CN102928573A

CN102928573A - 一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置

Info

Publication number: CN102928573A
Application number: CN2012104143274A
Authority: CN
Inventors: 雍睿; 李长冬; 夏浩; 代先尧; 马俊伟; 王凯
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: CN102928573B

Abstract

一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置，包括底座、滑动面调节机构和推力加载机构；滑动面调节机构位于底座上，滑动面调节机构包括滑动面板、前支撑板、至少一对前部液压伸缩杆、后支撑板和至少一对后部液压伸缩杆，前部液压伸缩杆支设于底座前部，前部液压伸缩杆顶端与前支撑板连接，后部液压伸缩杆支设于底座后部，后部液压伸缩杆顶端与后支撑板连接，滑动面板的前端与前支撑板铰接、后端支设在后支撑板上；推力加载机构包括用于承载重物的加载平台，加载平台的底面与滑动面板的顶面滑动配合、可沿滑动面板前后滑动。本发明能够方便、快速地调节滑坡物理模型后缘推力的加载大小和方向，使施加的推力与实际边界条件相符合，且加载力稳定。

Description

一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置

技术领域

本发明属于地质灾害模型试验领域，具体地指一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置。

背景技术

滑坡物理模型试验属于地质力学模型试验的范畴，其理论起源于20世纪初期建立的结构模型试验，目前已逐渐发展并延伸出了滑坡现场模型试验、滑坡底摩擦模型试验、滑坡框架式模型试验、滑坡离心模型试验和滑坡综合模型试验等诸多研究方向。其中，滑坡框架式模型试验是指在通常的重力场内，通过在框架模型槽内采用满足相似判据的相似材料制作模型，在模型满足主要边界条件相似的情况下测量其变形和各力学特性参数。该试验既能直观地观察到滑体在滑动过程中的运动特征，也能定量的获得滑坡的应力、应变、位移等参数，可从定性和定量的角度阐明滑坡孕育的机制。

在滑坡框架式模型试验条件下，滑坡物理模型一般是在外力作用条件下发生变形或破坏。外力作用的主要方式有：机械震动或爆破形式模拟的地震波；改变框架内部水位高度模拟库水位波动造成的渗流作用；降雨模拟器模拟降雨条件下的渗流作用；人工堆载的方式在滑坡物理模型后缘提供滑坡推力；在滑坡后缘布置钢板，液压千斤顶或MTS液压伺服推力装置作用下施加滑坡推力等。

其中，对于滑坡物理模型后缘施加推力的方式还存在如下局限或缺陷：

（1）现有滑坡物理模型后缘的推力加载与控制系统往往结构复杂、操作繁琐，难以满足快速、稳定、持续的滑坡后缘推力加载要求；

（2）现有采用人工堆载的方式虽然可以在滑坡后缘施加稳定的作用力，但对滑坡推力的大小及方向难以精确控制，所施加外力的边界条件与实际不符。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置，能够方便、快速地调节滑坡物理模型后缘推力的加载大小和方向，使施加的推力与实际边界条件相符合，且通过标定重物的自重实现加载，加载力稳定。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置，包括底座、滑动面调节机构和推力加载机构；所述滑动面调节机构位于底座上，滑动面调节机构包括滑动面板、前支撑板、至少一对前部液压伸缩杆、后支撑板和至少一对后部液压伸缩杆，所述前部液压伸缩杆支设于底座前部，前部液压伸缩杆顶端与前支撑板连接，后部液压伸缩杆支设于底座后部，后部液压伸缩杆顶端与后支撑板连接，所述滑动面板的前端与前支撑板铰接、后端支设在后支撑板上；所述推力加载机构包括用于承载重物的加载平台，加载平台的底面与滑动面板的顶面滑动配合、可沿滑动面板前后滑动。

上述技术方案中，所述加载平台的底面设有若干排滑槽，所述滑动面板的顶面开有相应的若干排孔槽，孔槽内设置滚珠，加载平台的底面与滑动面板的顶面通过所述滑槽与滚珠滑动配合。

上述技术方案中，所述加载平台的后端设有插锁，用于加载平台与滑动面板的临时固定。

上述技术方案中，所述前部液压伸缩杆、后部液压伸缩杆均为液压千斤顶。

上述技术方案中，所述后支撑板的支撑面呈半圆柱面。

上述技术方案中，所述滑动面板前端与前支撑板铰接处安装有角度刻度盘，用于滑动面板的倾角的读数。

上述技术方案中，所述底座下方设有若干行走轮。

上述技术方案中，所述底座上设有把手。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）该加载装置可应用于滑坡框架式模型试验，通过后缘自重式可控加载模拟滑坡内部推力，实现滑坡非完整地质力学模型的研究，极大的减少了完整地质力学模型的制作强度；

（2）该加载装置结构简单，易于操作，加载过程较传统采用液压千斤顶等直接加载的设备更稳定；

（3）该加载装置通过两组液压伸缩杆实现了加载高度和加载角度的连续、精确、持续控制，使得施加的推力与实际边界条件符合良好；

（4）该加载装置适用于不同高度的滑坡物理模型推力加载，针对不同滑面高度的滑坡模型无需逐一制作不同高度的加载装置；

（5）该加载装置适用于不同滑面角度的滑坡物理模型，无需逐一制作不同角度的加载装置；

（6）该加载装置中加载平台的底面与滑动面板的顶面通过滑槽与滚珠滑动配合使用，极大的减小了加载平台下滑过程中的摩擦阻力作用，有效的将自重荷载转换成推力；

（7）该加载装置中加载平台的后端设有插锁，便捷的实现了加载平台与滑动面板的临时固定；

（8）试验中通过调整加载平台上部重物的质量，可实现滑坡物理模型后缘不同期次荷载的分级加载；

（9）该加载装置作为一个独立体系，与滑坡物理模型框架分离，耐用性好、可重复使用；

（10）由于该装置构件强度高、刚度大，构件偶尔出现破坏的可能性非常小，即便出现破损，也易于修理或更换；

（11）底座下方行走轮的设置，便于整个装置的移动及运输；

（12）该自重加载装置可广泛运用于包括土质滑坡、岩质滑坡等类型地质力学模型试验中的推力加载，应用前景广阔，经济效益显著。

附图说明

图1为本发明一个实施例的立体结构示意图。

图2为图1装置的主视图。

图3为图1装置的后视图。

图4为图1装置的左视图。

图5为图1装置旋转后的俯视图。

图6为图1装置应用于滑坡框架式模型试验时的使用状态示意图。

图中：1—加载平台，2—插锁，3—滑槽，4—滚珠，5—滑动面板，6—转动轴，7—前支撑板，8—前部液压千斤顶，9—后支撑板，10—后部液压千斤顶，11—液压千斤顶油管，12—千斤顶卡槽，13—把手，14—底座，15—行走轮，16—试验框架，17—滑床，18—滑体，19—滑带。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细描述。

如图1至图5所示，本发明的一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置，包括底座14、滑动面调节机构和推力加载机构，具体来说如下。

底座14下方设有若干行走轮15，以便整个装置的移动，底座上还设有把手13，便于人员对装置的推动。

滑动面调节机构位于底座14上，本实施例的滑动面调节机构包括滑动面板5、前支撑板7、一对前部液压伸缩杆、后支撑板9和一对后部液压伸缩杆。这里的前部液压伸缩杆和后部液压伸缩杆均为液压千斤顶，即前部液压千斤顶8和后部液压千斤顶10，二者分别连接有液压千斤顶油管11，通过外部液压控制系统对两组液压千斤顶8、10的伸缩量进行控制。一对前部液压千斤顶8支设于底座14前部，前部液压千斤顶8顶端与前支撑板7连接；一对后部液压千斤顶10支设于底座14后部，后部液压千斤顶10顶端与后支撑板9连接。滑动面板5的前端通过转动轴6与前支撑板7铰接、后端支设在后支撑板9上，本实施例中，前支撑板7为矩形截面，后支撑板9为半圆形截面。通过前部液压千斤顶8和后部液压千斤顶10共同的伸缩可调节滑动面板5的高度，前部液压千斤顶8和后部液压千斤顶10的相对伸缩量可确定滑动面板5的倾角。在转动轴6处安装有角度刻度盘（图中未示意出），可进行滑动面板5倾角的读数。

本实施例的推力加载机构包括用于承载重物的加载平台1，加载平台1底面的倾角应与滑坡模型的滑带19倾角相同。加载平台1的底面设有若干排滑槽3，上述滑动面板5的顶面开有相应的若干排孔槽，孔槽内设置滚珠4，加载平台1的底面与滑动面板5的顶面通过滑槽3与滚珠4滑动配合，可使加载平台1沿滑动面板5前后滑动。加载平台1的顶面呈水平面或者凹状，用于承载经标定重量后的物体，使之在自重条件下随加载平台1一起沿滑动面板5下滑，通过加载平台1前面板作用在滑坡模型上，并以上覆堆载的重力沿着滑动面板5水平方向的分量提供相应的水平荷载。在加载平台1的后端还设有插锁2，用于装置使用前加载平台1与滑动面板5的临时固定。

将本发明应用于滑坡框架式模型试验的大致过程为：

一、前期准备

1、针对研究需求，依据相似原理，拟定概化后的滑坡相似模型；以相似材料试验结果为标准，分别配制滑床17、滑带19、滑体18相似材料。根据拟定的滑坡相似模型空间形态采用配制均匀、含水率恒定的相似材料制作滑坡模型；

2、测量滑坡模型后缘滑带19的倾角，制作对应的加载平台1；

二、装置的调节与固定

3、利用把手13将本发明的加载装置推至指定位置，并正对滑坡后缘，将加载装置底座14下方的行走轮15锁死固定；

4、安装前、后支撑板7、9；

5、通过外部液压控制系统调节前部液压千斤顶8的伸缩量，使得前支撑板7高度逐渐上升，当前支撑板7高度与滑坡模型后缘滑带19高度一致时停止施加油压并保持固定；

6、通过外部液压控制系统调节后部液压千斤顶10的伸缩量，使得后支撑板9高度逐渐上升，当后支撑板9高度与前支撑板7高度大致一致时停止施加油压并保持固定；

7、通过转动轴6连接滑动面板5与前支撑板7；

8、对后部液压千斤顶10继续施加油压，在此过程中可通过转动轴6处安装的角度刻度盘读取滑动面板5的倾角，当滑动面板5所形成的倾角与滑坡后缘滑带19倾角一致时停止施加油压并保持固定；

三、推力加载

9、标定加载平台1重量，并根据推力加载需要，称量所需要的重物；

10、安装加载平台1；

11、打开加载平台1后部的插锁2，手扶加载平台1使其缓慢下滑直至与滑坡后缘接触后，松开双手；

12、在加载平台1上，竖直、缓慢放置标定好的重物，直至滑坡变形或破坏。需要注意的是，为避免加载过程中滑体18从加载平台1上部挤出，加载平台1的顶面应当不低于滑体18顶面高度，相应的，在制作加载平台1时，可适当提高其竖直加载面的高度；

四、试验结束

13、先卸除加载平台1上堆载的重物，然后将加载平台1卸除；

14、卸除滑动面板5；

15、释放液压千斤顶8、10油压；

16、松开底座14下方行走轮15的制动，将本推力加载装置移动至指定地点。

本发明的核心在于滑动面调节机构的设置，使得采用自重加载的推力大小和方向连续、精确可调，使施加的推力与实际边界条件相符合，且加载力稳定。所以其保护范围并不限于上述实施例。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神，例如：加载平台1和滑动面板5之间的滑动配合方式不限于实施例中的滑槽3和滚珠4，只要便于二者的相对前后滑动即可；前、后部液压伸缩杆采用电液推杆等其他液压伸缩机构也能够实现本发明技术方案；后支撑板9的支撑面呈三棱柱面等也能实现本发明技术方案等。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

Claims

1.一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置，其特征在于：包括底座（14）、滑动面调节机构和推力加载机构；所述滑动面调节机构位于底座（14）上，滑动面调节机构包括滑动面板（5）、前支撑板（7）、至少一对前部液压伸缩杆、后支撑板（9）和至少一对后部液压伸缩杆，所述前部液压伸缩杆支设于底座（14）前部，前部液压伸缩杆顶端与前支撑板（7）连接，后部液压伸缩杆支设于底座（14）后部，后部液压伸缩杆顶端与后支撑板（9）连接，所述滑动面板（5）的前端与前支撑板（7）铰接、后端支设在后支撑板（9）上；所述推力加载机构包括用于承载重物的加载平台（1），加载平台（1）的底面与滑动面板（5）的顶面滑动配合、可沿滑动面板（5）前后滑动。

2.根据权利要求1所述的一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置，其特征在于：所述加载平台（1）的底面设有若干排滑槽（3），所述滑动面板（5）的顶面开有相应的若干排孔槽，孔槽内设置滚珠（4），加载平台（1）的底面与滑动面板（5）的顶面通过所述滑槽（3）与滚珠（4）滑动配合。

3.根据权利要求1所述的一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置，其特征在于：所述加载平台（1）的后端设有插锁（2），用于加载平台（1）与滑动面板（5）的临时固定。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置，其特征在于：所述前部液压伸缩杆、后部液压伸缩杆均为液压千斤顶。

5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置，其特征在于：所述后支撑板（9）的支撑面呈半圆柱面。

6.根据权利要求4所述的一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置，其特征在于：所述后支撑板（9）的支撑面呈半圆柱面。

7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置，其特征在于：所述滑动面板（5）前端与前支撑板（7）铰接处安装有角度刻度盘，用于滑动面板（5）的倾角的读数。

8.根据权利要求4所述的一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置，其特征在于：所述滑动面板（5）前端与前支撑板（7）铰接处安装有角度刻度盘，用于滑动面板（5）的倾角的读数。

9.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置，其特征在于：所述底座（14）下方设有若干行走轮（15）。

10.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种自重式滑坡物理模型试验液压调节加载装置，其特征在于：所述底座（14）上设有把手（13）。