CN106768846A - 碎屑流模拟试验装置及碎屑流模型试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碎屑流模拟试验装置及碎屑流模型试验系统，涉及土木工程岩土技术领域。碎屑流模拟试验装置用于碎屑流模型试验，包括滑槽机构和翻板控制机构。控制组件用于控制控制板、翻板以及旋转轴绕旋转轴的轴线同步转动，使翻板具有将碎屑颗粒滑槽分隔为堆放区域和滑落区域的第一状态，和将堆放区域和滑落区域连通的第二状态。碎屑流模型试验系统用于对碎屑流缩尺模型进行试验，其包括土工离心机和碎屑流模拟试验装置。土工离心机能够使碎屑流缩尺模型得到与碎屑流原型一致的自重应力，并通过碎屑流模拟试验装置在离心加速度场条件下释放、运动、堆积，能较好揭示不同重力环境下碎屑流运动特性与规律，提供了一种新的试验思路。

Description

碎屑流模拟试验装置及碎屑流模型试验系统

技术领域

本发明涉及土木工程岩土技术领域，具体而言，涉及一种碎屑流模拟试验装置及碎屑流模型试验系统。

背景技术

我国是一个地质灾害发生十分频繁且灾害损失极为严重的国家，尤其在西部山区，因全球气候变化所导致的天气系统紊乱和局地强降雨，以及愈来愈剧烈的人类工程活动，致使我国地质灾害频繁发生。高速远程滑坡形成的碎屑流不仅自身失稳后影响范围广，其在脱离母岩后形成的远程“崩→滑→流”复合灾害地质体，可以运动异常远的距离并带来毁灭性破坏和重大人员伤亡。

很多研究人员在自然状态下研究碎屑流在不同条件下的运动特征，然而现有的试验装置是针对某一具体情况设计的，必须人工释放碎屑流材料，操作极不方便，效率低下。

综上所述，如何实现操作方便是本领域的技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碎屑流模拟试验装置，结构简单、设计合理，操作方便，实现自动化，同时多个碎屑颗粒滑槽能够针对不同的试验情况进行多次试验，提高试验效率，降低生产成本。

本发明的目的还在于提供了一种碎屑流模型试验系统，其中的碎屑流模型尺寸是碎屑流原型的1/n倍，土工离心机能够使缩小后的碎屑流模型产生的应力与碎屑流原型的自重应力相同，并通过碎屑流模拟试验装置在超重力场条件下释放、运动、堆积，能较好揭示不同重力环境下碎屑流运动特性与规律，提供了一种新的碎屑流模拟试验思路。

本发明的实施例是这样实现的：

基于上述目的，本发明的实施例提供了一种碎屑流模拟试验装置，用于碎屑流模型试验，其包括滑槽机构和翻板控制机构，滑槽机构包括至少一个碎屑颗粒滑槽，翻板控制机构包括控制组件和至少一个协调运动组件；每个协调运动组件包括旋转轴、翻板以及控制板，翻板和控制板一一对应的固定设置于旋转轴上，旋转轴可转动的设置于碎屑颗粒滑槽上，翻板嵌设于碎屑颗粒滑槽内，控制板设置于碎屑颗粒滑槽外，翻板将碎屑颗粒滑槽分隔为堆放区域和滑落区域；控制组件与控制板连接，且用于控制控制板、翻板以及旋转轴绕旋转轴的轴线同步转动，使翻板具有将碎屑颗粒滑槽分隔为堆放区域和滑落区域的第一状态，和将堆放区域和滑落区域连通的第二状态。

另外，根据本发明的实施例提供的，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的可选实施例中，滑槽机构还包括至少一个堆积轨道试验槽，碎屑颗粒滑槽与堆积轨道试验槽一一对应的固定连接，且滑落区域相对于堆放区域靠近堆积轨道试验槽，碎屑颗粒滑槽的槽底相对于堆积轨道试验槽的槽底倾斜。

在本发明的可选实施例中，控制组件包括控制件，控制件、碎屑颗粒滑槽以及协调运动组件的数量相同，且均为至少两个，全部滑槽机构并排设置；旋转轴包括控制端、翻板端以及位于控制端和翻板端之间的中间段，每个旋转轴的控制端固定设置有一个控制板，翻板端固定设置有一个翻板，全部旋转轴依次套设连接，且相邻的两个旋转轴中，外层的旋转轴套设于内层的旋转轴的中间段；控制件与控制板一一对应，翻板与碎屑颗粒滑槽一一对应。

在本发明的可选实施例中，协调运动组件还包括滚珠组，滚珠组包括绕旋转轴环设的多个滚珠，相邻的两个旋转轴之间为滚珠层，每个滚珠层沿旋转轴的轴线方向设置有至少两个滚珠组。

在本发明的可选实施例中，最外的滚珠层沿旋转轴的轴向均匀设置有三个滚珠组，滚珠层设置的滚珠组的数量由外层向内层依次增加，且呈等差数列。

在本发明的可选实施例中，相邻两个滚珠层中，位于内部的滚珠层设置的滚珠组数量比位于外部的滚珠层设置的滚珠组数量多两个。

在本发明的可选实施例中，碎屑颗粒滑槽、协调运动组件以及控制件的数量均为四个，控制件为电磁元件。

本发明的实施例还提供了一种碎屑流模型试验系统，用于对碎屑流模型进行试验，该碎屑流模型试验系统包括土工离心机和上述碎屑流模拟试验装置，碎屑流模拟试验装置固定设置于土工离心机；土工离心机能够加速旋转至加速度为ng，使碎屑流原型的1/n倍的碎屑流模型产生的自重应力与缩小前的碎屑流原型的自重应力相同，其中：n为碎屑流原型与缩小后的碎屑流模型的几何尺寸比，g为重力加速度，g＝9.8m/s²。

在本发明的可选实施例中，碎屑流模型试验系统还包括控制器、土工离心机包括集流环，控制组件包括继电器和控制件；控制器与集流环连接，集流环与继电器连接，继电器与控制件连接；控制器通过集流环控制继电器，使继电器在动触点与静触点之间转换，使控制件控制控制板转动。

在本发明的可选实施例中，碎屑流模型试验系统还包括相机组件，相机组件包括相机触发器和高速相机，继电器与相机触发器连接，相机触发器与高速相机连接；控制件控制控制板转动时，继电器触发相机触发器，使高速相机对岩土体模型试验过程拍照。

本发明实施例的有益效果是：碎屑流模拟试验装置及碎屑流模型试验系统结构简单、操作方便、实现自动化，可以根据实际情况选择多个碎屑颗粒滑槽，实现不同条件下释放不同碎屑颗粒滑槽内的碎屑流，提高了试验效率，降低试验成本。

综上，本发明实施例提供的能够克服常规土工物理模型试验不能重现原型重力场的局限，突破碎屑流规模尺寸效应限制，能够在实验室中相对较真实地模拟碎屑流运动堆积的过程，最大程度的逼近滑坡原型，展示出流态化特征，基于不同碎屑材料、颗粒配比工况，既丰富现有的科学研究内容，又可以将不同重力条件下碎屑流运动特性数据结合起来分析，是一项开拓性的研究工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的碎屑流模拟试验装置的一个视角的示意图；

图2为图1中滑槽机构的一个视角的示意图；

图3为图1中翻板控制机构的第一状态的示意图；

图4为图1中翻板控制机构的第二状态的示意图；

图5为图3和图4中的任一个协调运动组件的一个视角的示意图；

图6为本发明实施例2提供的碎屑流模拟试验装置的协调运动组件套设后的一个视角的示意图；

图7为图6中旋转轴套设后的一个视角的剖视图；

图8为本发明实施例3提供的碎屑流模型试验系统的示意图；

图9为本发明实施例4提供的碎屑流模型试验系统的示意图。

图标：100-碎屑流模拟试验装置；10-滑槽机构；13-碎屑颗粒滑槽；132-堆放区域；134-滑落区域；15-滑槽转角；16-堆积轨道试验槽；17-槽侧板；174-第一挡板；176-第二挡板；18-固定部；20-翻板控制机构；22-控制组件；225-控制件；25-协调运动组件；26-旋转轴；263-控制端；265-翻板端；267-中间段；28-翻板；29-控制板；30-滚珠组；32-芯轴；34-第一转轴；36-第二转轴；38-第三转轴；40-碎屑流模型试验系统；41-控制器；43-继电器；45-相机组件；47-相机触发器；48-高速相机；50-吊篮。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

其中图1—图5对应本发明的实施例1，图6和图7对应本发明的实施例2，图8对应本发明的实施例3，图9对应本发明的实施例4，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案进行详细描述。

实施例1

如图1所示，本发明实施例1提供的碎屑流模拟试验装置100，用于碎屑流模型试验，该碎屑流模拟试验装置100包括滑槽机构10和翻板控制机构20。

下面对该碎屑流模拟试验装置100的各个部件的具体结构和相互之间的对应关系进行详细说明。

首先，详细介绍滑槽机构10的具体结构。请参照图2所示，滑槽机构10包括碎屑颗粒滑槽13和堆积轨道试验槽16，碎屑颗粒滑槽13和堆积轨道试验槽16的数量相同且均为至少一个，碎屑颗粒滑槽13与堆积轨道试验槽16一一对应的固定连接，碎屑颗粒滑槽13的槽底相对于堆积轨道试验槽16的槽底倾斜，倾斜角度θ不做限定，根据实际情况需要而定。

在本发明的实施例1中，碎屑颗粒滑槽13与堆积轨道试验槽16之间通过滑槽转角15连接，滑槽转角15为圆弧形转角，优选地，滑槽转角15的槽底板采用30mm厚的6061铝合金材料加工制造，槽侧壁为30mm厚的有机玻璃加工制造。

碎屑颗粒滑槽13和堆积轨道试验槽16均包括槽底和位于槽底相对两侧的槽侧板17，碎屑颗粒滑槽13的远离堆积轨道试验槽16的一端设置有第一挡板174，堆积轨道试验槽16的远离碎屑颗粒滑槽13的一端设置有第二挡板176，由第一挡板174、槽侧板17、槽底以及第二挡板176围合成一个空腔。该碎屑颗粒滑槽13和堆积轨道试验槽16的数量均为至少一个，是指碎屑颗粒滑槽13和堆积轨道试验槽16的数量包括一个和至少两个，当滑槽机构10中的碎屑颗粒滑槽13和堆积轨道试验槽16的数量为一个时，优选地，槽侧板17为30mm厚的有机玻璃加工而成，槽底为板状且采用30mm厚的6061铝合金材料加工而成。当滑槽机构10中的碎屑颗粒滑槽13和堆积轨道试验槽16的数量为至少两个时，全部碎屑颗粒滑槽13并排设置，全部堆积轨道试验槽16并排设置，优选地，最外侧的槽侧板17为30mm厚的有机玻璃加工而成，槽底也为板状，且采用30mm厚的6061铝合金材料加工制成。

当然，当滑槽机构10中的碎屑颗粒滑槽13和堆积轨道试验槽16的数量为至少两个时，全部碎屑颗粒滑槽13可以并排连接在一起设置，也可以是并排分开设置，在本发明实施例1中，请参考图2所示，优选地，滑槽机构10包括多个碎屑颗粒滑槽13和堆积轨道试验槽16，且全部碎屑颗粒滑槽13并排连接在一起，全部堆积轨道试验槽16并排连接在一起。

请继续参照图2所示，碎屑颗粒滑槽13相对两侧的槽侧板17上设置有固定部18，该固定部18上开设有固定孔，用于将旋转轴26可转动的设置在固定部18上。

其次，详细介绍翻板控制机构20的具体结构，请参照图3和图4所示，翻板控制机构20包括控制组件22和至少一个协调运动组件25，且协调运动组件25的数量与碎屑颗粒滑槽13的数量相同，下面详细介绍。

在本发明的实施例1中，控制组件22包括至少一个控制件225，控制件225、碎屑颗粒滑槽13以及协调运动组件25的数量相同，控制件225用于控制协调运动组件25中的控制板29转动，在本发明的实施例1中，控制件225为电磁元件，电磁元件固定设置在与滑槽机构10一体的合金板上，电磁元件能够与控制板29在相吸和分开之间转换。当电磁元件与控制板29分开时，控制板29在重力作用下转动。当然，控制件225还可以有其他结构，例如液压缸、气缸或油缸等，只要控制件225能够控制控制板29转动即可。

请参照图5所示，每个协调运动组件25均包括旋转轴26、翻板28以及控制板29，翻板28与控制板29一一对应的固定设置于同一个旋转轴26上，旋转轴26可转动的设置于上述碎屑颗粒滑槽13的固定部18处，且控制板29能够带动旋转轴26和翻板28同步转动，翻板28嵌设于上述碎屑颗粒滑槽13中，翻板28的长度和宽度与碎屑颗粒滑槽13的槽内壁相匹配，且翻板28将碎屑颗粒滑槽13分隔为堆放区域132和滑落区域134，请结合图1所示，滑落区域134相对堆放区域132靠近堆积轨道试验槽16，控制板29设置于上述碎屑颗粒滑槽13外，在控制件225的作用下，控制板29、旋转轴26以及翻板28同步转动，使翻板28具有将碎屑颗粒滑槽13分隔为堆放区域132和滑落区域134的第一状态，和翻板28通过转动将堆放区域132和滑落区域134连通的第二状态。在本发明的实施例1中，旋转轴26的横截面为圆柱形，控制板29和翻板28分别通过铆钉与旋转轴26固定连接，优选地，控制板29采用厚度为10mm的导磁良好的钢材，翻板28采用质轻的6061铝合金材料。

当控制板29与电磁元件相吸时，控制板29通过旋转轴26带动翻板28固定，从而翻板28将碎屑颗粒滑槽13分隔为堆放区域132和滑落区域134；当控制板29与电磁元件分开时，控制板29和翻板28在重力作用下，以及翻板28在碎屑颗粒的冲力作用下，控制板29与翻板28同时绕旋转轴26的轴线旋转使得位于堆放区域132的碎屑颗粒滑落。

当协调运动组件25与碎屑颗粒滑槽13的数量均为至少两个时，即：控制件225、控制板29、旋转轴26、翻板28以及碎屑颗粒滑槽13数量相等且均为多个，此时，多个碎屑颗粒滑槽13并排紧挨成一体组成滑槽机构10，控制组件22固定设置在该滑槽机构10外侧，多个控制件225与多个控制板29一一对应，多个控制板29与多个翻板28一一对应的固定设置在同一个旋转轴26上。

此时，旋转轴26包括控制端263、翻板端265以及位于控制端263和翻板端265之间的中间段267，每个旋转轴26的控制端263固定设置有一个控制板29，翻板端265固定设置有一个翻板28，全部旋转轴26依次套设，且相邻两个旋转轴26中，外层的旋转轴26套设于内层的旋转轴26的中间段267。该协调运动组件25可转动的设置于碎屑颗粒滑槽13的固定部18，多个翻板28与多个碎屑颗粒滑槽13一一对应的嵌设。

总之，一个控制件225对应的控制一个控制板29，一个控制板29对应的带动一个翻板28转动，一个翻板28对应的嵌设于一个碎屑颗粒滑槽13内。通过控制不同的控制件225，可以使翻板28将不同的碎屑颗粒滑槽13隔离为堆放区域132和滑落区域134或者使堆放区域132和滑落区域134连通。

本发明实施例1提供的碎屑流模拟试验装置100的有益效果是：

一、现有的碎屑流模拟试验滑槽装置必须人工通过拔去螺栓来释放碎屑颗粒，操作不便，本发明提供的碎屑流模拟试验装置100通过控制组件22来实现自动释放碎屑颗粒，操作方便，且实现了自动化。

二、本发明提供的碎屑流模拟试验装置100可以设置为多个碎屑颗粒滑槽13，能够为不同试验条件进行多次试验，提高试验效率。

三、本发明提供的碎屑流模拟试验装置100设计合理、结构简单、操作方便实用，且极大的减小了生产成本。

实施例2

研究人员经过研究，对本发明提供的碎屑流模拟试验装置100，在上述实施例1的基础上，还可作出下述可选的其他结构方案，具体说明如下：

请参照图6所示，当碎屑颗粒滑槽13和协调运动组件25的数量均为至少两个时，不同的旋转轴26依次套设后，在控制板29和翻板28的作用下单独旋转时，相邻两个旋转轴26之间的摩擦力较大，故，本发明的实施例2提供的碎屑流模拟试验装置100中的协调运动组件25还包括滚珠组30，滚珠组30包括绕旋转轴26环设的多个滚珠，相邻套设的两个旋转轴26之间为滚珠层，每个滚珠层沿旋转轴26的轴线方向设置有至少两个滚珠组30。

在本发明的实施例2中，最外层的滚珠层沿旋转轴26的轴线方向均匀设置有三个滚珠组30，每个滚珠组30包括多个滚珠，且滚珠层设置的滚珠组30的数量由外层向内层依次呈等差数列增加。

优选地，相邻两个滚珠层中，位于内部的滚珠层设置的滚珠组30数量比位于外部的滚珠层设置的滚珠组30数量多两个，该多出的两个滚珠组30分别设置于内部的滚珠层所对应的外部的旋转轴26的控制端263和翻板端265，其余滚珠组30和外部滚珠层设置的滚珠组30的位置相同。

下面以碎屑颗粒滑槽13、协调运动组件25以及控制件225的数量均为四个为例详细说明；

请参照图7所示，控制组件22中的四个控制件225分别与协调运动组件25中的四个控制板29一一对应，四个控制板29与四个翻板28一一对应，四个翻板28与四个碎屑颗粒滑槽13一一对应。在本发明的实施例2中，控制组件22为电磁元件。

定义四个旋转轴26分别为芯轴32、第一转轴34、第二转轴36以及第三转轴38，其中，芯轴32包括芯轴控制端、芯轴翻板端以及位于芯轴控制端和芯轴翻板端之间的芯轴中间段；第一转轴34包括第一控制端、第一翻板端以及位于第一控制端和第一翻板端之间的第一中间段；第二转轴36包括第二控制端、第二翻板端以及位于第二控制端和第二翻板端之间的第二中间段；第三转轴38包括第三控制端和第三翻板端。

第一转轴34套设于芯轴中间段，第二转轴36套设于第一中间段，第三转轴38套设于第二中间段；四个控制板29分别固定设置于芯轴控制端、第一控制端、第二控制端以及第三控制端；四个翻板28分别固定设置于芯轴翻板端、第一翻板端、第二翻板端以及第三翻板端。

四个旋转轴26均可以绕芯轴32的中心轴线转动，在不同的控制件225的作用下，同一个旋转轴26上的控制板29、翻板28以及相对应的旋转轴26绕芯轴32的中心轴线同步转动。

位于最内层的芯轴32可以为实心轴，也可以为空心轴，当为空心轴时，应当选取强度较好的材质，在本发明的实施例2中，优选地，芯轴32为实心轴。

本发明实施例2提供的碎屑流模拟试验装置100的有益效果是：

该碎屑流模拟试验装置100的协调运动组件25包括控制板29、旋转轴26、翻板28以及滚珠组30，其设计合理、结构简单、摩擦力小、操作方便实用，且能够延长使用寿命，减小了生产成本。

实施例3

本发明实施例3提供了一种碎屑流模型试验系统40，该碎屑流模型试验系统40包括土工离心机和上述的实施例1和实施例2提供的碎屑流模拟试验装置100，碎屑流模拟试验装置100固定设置于土工离心机的吊篮50中，用于对碎屑流原型缩小1/n倍后的碎屑流模型进行试验。

由于高速远程滑坡—碎屑流具有明显的“规模尺寸效应”，即只有当滑坡体积大于10⁶m³时，碎屑流的运动才具有明显的流态化特征。当滑体小于该阈值时，碎屑物质没有明显的流态化特征。这是由于滑坡体积越大，前部颗粒受到后部颗粒碰撞越频繁，接受的力和动能越多造成的。

我们定义碎屑流内部任一点的自重应力为σ_p，则根据自重应力公式有：σ_p＝h＝ρgh，h为该点上部岩土体的厚度，g为重力加速度，g＝9.8m/s²；

当把碎屑流原型按照一定比例缩小成岩土体模型，设缩小n倍，则碎屑流模型对应于碎屑流原型相应点的自重应力为σ_m，根据自重应力公式有：

显然，普通物理模型试验由于无法还原碎屑流原型自重应力而不能真实地模拟碎屑流原型的变形过程。

按照牛顿第二定律与离心力公式有：F＝mω²γ＝ma；

由于离心加速度与重力加速度等效，当把碎屑流模型放入土工离心机中，并对碎屑流模型施加n倍的重力加速度，即：

F＝mω²γ＝ma＝m(ng)；

a＝ng；

此时碎屑流模型内部相应点的自重应力为：

因此，土工离心机模型试验能使缩小后的碎屑流模型产生的自重应力与缩小前的碎屑流原型的自重应力相同。基于这一原理，土工离心机能使得碎屑流模型和碎屑流原型应力应变相等、变形相似、破坏机理相同，从而使试验结果能最大程度逼近原型。

总之，土工离心机能够加速旋转至离心加速度为ng，使缩小后的碎屑流模型获得与缩小前的碎屑流原型相同的自重应力。

请参照图8所示，该碎屑流模型试验系统40还包括控制器41，土工离心机包括集流环，控制组件22包括继电器43和控制件225，控制器41与集流环连接，集流环与继电器43连接，继电器43与控制件225连接，控制器41通过集流环控制继电器43，使继电器43在动触点与静触点之间转换，从而控制协调运动组件25的转动，使位于堆放区域132的岩土体模型滑落。

实施例4

研究人员经过研究，对本发明提供的碎屑流模型试验系统40，在上述实施例3的基础上，还可作出下述可选的其他结构方案，具体说明如下：

请参照图9所示，由于碎屑流释放后的运动速度极快，一般会在0.8s内完成整个运动过程，需要高采集帧率的高速相机48进行图像采集，故，该碎屑流模型试验系统40还包括相机组件45。

该相机组件45包括相机触发器47和高速相机48，继电器43与相机触发器47连接，相机触发器47与高速相机48连接。目的为了对固定在土工离心机的吊篮50中的碎屑流模拟试验装置100在超重力场条件下释放、运动以及堆积停止的过程，进行全程高速拍照，从而揭示不同碎屑流运动的特性和规律。

综上，本发明提供的碎屑流模拟试验装置100及碎屑流模型试验系统40的有益效果为：

第一、能够克服常规土工物理模型试验不能重现原型重力场的局限，突破碎屑流规模尺寸效应限制，能够在实验室中相对较真实地模拟碎屑流运动堆积的过程，最大程度的逼近滑坡原型，展示出流态化特征。

第二、基于不同碎屑材料、不同颗粒配比工况，既丰富了现有的科学研究内容，又可将不同重力条件下碎屑流的运动特性数据结合起来分析，以获得碎屑流远程运动距离与重力加速度之间的规律性问题。

第三、碎屑流模拟试验装置100包括至少一个碎屑颗粒滑槽13，可根据实际情况需要确定碎屑颗粒滑槽13数量，也可在碎屑颗粒滑槽13中释放不同滑槽数的碎屑流，实现自动化控制，提高了试验效率。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碎屑流模拟试验装置，用于在土工离心机吊篮中开展碎屑流模型试验，其特征在于，包括滑槽机构和翻板控制机构，所述滑槽机构包括至少一个碎屑颗粒滑槽，所述翻板控制机构包括控制组件和至少一个协调运动组件；

每个所述协调运动组件包括旋转轴、翻板以及控制板，所述翻板和所述控制板一一对应的固定设置于所述旋转轴上，所述旋转轴可转动的设置于所述碎屑颗粒滑槽上，所述翻板嵌设于所述碎屑颗粒滑槽内，所述控制板设置于所述碎屑颗粒滑槽外，所述翻板将所述碎屑颗粒滑槽分隔为堆放区域和滑落区域；

所述控制组件与所述控制板连接，且用于控制所述控制板、所述翻板以及所述旋转轴绕所述旋转轴的轴线同步转动，使所述翻板具有将所述碎屑颗粒滑槽分隔为堆放区域和滑落区域的第一状态，和将所述堆放区域和所述滑落区域连通的第二状态。

2.根据权利要求1所述的碎屑流模拟试验装置，其特征在于，所述滑槽机构还包括至少一个堆积轨道试验槽，所述碎屑颗粒滑槽与所述堆积轨道试验槽一一对应的固定连接，且所述滑落区域相对于所述堆放区域靠近所述堆积轨道试验槽，所述碎屑颗粒滑槽的槽底相对于所述堆积轨道试验槽的槽底倾斜。

3.根据权利要求1所述的碎屑流模拟试验装置，其特征在于，所述控制组件包括控制件，所述控制件、所述碎屑颗粒滑槽以及所述协调运动组件的数量相同，且均为至少两个，全部所述滑槽机构并排设置；

所述旋转轴包括控制端、翻板端以及位于所述控制端和所述翻板端之间的中间段，每个所述旋转轴的所述控制端固定设置有一个所述控制板，所述翻板端固定设置有一个所述翻板，全部所述旋转轴依次套设连接，且相邻的两个所述旋转轴中，外层的所述旋转轴套设于内层的所述旋转轴的中间段；

所述控制件与所述控制板一一对应，所述翻板与所述碎屑颗粒滑槽一一对应。

4.根据权利要求3所述的碎屑流模拟试验装置，其特征在于，所述协调运动组件还包括滚珠组，所述滚珠组包括绕所述旋转轴环设的多个滚珠，相邻的两个所述旋转轴之间为滚珠层，每个所述滚珠层沿所述旋转轴的轴线方向设置有至少两个滚珠组。

5.根据权利要求4所述的碎屑流模拟试验装置，其特征在于，最外的所述滚珠层沿所述旋转轴的轴向均匀设置有三个所述滚珠组，所述滚珠层设置的滚珠组的数量由外层向内层依次增加，且呈等差数列。

6.根据权利要求5所述的碎屑流模拟试验装置，其特征在于，相邻两个所述滚珠层中，位于内部的所述滚珠层设置的所述滚珠组数量比位于外部的所述滚珠层设置的所述滚珠组数量多两个。

7.根据权利要求3-6任意一项所述的碎屑流模拟试验装置，其特征在于，所述碎屑颗粒滑槽、所述协调运动组件以及所述控制件的数量均为四个，所述控制件为电磁元件。

8.一种碎屑流模型试验系统，用于对碎屑流模型进行试验，其特征在于，包括土工离心机和上述权利要求1-7任意一项所述的碎屑流模拟试验装置，所述碎屑流模拟试验装置固定设置于所述土工离心机；

所述土工离心机能够加速旋转至加速度为ng，使碎屑流原型的1/n倍的碎屑流模型产生的自重应力与缩小前的碎屑流原型的自重应力相同，其中：n为碎屑流原型与缩小后的碎屑流模型的几何尺寸比，g为重力加速度。

9.根据权利要求8所述的碎屑流模型试验系统，其特征在于，所述碎屑流模型试验系统还包括控制器、所述土工离心机包括集流环，所述控制组件包括继电器和控制件；

所述控制器与所述集流环连接，所述集流环与所述继电器连接，所述继电器与所述控制件连接；

所述控制器通过所述集流环控制所述继电器，使所述继电器在动触点与静触点之间转换，使所述控制件控制所述控制板转动。

10.根据权利要求9所述的碎屑流模型试验系统，其特征在于，所述碎屑流模型试验系统还包括相机组件，所述相机组件包括相机触发器和高速相机，所述继电器与所述相机触发器连接，所述相机触发器与所述高速相机连接；

所述控制件控制所述控制板转动时，所述继电器触发所述相机触发器，使所述高速相机对碎屑流模型试验过程拍照。