CN106289966A - 一种用于模拟实验的应力传递装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于模拟实验的应力传递装置，包括：底板；设置在所述底板上的弹性底部壁；设置在所述弹性底部壁的上下两端的第一拉伸组件和第二拉伸组件；对称式设置在所述弹性底部壁的两侧的多个连接组件，位于同一侧的各所述连接组件呈间隔式设置；固定设置在所述底板上并分别与相应的所述连接组件为固定连接的固定组件；其中，在所述弹性底部壁的任一侧，各所述连接组件均位于所述固定组件与所述弹性底部壁之间。该传递装置具有模拟实验应力准确、发生均匀形变以及均匀传递应力的优点。

Description

一种用于模拟实验的应力传递装置

技术领域

本发明涉及基础地质研究领域，尤其涉及一种用于模拟实验的应力传递装置。

背景技术

目前模拟实验应力的装置中，对于底部应力的传递主要采用硬质材料和弹性胶皮两种方式。若采用硬质材料进行应力传递，则只能在该硬质材料的结合部位才会发生挤压或拉伸变形。若只采用弹性胶皮进行应力传递，由于弹性胶皮只是在上下两端进行了固定，这样，在对该弹性胶皮进行纵向拉伸的过程中，该弹性胶皮的中央便会发生不均匀减薄和不均匀拉伸变形的现象。这种现象的产生，会使得位于该装置上的砂箱内的砂体受到不均匀或非线性的应力。这样便会造成模拟实验应力的结果不准确，不符合实际地址情况的弊端。

由此可知，为了提高该实验应力模拟的准确性，需要设计一种在模拟实验中，能够使得应力以传递方式是均匀的传递装置。

发明内容

针对上述问题，根据本发明提出了一种用于模拟实验的应力传递装置，包括：底板；设置在所述底板上的弹性底部壁；设置在所述弹性底部壁的上下两端的第一拉伸组件和第二拉伸组件；对称式设置在所述弹性底部壁的两侧的多个连接组件，位于同一侧的各所述连接组件呈间隔式设置；固定设置在所述底板上并分别与相应的所述连接组件为固定连接的固定组件；其中，在所述弹性底部壁的任一侧，各所述连接组件均位于所述固定组件与所述弹性底部壁之间。该固定组件与连接组件相连接，从而便可实现固定位于该弹性底部壁的左右两侧的连接组件之间的位置，防止在该弹性底部壁进行纵向拉伸实验时，因位于该弹性底部壁的左右两侧的连接组件发生相互靠近的现象，从而造成该弹性底部壁的中间区域发生不均匀拉伸变形的弊端。

较佳的，所述连接组件包括与所述弹性底部壁相连接的弹性筒体，和套设在所述弹性筒体内部的柱状杆件。该柱状杆件的设置，用于与如下所述的连接部相连接，从而实现对该连接部的固定。

较佳的，所述固定组件包括导轨部和设置在所述导轨部内的滚动部，以及一端与所述滚动部相连接，另一端与所述柱状杆件相连接的连接部。这样，通过该连接部的设置，便实现了该滚动部与柱状杆件之间的连接。

较佳的，所述连接部与所述柱状杆件为可拆卸式连接。便于该连接部与柱状杆件的安装及拆卸，大大地降低了操作人员的劳动强度，提高了工作效率。

较佳的，所述传递装置还包括用于驱动所述第一拉伸组件和所述第二拉伸组件相互靠近和相互分离的驱动组件。

较佳的，所述第一拉伸组件包括与所述弹性底部壁的上端为固定连接的第一筒体和套设在所述第一筒体内的第一连接杆件；所述第二拉伸组件包括与所述弹性底部壁的下端为固定连接的第二筒体和套设在所述第二筒体内的第二连接杆件。

较佳的，所述驱动组件分别与所述第一连接杆件和所述第二连接杆件为固定连接。这样，便使得该驱动组件能够准确地驱动该第一连接杆件带动第一筒体以及驱动该第二连接杆件带动第二筒体进行相互靠近和远离。

较佳的，在所述驱动组件驱动所述第一拉伸组件和所述第二拉伸组件相互远离的过程中，相邻所述连接组件之间的距离逐渐增大。

较佳的，在所述第一拉伸组件和所述第二拉伸组件相互远离至最大位置后，在所述弹性底部壁的弹性恢复力的作用下，使得相邻所述连接组件之间的距离逐渐减小。

较佳的，所述导轨部设置在所述底板上，并与所述地板为可拆式连接。这样，便于该导轨部的安装及拆卸，大大地降低了操作人员的劳动强度，提高了工作效率。

根据本发明，该传递装置具有模拟实验应力准确、发生均匀形变以及均匀传递应力的优点。另外，该传递装置还具有结构简单、操作方便的优点。该传递装置在进行拉伸模拟和挤压模拟的实验中，能够始终保持弹性底部壁均匀拉伸和均匀收缩，从而使得弹性底部壁的变形更为均匀、应力传递的更远，进一步地，更加清晰、准确地分析出地应力的构造过程。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。在图中：

图1为本发明用于模拟实验的应力传递装置的整体结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例描绘。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1，其为本发明用于模拟实验的应力传递装置的整体结构示意图。如图所示，该传递装置包括底板1、弹性底部壁2、第一拉伸组件3、第二拉伸组件4、连接组件5和固定组件7。在本申请的实施例中，该底板1用于支撑和固定该传递装置，从而使得该传递装置在工作过程中比较平稳，进一步地，保证模拟实验应力的顺利进行。

由于在模拟实验应力的过程中，需要对弹性底部壁2进行拉伸，因而，该底板1的纵向尺寸应当大于该弹性底部壁2的最大拉伸长度。另外，为保证模拟实验应力的精确性，该底板1与弹性底部壁2的底端面相接处的上表面应当保证一定的平整度，避免在对弹性底部壁2拉伸或收缩的过程中，影响该弹性底部壁2的弹性形变。

在本申请的实施例中，该弹性底部壁2大致呈方形或矩形。由于在模拟实验应力(模拟地应力)的过程中，需要不断的拉伸该弹性底部壁2或收缩该弹性底部壁2。因而，该弹性底部壁2应当具有较好的弹性和韧性，不会因为被反复的拉伸和收缩而发生损坏的现象。故该弹性底部壁2应当由韧性好和弹性好的材质制造而成。在本申请的实施例中，该弹性底部壁2可由橡胶材质制造而成。

在该弹性底部壁2的四周均垂直设置有止挡部(图中未示出)，这样，便在该弹性底部壁2上构造有容纳空间。其中，位于该弹性底壁部2的上下两端的止挡部在随弹性底部壁2进行纵向拉伸的过程中，会发生相互远离的运动，从而使得该容纳空间变大。同时，当该弹性底部壁2的纵向拉伸达到最远距离(该弹性底部壁2的纵向拉伸程度达到最大弹性极限)后，通过其自身的弹性恢复力会逐渐恢复到未发生拉伸时的最初状态。然而在该弹性底部壁2逐渐发生弹性复位的过程中，位于弹性底部壁2的上下两端的止挡部会逐渐相互靠近至最初位置，从而使得上述容纳空间变回最初的空间大小。由此可知，上述容纳空间为容纳空间。

在本发明中，为精确模拟实验应力的具体情况，需在上述容纳空间中交替分层布有不同颜色的砂体，通过观察不同颜色砂体的截面形状变化，便可判断出地应力的构造情况。由于在整个实验中需要随时观察位于容纳空间中不同颜色砂体的分布状况，因而，需将上述止挡部由透明材质制造而成。在本申请的实施例中，该止挡部可由玻璃材质制造而成。

在本申请的实施例中，该第一拉伸组件3和第二拉伸组件4分别设置在弹性底部壁2的上下两端。这样，通过如下所述的驱动组件6分别作用给使得该第一拉伸组件3和第二拉伸组件4相互远离的拉伸力，从而实现对弹性底部壁2的纵向拉伸作用。该第一拉伸组件3和第二拉伸组件4均大致呈筒状。

在本申请的实施例中，该连接组件5对称式设置在该弹性底部壁2的两侧，且位于同一侧的各连接组件5呈间隔式设置。其中，该连接组件5大致呈筒状。

在本申请的实施例中，该固定组件7固定设置在底板1上，并分别与相应的该连接组件5相固定连接。其中，在该弹性底部壁2的任一侧，各连接组件5均位于固定组件7与弹性底部壁2之间。

具体地，位于该弹性底部壁2左侧的各连接组件5均与位于该底板1左侧的固定组件7相连接，而位于该弹性底部壁2右侧的各连接组件5均与位于该底板1右侧的固定组件7相连接。从而便可实现固定位于该弹性底部壁2的左右两侧的连接组件5之间的位置，防止在该弹性底部壁2进行纵向拉伸实验时，因位于该弹性底部壁2的左右两侧的连接组件5发生相互靠近的现象，从而造成该弹性底部壁2的中间区域发生不均匀拉伸变形的弊端。

如图1所示，在一个优选的实施例中，该连接组件5包括与弹性底部壁2相连接的弹性筒体51和套设在弹性筒体51内部的柱状杆件52。具体地，位于该弹性底部壁2左侧的弹性筒体51与弹性底部壁2的左侧相连接，位于该弹性底壁部2右侧的弹性筒体51与弹性底部壁2的右侧相连接。另外，为了更好地使得弹性底部壁2在进行拉伸实验时，能够均匀拉伸变形。因而，位于该弹性底部壁2左右两侧的连接组件5应当呈对称式设置。在本申请的实施例中，该柱状杆件52的设置，用于与如下所述的连接部73相连接，从而实现对该连接部73的固定。

该弹性筒体51大致呈筒状，且内部为中空结构。为了方便该柱状杆件52能够顺利地套入该弹性筒体51的内部，并能够牢固地固定在该弹性筒体51内。因而，该弹性筒体51应当由弹性材质制造而成。在本申请的实施例中，该弹性筒体51可由橡胶材质制造而成。

在本申请的实施例中，该柱状杆件52大致呈杆状。由于该柱状杆件52的设置，能够起到连接如下所述的滚动部72。因而，该柱状杆件52应当具有一定的结构强度，故该柱状杆件52可由金属材质制造而成。为了进一步增强该柱状杆件52的结构强度，应当将该柱状杆件52设置成实体结构，避免在不断实验的过程中发生损坏的弊端。

在一个优选的实施例中，固定组件7包括导轨部71和设置在导轨部71内的滚动部72，以及连接部73。其中，该连接部73的一端与滚动部72相连接，另一端与柱状杆件52相连接。这样，通过该连接部73的设置，便实现了该滚动部72与柱状杆件52之间的连接。在本申请的实施例中，该连接部73可为杆状结构，并且应当由非弹性材质制造而成。例如，该连接部73可由金属材质制造而成。这样，不论该弹性底部壁2在进行拉伸实验或收缩实验时，该弹性底部壁2两侧的中间区域均不会发生向内回缩的现象，从而保证了该弹性底部壁2的均匀变形，使得应力的传递较为均匀。

另外，在该导轨部71的内部开设有不贯穿该导轨部71的上下表面的安装槽(图中未示出)，该安装槽用于容纳多个滚动部72，并未该滚动部72提供了可移动的轨道。

在本申请的实施例中，该导轨部71可为内部开有安装槽的导轨。

在一个优选的实施例中，该导轨部71设置在底板1上，并与该底板1为可拆卸式连接。具体地，该导轨部71可通过螺钉或螺栓紧固在底板1上，从而实现对该导轨部71的安装及固定。这样，由于该导轨部71固定在底板1上，而滚动部72设置在导轨部71中，连接部73一端与滚动部72相连接，另一端与柱状杆件52相连接。因而，便确定好了该柱状杆件52与滚动部72之间的距离。又由于该连接部73可由金属材质制造而成，因而，不论该弹性底部壁2发生拉伸形变或挤压形变，均不会造成使得该弹性底部壁2的中间两侧区域发生不均匀形变的弊端。

在一个优选的实施例中，该传递装置还包括用于驱动第一拉伸组件3和第二拉伸组件4相互靠近和远离的驱动组件6。另外，该驱动组件6还能够驱动位于弹性底部壁2的上下两端的止挡部的相互靠近和远离。

在一个具体的例子中，当在驱动组件6的作用下，带动第一拉伸组件3和第二拉伸组件4发生相互远离的运动。这样，随着第一拉伸组件3和第二拉伸组件4之间的逐渐远离，使得该弹性底部壁2在纵向上逐渐拉伸。进一步地，使得位于该弹性底部壁2左右两侧的相邻的连接组件5之间的距离逐渐增大，从而使得滚动部72在该导轨部71中逐渐滚动。由此，不仅实现了对位于该弹性底部壁2的左右两侧的连接组件5之间的横向位置固定，同时，也保证了该弹性底部壁2两侧在纵向拉伸的过程中能够均匀拉伸、均匀变形。

在一个优选的实施例中，该连接部73与柱状杆件52为可拆卸式连接。具体地，该连接部73与该柱状杆件52可为螺栓连接、螺钉连接或螺纹连接等。这样，不仅便于该连接部73的安装及拆卸，而且也大大地降低了操作人员的劳动强度，提高了工作效率。

在一个优选的实施例中，该第一拉伸组件3包括与弹性底部壁2的上端为固定连接的第一筒体31和套设在该第一筒体31内部的第一连接杆件32。该第二拉伸组件4包括与弹性底部壁2的下端为固定连接的第二筒体41和套设在该第二筒体41内部的第二连接杆件42。该第一连接杆件31和第二连接杆件42均由金属材质制造而成。

在一个优选的实施例中，驱动组件6分别与第一连接杆件32和第二连接杆件42为固定连接。这样，便使得该驱动组件6能够准确地驱动该第一连接杆件32带动第一筒体31以及驱动该第二连接杆件42带动第二筒体41进行相互靠近和远离。

在一个优选的实施例中，在驱动组件6驱动第一拉伸组件3和第二拉伸组件4相互远离的过程中，随着该弹性底部壁2的纵向逐渐被拉伸，而使得相邻连接组件5之间的距离会逐渐增大。进一步地，随着相邻连接组件5之间距离的增大，带动位于导轨部71中的上半部分的滚动部72和位于导轨部71中的下半部分的滚动部72相互远离。

在一个优选的实施例中，当上述第一拉伸组件3和第二拉伸组件4相互远离至最大位置(达到该弹性底部壁2的最大弹性极限)后，在该弹性底部壁2自身的弹性恢复力的作用下，使得相邻连接组件5之间的距离逐渐减小。进一步地，随着相邻连接组件5之间距离的减小，带动位于导轨部71中的上半部分的滚动部72和位于导轨部71中的下半部分的滚动部72相互靠近。

在本申请的实施例中，该弹性底部壁2、弹性筒体51、第一筒体31和第二筒体41均由弹性材质制造而成。另外，该弹性底部壁2、弹性筒体51、第一筒体31和第二筒体41均采用一次性注模成型工艺完成制造，从而形成一体。

根据本发明的第一个示例，该传递装置进行模拟挤压试验的具体工作过程为，首先，启动驱动组件6，使得该驱动组件6驱动第一拉伸组件3和第二拉伸组件4相互远离。当该第一拉伸组件3和第二拉伸组件4相互远离至最大位置时，则说明此时已达到弹性底部壁2所能承受的最大弹性限度。从而，停止对该第一拉伸组件3和第二拉伸组件4相互远离的驱动。

其次，将止挡部设置在该弹性底部壁2的四周位置以形成容纳空间，并使得位于该弹性底部壁左右两侧的止挡部可一直处于固定状态，然后使得位于该弹性底部壁2的上下两端的止挡部可随该弹性底部壁2的拉伸而相互远离，也可随该弹性底部壁2的收缩而相互靠近。

接下来，向容纳空间中布砂。具体地，在弹性底部壁2上交替分层布有不同颜色的砂体。当砂体厚度达到所设计的地质模型所需厚度时，停止布砂。

然后，启动驱动组件6，使得该驱动组件6以1×10^-5m/s至50×10^-5m/s的速度逐渐挤压位于该弹性底部壁2的上下两侧的止挡部相互靠近，当该弹性底部壁2在自身弹性恢复力的作用下，恢复至原长时，停止该驱动组件6的驱动工作。

最后，将设置在该弹性底部壁2四周的止挡部拆下，用专用工具将变形后的砂体按等厚度由前向后切出，并对切出部分的砂体剖面进行照相，最终用专用图像分析软件分析出应力的挤压变形。在本发明中，由于专用工具和专用图像分析软件是本领域技术人员所熟知的，因而不作详述。

根据本发明的第二个示例，该传递装置进行模拟拉伸试验的具体工作过程为，首先，将止挡部设置在该弹性底部壁2的四周位置以形成容纳空间，并使得位于该弹性底部壁左右两侧的止挡部可一直处于固定状态，然后使得位于该弹性底部壁2的上下两端的止挡部可随该弹性底部壁2的拉伸而相互远离，也可随该弹性底部壁2的收缩而相互靠近。

其次，向容纳空间中布砂。具体地，在弹性底部壁2上交替分层布有不同颜色的砂体。当砂体厚度达到所设计的地质模型所需厚度时，停止布砂。

然后，启动驱动组件6，使得该驱动组件6驱动第一拉伸组件3和第二拉伸组件4相互远离。当该第一拉伸组件3和第二拉伸组件4相互远离至最大位置时，则说明此时已达到弹性底部壁2所能承受的最大弹性限度。从而，停止对该第一拉伸组件3和第二拉伸组件4相互远离的驱动。

最后，将设置在该弹性底部壁2四周的止挡部拆下，并用专用工具将变形后的砂体按等厚度由前向后切出，并对切出部分的砂体剖面进行照相，最终用专用图像分析软件分析出应力的拉伸变形。

综上所述，该传递装置具有模拟实验应力准确、发生均匀形变以及均匀传递应力的优点。另外，该传递装置还具有结构简单、操作方便的优点。该传递装置在进行拉伸模拟和挤压模拟的实验中，能够始终保持弹性底部壁均匀拉伸和均匀收缩，从而使得弹性底部壁的变形更为均匀、应力传递的更远，进一步地，更加清晰、准确地分析出地应力的构造过程。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于模拟实验的应力传递装置，包括：

底板；

设置在所述底板上的弹性底部壁；

设置在所述弹性底部壁的上下两端的第一拉伸组件和第二拉伸组件；

对称式设置在所述弹性底部壁的两侧的多个连接组件，位于同一侧的各所述连接组件呈间隔式设置；

固定设置在所述底板上并分别与相应的所述连接组件相固定连接的固定组件；

其中，在所述弹性底部壁的任一侧，各所述连接组件均位于所述固定组件与所述弹性底部壁之间。

2.根据权利要求1所述的用于模拟实验的应力传递装置，其特征在于，所述连接组件包括与所述弹性底部壁相连接的弹性筒体，和套设在所述弹性筒体内部的柱状杆件。

3.根据权利要求2所述的用于模拟实验的应力传递装置，其特征在于，所述固定组件包括导轨部和设置在所述导轨部内的滚动部，以及一端与所述滚动部相连接，另一端与所述柱状杆件相连接的连接部。

4.根据权利要求3所述的用于模拟实验的应力传递装置，其特征在于，所述连接部与所述柱状杆件为可拆卸式连接。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的用于模拟实验的应力传递装置，其特征在于，所述传递装置还包括用于驱动所述第一拉伸组件和所述第二拉伸组件相互靠近和相互分离的驱动组件。

6.根据权利要求5所述的用于模拟实验的应力传递装置，其特征在于，所述第一拉伸组件包括与所述弹性底部壁的上端为固定连接的第一筒体和套设在所述第一筒体内的第一连接杆件；所述第二拉伸组件包括与所述弹性底部壁的下端为固定连接的第二筒体和套设在所述第二筒体内的第二连接杆件。

7.根据权利要求6所述的用于模拟实验的应力传递装置，其特征在于，所述驱动组件分别与所述第一连接杆件和所述第二连接杆件为固定连接。

8.根据权利要求5所述的用于模拟实验的应力传递装置，其特征在于，在所述驱动组件驱动所述第一拉伸组件和所述第二拉伸组件相互远离的过程中，相邻所述连接组件之间的距离逐渐增大。

9.根据权利要求5所述的用于模拟实验的应力传递装置，其特征在于，在所述第一拉伸组件和所述第二拉伸组件相互远离至最大位置后，在所述弹性底部壁的弹性恢复力的作用下，使得相邻所述连接组件之间的距离逐渐减小。

10.根据权利要求3至9中任一项所述的用于模拟实验的应力传递装置，其特征在于，所述导轨部设置在所述底板上，并与所述地板为可拆式连接。