CN108613903A - 一种采样管可拆卸型松散堆积体结构分析试验设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采样管可拆卸型松散堆积体结构分析试验设备，采样管的横截面为矩形，包括围合的左面板、后面板和右面板，以及可在左面板和右面板的竖向滑槽中上下滑动的前面板；采样管顶连接件连接到采样管的顶部，管封和橡皮圈用于采样后封闭采样管的管口；管封还设置有配合前面板上下滑动通过的开口；还包括顶封插片、导向滑轮、连杆、连杆滑轮和矩形框架等。本发明填补了针对起伏地形区域内滑坡类物理模型试验中松散体精细化堆积结构分析的空白，为此类型物理模型试验中松散体堆积机理的深入探讨提供了可能。并且，试验设备结构简单、装卸方便，性价比高。
Description
技术领域
本发明涉及滑坡地质灾害相关的试验技术领域，特别是一种采样管可拆卸型松散堆积体结构分析试验设备。
背景技术
巨型岩崩-碎屑流属于滑坡灾害之一，高陡岩质山体在地震、降雨或人工破坏等外在因素诱发下发生岩体失稳破坏，在受重力作用下向下高速运动过程中发生破碎，形成碎屑流，最终堆积在山体坡脚，往往会对下游重要结构物以及人员安全形成极大威胁，造成灾难性事件。高速碎屑流的堆积过程一直是国内外学者的研究热点，且物理模型试验目前是揭示碎屑体堆积机理的重要手段，然而试验技术的实施受设备的限制较大，有效且合理的试验设备对试验结果尤为重要。
已有的巨型岩崩-碎屑流的研究成果表明，碎屑流高速远程过程中与运动路径相互作用，并受制于堆积区地形起伏的影响，形成不同的堆积地貌及堆积结构，而堆积体内部结构差异是研究碎屑流运动机理的重要地质证据，同时对后续次生灾害演化具有重要影响。例如，碎屑体中“下部颗粒细、上部颗粒粗”这种反粒序结构可能促进碎屑流运动更远的距离；又例如碎屑流常堵塞河谷，形成滑坡坝，导致河流中断形成堰塞湖，而碎屑流堆积体不同位置，不同深度的颗粒大小、粒径级配等内部结构直接控制滑坡坝稳定性，影响坝体内部渗流场及溃坝模式。因此，对碎屑流堆积体在不同关键位置进行竖向堆积结构的取样分析尤为重要。
目前室内斜槽试验中，对碎屑流模拟中松散堆积体的分析主要是堆积体表面肉眼观察，以及进行粗略的分区域、分层筛分，获取其粒径级配，无法直接观察堆积体内部真实堆积结构及竖向粒径分布特征。且粗略的分区域、分层筛分无法获取堆积体内部结构特征，不能对关键位置的碎屑进行精细取样和粒径分析，远远无法满足试验需求。此外，如何分层取出采样管内的散粒体样本进行分析存在一定困难，而该操作的必要性极强。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对滑坡物理模型试验中松散堆积体细观结构分析的试验设备，采样可拆卸型的采样管来解决如何有效采集松散体样本并直观展示松散体内部竖向堆积结构特征，进一步观测并分析松散体不同位置处的粒径级配分布。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种采样管可拆卸型松散堆积体结构分析试验设备，所述采样管的横截面为矩形，包括围合的左面板、后面板和右面板，以及可在左面板和右面板的竖向滑槽中上下滑动的前面板；还包括采样管顶连接件、管封和橡皮圈，采样管顶连接件连接到采样管的顶部，管封和橡皮圈用于采样后封闭采样管的管口；管封还设置有配合前面板上下滑动通过的开口；还包括用于采样后固定样本顶部的顶封插片；还包括导向滑轮，导向滑轮包括底板和顶板，底板连接到采样管顶连接件的上部；还包括连杆，连杆设置有滑槽，导向滑轮的顶板通过第一滚轴穿过滑槽后连接到导向滑轮的底板，第一滚轴还套装有第一滚轮；连杆两端还设置有连杆滑轮，连杆滑轮包括依次套装在第二滚轴上的内侧板、第二滚轮和外侧板；还包括矩形框架，连杆两端的连杆滑轮分别架设在矩形框架两个相对的侧边上，连杆滑轮的内侧板、第二滚轮和外侧板分别位于矩形框架侧边的内侧、上侧和外侧。
进一步地，所述管封包括与采样管的管口相配合的封闭片，封闭片边缘连接有与采样管的左面板、右面板或后面板相配合的固定片；所述封闭片设置有配合前面板上下滑动通过的开口。
进一步地，所述连杆和矩形框架均为铁质；还包括，用于定位导向滑轮的第一磁石，用于定位连杆滑轮第二磁石。
进一步地，所述采样管顶连接件设有通气孔。
进一步地，所述连杆和矩形框架均设置有刻度线。
本发明的有益效果在于，
(1)填补了滑坡类物理模型试验中松散体精细化堆积结构分析的空白，为此类型物理模型试验中松散体堆积机理的深入探讨提供了可能。
(2)试验设备结构简单、装卸方便，在满足试验操作的同时在很大程度上简化了设备制作和操作难度。
(3)试验设备性价比高，所采用的原材料均为常见低价材料，取材方便，自制容易，可重复使用，且操作灵活性大，能够以低廉的成本满足试验的功能需求，便于批量生产并广泛推广使用。
附图说明
图1为本发明的整体结构俯视轴测图。
图2为本发明的整体结构仰视轴测图。
图3为本发明的分解示意图。
图4为采样管顶连接件的结构示意图。
图5为导向滑轮的分解示意图。
图6为导向滑轮底板的结构示意图。
图7为连杆滑轮的分解示意图。
图8-1和图8-2为采样装置在水平位置上自由调节，以及采样管口方向上自由调节的示意图。
图中：1-采样装置，11-采样管(含刻度)，12-管封(含侧板开口)，13-橡皮筋，14-活动侧板，15-顶封插片，2-连接装置，21-采样管顶连接件，211-槽口，212-矩形通气孔，213-螺纹螺栓孔(连接导向滑轮)，22-槽栓，23-导向滑轮，231-底板，2311-内嵌轴孔，2312-螺纹孔，232-滚轮，233-顶板，234-滚轴，235-插销，236-螺栓，24-U形强力磁石，3-采样点控制装置，31-方形铁框架(含刻度)，32-连杆，33-连杆滑轮，331-内侧板，332-滚轮，333-外侧板，334-滚轴，335-插销，34-U形强力磁石。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步描述。
参阅图1和图2，一种采样管可拆卸型的松散堆积体细观结构分析试验设备，包括采样装置1、连接装置2和采样点控制装置3三个组成单元，三个组成单元的详细结构如下：
参阅图3，采样装置1包括方形采样管(含刻度)11、管封12、橡皮圈(筋)13、活动侧面板14以及顶封插片15。管封12水平插入管口并将其封闭，橡皮圈(筋)13将采样管(含刻度)11和管封12紧固，保证管封12不能脱落。活动侧面板14可沿着采样管11顺向滑动。顶封插片15是用来固定采样管11内部松散样本顶面不受扰动，当活动面板14向下抽出至与样本顶面平齐时，需要插入顶封插片15，然后将采样管11平置(开口向上)，再将活动面板14水平抽出，以此保证松散样本在采样管11内部不发生变形。采样管(含刻度)11顶部留有槽口与连接装置2的采样管连接件21通过槽栓22连接。采样管为开口方管，方形采样管其一侧面板可相对整体滑动，即该面板可从方形采样管中抽出，以便于整体观测或分层筛分分析采样管内散粒体的内部结构状态。管封为水平插入管底，管封与采样管用高强度橡皮圈紧固；管封下端开有一个与上述方形采样管的可滑动面板等长等宽方形口，可以保证活动面板在抽出时可顺利滑动。采样管端口附近及管封立壁上设置橡皮筋卡槽，增加橡皮筋与采样管之间的摩擦力，防止管封脱落。管封为强度和刚度较高但质量较小的不锈钢片。橡皮圈包括高强度橡皮圈或高强度橡皮筋两种：橡皮圈可提前套在采样管顶部位置，当采样管完成取样并水平插入管封后，将橡皮圈从顶部移至底部，以此固定管封；橡皮筋则是在插入管封后，用其多次缠绕管封并打结实现管封紧固在采样管管口处。采样管顶部封口插片为高强度、高刚度的不锈钢片。当方形采样管的活动侧板抽出时，为防止松散样本漏出，需要将采样管平置且滑动侧板朝上。然而，当方形采样管朝上时，采样管内样本顶部会发生变形，松散样本流动，影响试验结果的精度，对此需要使用顶部封口插片将样本顶部固定。采样管抽出的具体操作为：先将采样管竖立，将活动侧板向下缓慢抽动，待滑动侧板顶部与样本顶部平齐时，插入顶部封口插片并固定，然后将采样管平置且滑动侧板朝上，水平抽出滑动侧板即可。
参阅图3-图6，连接装置2包括采样管顶连接件21、槽栓22、导向滑轮23、U形强力磁石24。采样管顶连接件21包含2对矩形槽口211(共4个)，位于两侧面板，其位置与尺寸与采样管顶部槽口和槽栓22相匹配，同时，还包含1对矩形通气孔212(共2个)，通气孔212位于采样管连接件21顶面靠近活动面板一侧。矩形孔可以使采样管内与管外实现气压互通，保证采样管下压时可及时排除管内气体，减小下压阻力。此外，采样管顶连接件21包含4个螺纹状螺栓孔213，螺栓孔213与导向滑轮23中底板231上的螺孔位置一致，且螺纹与螺丝236相匹配，可通过改锥旋转安装和拆卸。导向滑轮23包含底板231、滚轮232、顶板233、滚轴234、插销235以及4根螺栓236。其中底板231中包含一个内嵌轴孔2311和4个螺孔2312，内嵌轴孔2311可将滚轴234的轴帽藏于底板内部，同理，顶板及连杆滑轮两侧板均有相同设计。导向滑轮23中底板231、滚轴232和顶板233由滚轴234相连，且由插销235卡住轴头，避免脱落。导向滑轮23与采样管顶连接件21通过4根螺栓236相连接，其中导向滑轮23底板螺孔2312为无螺纹孔，而采样管顶连接件顶部螺孔214为螺纹孔，且与螺栓235相匹配。U形强力磁石24可将导向滑轮23固定在采样点控制装置3中的连杆32上。
参阅图3和图7采样点控制装置3由方形铁框架(含刻度)31、连杆32、连杆滑轮33和U形强力磁石。连杆滑轮33包含内侧板331、滚轮332、外侧板333、滚轴334和插销335。连杆32与连杆滑轮33刚接，及连杆32与连杆滑轮内侧板331刚接。连杆滑轮33安置于方形铁框架(含刻度)31上方，U型强力磁铁34用于固定连杆滑轮33。
采样管使用方法为：首先将管封12取开，透明采样管11竖向插入松散堆积体内，所有关键位置点处的采样管均插入后，通过连接装置2将采样管11与采样点控制装置3连接，然后清除采样管外松散体，将管封12水平横向插入采样管11下端，用橡皮筋13紧固封闭端口，完成采样。
试验设备中采样点位置控制及调节操作为：连杆滑轮33安置于方形铁框架(含刻度)31上方，且连杆滑轮可在方形铁框架上沿一定方向自由滑动，导向滑轮23安置于连杆32上方，且在与连杆32运动方向相垂直的方向上自由滑动，U型强力磁石34和24分别用于固定连杆滑轮33及导向滑轮23；当采样点位置发生变化时，通过移开U型强力磁石34和24使得连杆滑轮23和导向滑轮33自由移动，以此满足任意关键点的定位及松散样本采集，参阅图8-1和图8-2，可实现采样装置1在方形铁框架(含刻度)31范围内的自由水平移动及任意形状的排布。当然，可实现的排布状态不局限于上述2种状态。
由上述技术方案可知，一种采样管可拆卸型的松散堆积体细观结构分析试验设备，其主要的功能如下：
(1)对松散堆积体定点取样：针对不同松散堆积体可通过采样点控制装置来定点选取关键位置点的松散体样本，进而为堆积结构的精细化分析提供基础数据。
(2)直观展示松散堆积体细观结构：采样管本身带有刻度，且刻度尺寸可根据试验粒径级配进行选择，此外，采样管中滑动面可从采样管中直接抽出，对此，提取出的某个点位处堆积体的竖向细观结构可直接呈现在试验者面前，并利用摄像等技术进行记录，同时也可通过电镜技术进一步深入分析。此外，可拆卸的开口采样管便于对管内散体样本进行分层筛分分析，进一步细部分析内部散体结构。
(3)精确分析松散堆积体的粒径级配：完成松散堆积体细观结构的直接分析之后，可通过控制采样管管封将采样管内的松散体在高度上等分为若干份，然后对每一份分别进行筛分分析，以此深入分析松散堆积体各关键点在竖向的粒径级配分布规律。
本发明主要的技术创新点包括：采样点位置可自由调节、采样管口可有效封闭、采样管可方便装卸、采样管内部情况可直观呈现并观察，具体如下：
(1)采样点位置可自由调节，对于不同形态的堆积体而言，试验人员关注的采样点不同，因此需要采样管在采样点控制装置中连杆滑轮与连接装置导向滑轮的配合使用实现水平自由移动，本发明中磁石与铁质框架之间具有较强的吸力，可实现采样点的有效固定连接同时实现自由移动；
(2)采样管口可有效封闭，由于松散体与采样管侧壁之间的摩擦力较小，需要采完样品之后进行有效的封口处理，采样装置中将管封设置为水平插入，尽量避免松散体过多漏出，然后利用强力橡皮筋将其紧固；
(3)采样管可方便装卸，采样管插入时可整体插入也可单独插入，最终采样完成后可整体提起也可单独提起，因此要求采样管与连接装置之间可方便装配与拆卸，本发明中采用2对槽栓将采样管有效固定，并方便装卸。
(4)采样管中滑动面在缓慢抽出的同时，利用大小适中的方形挡板置于采样管内部上方并随着滑动面缓慢下降，到达松散体上面时固定并将采样管水平放置，并完全抽出滑动面既可将采样管内部松散体状态直观呈现在观察者面前。
Claims (6)
1.一种采样管可拆卸型松散堆积体结构分析试验设备，其特征在于，所述采样管的横截面为矩形，包括围合的左面板、后面板和右面板，以及可在左面板和右面板的竖向滑槽中上下滑动的前面板；还包括采样管顶连接件、管封和橡皮圈，采样管顶连接件连接到采样管的顶部，管封和橡皮圈用于采样后封闭采样管的管口；管封还设置有配合前面板上下滑动通过的开口；还包括用于采样后固定样本顶部的顶封插片；还包括导向滑轮，导向滑轮包括底板和顶板，底板连接到采样管顶连接件的上部；还包括连杆，连杆设置有滑槽，导向滑轮的顶板通过第一滚轴穿过滑槽后连接到导向滑轮的底板，第一滚轴还套装有第一滚轮；连杆两端还设置有连杆滑轮，连杆滑轮包括依次套装在第二滚轴上的内侧板、第二滚轮和外侧板；还包括矩形框架，连杆两端的连杆滑轮分别架设在矩形框架两个相对的侧边上，连杆滑轮的内侧板、第二滚轮和外侧板分别位于矩形框架侧边的内侧、上侧和外侧。
2.如权利要求1所述的一种采样管可拆卸型松散堆积体结构分析试验设备，其特征在于，所述管封包括与采样管的管口相配合的封闭片，封闭片边缘连接有与采样管的左面板、右面板或后面板相配合的固定片；所述封闭片设置有配合前面板上下滑动通过的开口。
3.如权利要求1所述的一种采样管可拆卸型松散堆积体结构分析试验设备，其特征在于，所述连杆和矩形框架均为铁质；还包括，用于定位导向滑轮的第一磁石，用于定位连杆滑轮第二磁石。
4.如权利要求1所述的一种采样管可拆卸型松散堆积体结构分析试验设备，其特征在于，所述采样管顶连接件设有通气孔。
5.如权利要求1所述的一种采样管可拆卸型松散堆积体结构分析试验设备，其特征在于，所述采样管透明，并设置有刻度线。
6.如权利要求1所述的一种采样管可拆卸型松散堆积体结构分析试验设备，其特征在于，所述连杆和矩形框架均设置有刻度线。
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