箱(1)，黄色砂土(2)，黑色砂土(3)，弹性橡皮膜(4)，半圆柱形橡胶气袋(5)，螺栓(6)，前单向阀(7)，放气阀(8)，充气囊(9)，后单向阀(10)；在有机玻璃箱(1)底部中心部位装有半圆柱形橡胶气袋(5)，在半圆柱形橡胶气袋(5)的外侧装有弹性橡皮膜(4)，两者用螺栓(6)固定在有机玻璃箱(1)的底部；有机玻璃箱(1)内从下至上依次相间填装黄色砂土(2)和黑色砂土(3)；半圆柱形橡胶气袋(5)用管子与有机玻璃箱(1)外的充气囊(9)相连；充气囊(9)管子上接有放气阀(8)和前单向阀(7)，充气囊(9)上还接有后单向阀(10)。
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