CN105954494A - 一种用于滑坡模型试验的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于滑坡模型试验的装置，其包括设置于土工模型斜坡上方的气流发生器，所述气流发生器为锥筒结构，其下方设置有至少一个切向进气口，上方设置有一个出气口，所述气流发生器通过一个第一连接杆和一个第二连接杆与所述模型箱连接，所述第一连接杆顶部设置有一个位于所述模型箱顶部的收风口，所述第二连接杆顶部设置有一个位于所述模型箱顶部的出风口，所述收风口与所述出风口均为喇叭状结构，所述收风口通过管道与所述切向进气口连接，所述出风口通过管道与所述出气口连接。本发明所提出的用于滑坡土工模型试验的装置，其可在土工模型外部产生气流，从而可在离心模型试验中模拟台风、龙卷风等极端气流情况对滑坡的影响。

Description

一种用于滑坡模型试验的装置
技术领域
本发明涉及滑坡物理模型技术领域，特别是一种用于滑坡土工模型试验的装置。
背景技术
对山体滑坡机理的研究工作中，使用的方法主要可归结为：现场勘察与试验、现场监测、理论分析与数值计算，以及物理模型试验等方法。由于滑坡形成机理的复杂性，使得采用物理模型试验已成为再现滑坡发生的重要研究手段之一。
滑坡物理模型试验属于地质力学模型试验范畴，其理论源自于结构模型试验。滑坡模型试验是地质力学模型试验中针对滑坡这一特定研究对象的试验技术，其发展经历了框架式模型试验、底面摩擦模型试验、现场三维及足尺模型试验、渗水力模型试验、土工离心模型试验等试验阶段，目前国内外常用的地质力学模型试验多数是框架式模型试验和离心模型试验两种形式。
离心模型试验由于其利用土工离心机高速旋转产生的离心力模拟重力，在Ng条件下，能够使得小尺寸离心模型的应力、应变与原型相同或相似，因此在滑坡研究中得到广泛应用，现在在离心模型试验中通过振动台、降水装置模拟地震、下雨的情况已有大量文献进行了披露，例如中国专利CN204108697U公开的一种用于土工离心模型试验的降雨装置、CN104391103A公开的用于离心模型的降雨模拟方法及其装置；但如何在离心模型试验中模拟台风、龙卷风等极端气流情况，从而研究其对滑坡的影响则还未有相关研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于滑坡模型试验的装置，以减少或避免前面所提到的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于滑坡模型试验的装置，其设置于放置土工模型的模型箱上，其包括设置于所述土工模型斜坡上方的气流发生器，所述气流发生器为锥筒结构，其下方设置有至少一个切向进气口，上方设置有一个出气口，所述气流发生器通过一个第一连接杆和一个第二连接杆与所述模型箱连接，所述第一连接杆顶部设置有一个位于所述模型箱顶部的收风口，所述第二连接杆顶部设置有一个位于所述模型箱顶部的出风口，所述收风口与所述出风口均为喇叭状结构，所述收风口通过管道与所述切向进气口连接，所述出风口通过管道与所述出气口连接。
优选地，所述出气口设置有电磁阀。
优选地，所述收风口设置有电磁阀。
优选地，所述切向进气口与所述气流发生器底边的距离不小于所述气流发生器的高度的1/8。
优选地，所述切向进气口与所述气流发生器底边具有一个角度为3-8度的倾斜角。
优选地，所述切向进气口与所述气流发生器内壁的与其平行的切线的距离为2-5mm。
本发明所提出的一种用于滑坡土工模型试验的装置，其可在土工模型外部产生气流，从而可在离心模型试验中模拟台风、龙卷风等极端气流情况对滑坡的影响。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1显示的是土工离心机的结构示意图；
图2显示的是根据本发明的一个具体实施例的一种用于滑坡土工模型试验的装置的结构原理示意图；
图3显示的是图2中的气流发生器的切向进气口的截面示意图；
图4显示的是图2中的气流发生器的剖面结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。
图1显示的土工离心机的结构示意图；参见图1所示，在离心模型试验中，离心模型通常设置在一个模型箱中，该模型箱放置在土工离心机的吊篮1中，当所述土工离心机高速旋转时，所述吊篮1中就会产生Ng的离心加速度，这时，小尺寸的离心模型即可获得与原型相同或相似的应力、应变，也就可以实现对实际山体边坡的滑坡研究。通常情况下，在研究滑坡时，土工离心机的离心加速度会在30g以上，甚至超过50g。因此，在模型箱外部会有高速气流产生，但由于通常离心模型试验中使用的模型箱均为开口式结构，因此在模型箱内，离心模型外部的气流相对平稳，也就是离心模型外部的气流相对静止。
图2显示的是根据本发明的一个具体实施例的一种用于滑坡土工模型试验的装置的结构原理示意图；图3显示的是图2中的气流发生器的切向进气口的截面示意图；图4显示的是图2中的气流发生器的剖面结构示意图。参见图2-4所示，为了能够控制离心模型外部的气流，从而可在离心模型试验中模拟台风、龙卷风等极端气流，本发明提供了一种用于滑坡土工模型试验的装置，其设置于放置土工模型2的模型箱3上，其包括设置于所述土工模型2斜坡上方的气流发生器41，所述气流发生器41为锥筒结构，其下方设置有至少一个切向进气口4111，上方设置有一个出气口412，所述气流发生器41通过一个第一连接杆42和一个第二连接杆43与所述模型箱3连接，所述第一连接杆42顶部设置有一个位于所述模型箱3顶部的收风口44，所述第二连接杆43顶部设置有一个位于所述模型箱3顶部的出风口45，所述收风口44与所述出风口45均为喇叭状结构，所述收风口44通过管道与所述切向进气口4111连接，所述出风口45通过管道与所述出气口412连接。
在安装过程中，所述模型箱3顶部可设置横梁，从而可对所述第一连接42和所述第二连接杆43进行固定，所述第一连接杆42位于所述模型箱3在旋转过程中的迎风面一侧，所述第二连接杆43位于所述模型箱3在旋转过程中的背风面一侧。
当土工离心机高速旋转时，通过所述收风口44进入到所述切向进气口411的气流由于截面减小，因此流速增大，从而在从所述切向进气口411进入所述气流发生器41后，会在所述气流发生器41内产生旋流气场，也就会在所述土工模型2外部形成负压，从而可模拟龙卷风等能产生负压的极端气流情况。产生旋流的气流以及被吸入所述气流发生器41的气流可以通过所述出气口412经由管道从所述出风口45排出。从而不会对所述模型箱3内的气场环境造成过多的影响。
参见图3所示，所述切向进气口411的通道与所述气流发生器41内壁的与其平行的最近的切线的距离d可设置为2-5mm，这样一方面可保障从所述切向进气口411进入的气流能方便的产生旋流，另一方面便于对所述切向进气口411进行加工。
参见图2所示，为了便于计算气流对土工模型2产生的压强，所述气流发生器41要平行于所述土工模型2的坡面进行设置，也就是说，所述气流发生器41对应于所述模型箱3的箱底具有一个倾斜角度，在这种情况下，为了保障所述气流发生器41内的旋流气场要向所述气流发生器41的顶部汇集，参见图4所示，所述切向进气口411与所述气流发生器41底边的距离H1要不小于所述气流发生器41的高度H的1/8，而且，所述切向进气口411的通道与所述气流发生器41底边具有一个角度α为3-8度的倾斜角。
所述切向进气口411可设置多个，例如，可在其所在截面上沿圆心对称设置两个或者四个。这样可保障在不同进气流速情况下所产生的旋流气场的中心位置的稳定。
参见图4所示，所述出气口412仅作为旋流气流的流出通道，因此其可以设置在所述气流发生器41靠近顶边的侧壁上，当然，其也可设置在所述气流发生器41的顶边，所述出气口412处可设置一个电磁阀，这样，可通过关闭该电磁阀来封闭所述出气口412，当所述出气口412封闭时，从切向进气口411进入所述气流发生器41就会溢出至所述土工模型2上，从而可模拟台风等能产生正压的极端气流情况。
所述收风口44可设置一个电磁阀(图中未示出)，这样可在试验过程中调节进风量。
由本发明所提供的一种用于滑坡土工模型试验的装置在离心试验中所产生的气流压力可通过在所述气流发生器41中和所述模型箱中设置气压传感器来测量。
本发明所提出的一种用于滑坡土工模型试验的装置，其可在土工模型外部产生气流，从而可在离心模型试验中模拟台风、龙卷风等极端气流情况对滑坡的影响。
本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种用于滑坡模型试验的装置，其设置于放置土工模型的模型箱上，其特征在于，其包括设置于所述土工模型斜坡上方的气流发生器；所述气流发生器为锥筒结构，其下方设置有至少一个切向进气口，上方设置有一个出气口；所述气流发生器通过一个第一连接杆和一个第二连接杆与所述模型箱连接，所述第一连接杆顶部设置有一个位于所述模型箱顶部的收风口，所述第二连接杆顶部设置有一个位于所述模型箱顶部的出风口，所述收风口与所述出风口均为喇叭状结构，所述收风口通过管道与所述切向进气口连接，所述出风口通过管道与所述出气口连接，所述出气口设置有电磁阀，所述切向进气口与所述气流发生器内壁的与其平行的切线的距离为2-5mm。
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