CN109900791B - 一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，包括模拟箱、底座，在底板的下表面设有两个挂板，每一个挂板上均开有上定位孔、水平孔、下定位孔，沿承载板的周向在其内圆周壁上开有两个弧形槽，卡块滑动设置在弧形槽内，卡块的上端突出于所述弧形槽的上端面，滑动槽的两端分别与两个弧形槽的下端连通，在上顶气缸的输出端上设有顶杆，顶杆的上端铰接设有弹性金属条，在震荡筒的两端端面中部分别开有定位槽，每一个定位槽内均设有驱动气缸，在驱动气缸的输出端上连接有销柱。本方案用于在不同地形地貌条件下的堆积体稳定性的模拟，记录分析相应的实验数据，进而应对不同地形地貌条件下的堆积体来制定相应的措施，减少因堆积体崩塌而导致的损失。

Description

一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置

技术领域

本发明涉及堆石体滑塌模拟实验，具体涉及模拟震后次生地质灾害源--崩塌堆石体失稳破坏的室内实验装置，用于地质灾害前兆特征分析及灾变临界状态判断，指导堆石体失稳防护措施的有效实施。

背景技术

我国地震频发的西南地区普遍存在一类次生地质灾害源---崩塌堆石体，通常是山区陡崖危岩群体因强震作用触发崩塌、滑溃，大规模落石于山体坡角堆积而成。崩塌堆石体具有显著的物质组构分异、堆积形态随机、松散堆积亚稳定、滑溃崩塌突发等特征，常给临近人居场所、道路交通及工程建设带来极大的安全隐患。

此类次生地质灾害源受强烈地震触发由不同尺度岩块、松散落石堆积而成，由于堆积体地貌特征、物质组构、堆积形态等空间几何特征常与诱发其失稳破坏的物理力学机制间存在强烈的几何非线性关联，往往致其滑溃前兆极具突发性。由此触发的“二次”地质灾害表现出一系列不同于常规重力环境所致地质灾害的“反常”特征。如强动力的震动破裂机制、长距离抛射与运移机制、高速滑溃失稳机制等，部分灾变机制已远远超出人们现有的认知范畴。

目前国内外对堆积体稳定性的考察分析基本上还局限于土石混合型堆积体、残积体等方面，而且对震后以堆石为主的崩积体二次地质灾害破坏机理的研究并不充分，相关室内实验模拟装置更是寥寥无几。因此急需设计一种装置开展不同地貌特征、不同物质组构、不同堆积形态、不同诱发荷载下的崩塌堆石体失稳破坏室内模拟，定量研究堆石体滑溃前兆特征用于稳定性判别，有效指导并实施防治此类灾害的措施，保障人民生命与财产安全。另外，为了在室内模拟时再现堆石体失稳破坏现象，需人为施加振动荷载，而现有的激振装置大多只能单独实现直线运动轨迹、圆型运动轨迹以及往复式运动轨迹。加之，堆石体所处地形地貌的环境不同决定了其所受振动荷载亦不相同，进一步给激振装置提出了更高的技术要求。现有激振装置多因无法胜任上述要求而导致模拟结果与客观实际相差甚远，实验结果的实际应用价值大打折扣。本发明在这方面做出了有益探索。

发明内容

本发明目的在于提供一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，用于模拟堆积体在不同震动环境下的崩塌状况。

本发明通过下述技术方案实现：

一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，包括模拟箱、位于模拟箱下方的底座，在所述模拟箱底部设有底板，在底座的上端面上分别设有多个弹簧，多个所述弹簧的上端与底板的下端面连接，所述底座内部开有空腔，在底板的下表面设有两个挂板，每一个所述挂板上均开有上定位孔、水平孔以及下定位孔，且上定位孔与下定位孔沿水平孔的轴线对称分布，在底座的空腔中部设有支撑筒，支撑筒内设有上顶气缸以及两个调节气缸，在底座内还设有呈弧形的承载板，与承载板匹配的震荡筒水平放置在承载板上，在所述承载板的两个圆弧端端面上均设有开口，每一个开口内均铰接设置有活动板，沿承载板的周向在其内圆周壁上开有两个弧形槽，与弧形槽匹配的卡块滑动设置在弧形槽内，且卡块的上端突出于所述弧形槽的上端面，沿承载板的周向在其外圆周壁上开有滑动槽，且滑动槽的两端分别与两个弧形槽的下端连通，在所述上顶气缸的输出端上设有顶杆，顶杆的上端铰接设置有弧形的弹性金属条，且弹性金属条置于滑动槽内且其两端分别延伸至弧形槽内后与卡块的下端连接，在每一个所述调节气缸的输出端铰接设置有L型的连杆，且连杆的水平段与支撑筒的上端面铰接，连杆的竖直段端部与活动板的底部铰接，调节气缸的输出端伸缩能够带动活动板沿承载板的径向进行上下翻转；在所述震荡筒的两端端面中部分别开有定位槽，每一个定位槽内均设有驱动气缸，在驱动气缸的输出端上连接有销柱，且销柱与上定位孔、水平孔以及下定位孔均相互匹配，上定位孔的轴线沿其外侧端指向其内侧端的方向向下倾斜，且上定位孔的轴线与水平线之间所形成的夹角为锐角。

针对现有技术中堆积体稳定性难以在不同地形地貌下测定的问题，申请人设计出一种模拟实验方案，用于在不同地形地貌条件下的堆积体稳定性的模拟，记录分析相应的实验数据，进而应对不同地形地貌条件下的堆积体来制定相应的措施，减少因堆积体崩塌而导致的损失。

具体使用时，由模拟箱提供成型的自然堆积体，然后由底座内的震荡筒模拟自然环境中的地震波，最后再由操作人员记录在实验过程中堆积体崩塌的时间，通过计算分析，以得出相应的结论。而在实验过程中，震荡筒能够提供多种不同模式的震动波，以模拟不同类型的地震波，只需通过支撑筒内的上顶气缸以及两个调节气缸的联动来调整震荡筒的摆放位置即可实现销柱与不同定位孔的配合；其中在震荡筒下方设有弧形的承载板，承载板用于对震荡筒形成支撑，且模拟箱需要地震纵波时，承载板保持水平位置，震荡筒同样保持水平位置，上顶气缸带动顶杆上移，两个调节气缸均不启动，顶杆推动弧形的弹性金属条移动，使得弹性金属条的两端由滑动槽中移动至弧形槽内，进而带动卡块向上移动，以实现两个卡块对震荡筒的夹持，上顶气缸继续上移，使得震荡筒的向上产生一段位移，直至销柱与水平孔对中，此时位于定位槽内的驱动气缸启动，将销柱推动至与水平孔内，此时震荡筒完全被两个水平孔固定，上顶气缸的输出端下移，带动顶杆以及承载板同步下移，震荡筒与承载板脱离接触，震荡筒内的震荡结构开始工作，使得震荡筒、挂板、底板以及模拟箱开始震动，而在底座上端面上的弹簧则能够将模拟箱与底座之间的冲击力缓冲，避免底板与底座之间发生硬性碰撞而产生噪音，以方便实验人员观察；而当模拟箱需要地震横波的震动条件时，震荡筒的位置需要改变，此时，上顶气缸的输出端向上移动，带动顶杆以及弹性金属条的中部上移，使得弹性金属条的两端由滑动槽中移动至弧形槽内，进而带动卡块向上移动，以实现两个卡块对震荡筒的夹持，而两个调节气缸启动，其中一个调节气缸的输出端上移，另一个调节气缸的输出端下移，使得震荡筒开始倾斜，直至震荡筒的轴线与上定位孔或是下定位孔的轴线重合，即销柱与挂板上的上定位孔或是下定位孔对中，然后启动驱动气缸，驱动气缸的输出端推动销柱向上定位孔或是下定位孔内移动，然后上顶气缸的输出端下移，带动顶杆以及承载板同步下移，震荡筒与承载板脱离接触，震荡筒内的震荡结构开始工作，使得震荡筒、挂板、底板以及模拟箱开始震动。通过销柱与上定位孔、下定位孔或是水平孔的配合，进而实现模拟箱所需的不同振动条件，确保模拟实验的可行性，提高实验数据的准确度。需要进一步指出的是，在震荡筒倾斜时，两个活动板的在各自开口中的翻转动作完全相反，通过调节气缸输出端上铰接的L型连杆，两个活动板的活动端分别沿各自的铰接端做靠近或是远离震荡筒轴线的方向移动。

在所述底座的空腔内壁上设有一层消音棉。进一步地，在底座的空腔内壁上设置消音棉，能够在移动程度上降低震荡筒内所产生的噪音，避免其干扰实验人员的视听，提高采集实验数据的精确率。

在所述震荡筒内部开设有圆柱状的腔体，且沿腔体的轴向设有电机，电机的输出端上设有转轴，沿腔体的轴向在其内圆周壁上设有两个卡板，在每一个所述卡板中部开有通孔，且在通孔的两侧分别设有轴承，转轴的外圆周壁分别与四个轴承的内圆周壁接触，且在转轴的外圆周壁上分别固定有第一静偏心轮、第二静偏心轮，且第一静偏心轮、第二静偏心轮均置于两个卡板之间，在转轴的外圆周壁上转动设置有动偏心轮，且动偏心轮置于第一静偏心轮、第二静偏心轮之间。进一步地，震荡筒能够为模拟箱提供相应的振幅，使用时，当电机带动转轴顺时针旋转时，动偏心轮与第一静偏心轮、第二静偏心轮的静偏心距相减，从而产生小振幅，即当动偏心轮与第一静偏心轮、第二静偏心轮同时到达最低点时，在离心力的作用下，震荡筒与底板形成的整体被弹簧支撑；转轴逆时针旋转时，动偏心轮与第一静偏心轮、第二静偏心轮的静偏心距相加，进而产生大振幅，即当动偏心轮与第一静偏心轮、第二静偏心轮同时达到最高点时，在离心力的作用下，震荡筒与底板形成的整体被悬空；在不改变偏心轮质量的条件下，通过改变转轴的旋转方向就可达到改变静偏心距的目的，进而实现实验过程中模拟箱的振幅调节。并且，在空腔内还设有四个轴承，两个轴承为一组且被固定在同一个通孔的两端，使得转轴与震荡筒之间具备四个接触点位，在使用时能够确保转轴与震荡筒保持同步的振幅，防止转轴与震荡筒之间发生相对运动而导致转轴或是震荡筒内部的其他部件受损。需要指出的是，第一静偏心轮、第二静偏心轮的尺寸大小完全一致。

所述第一静偏心轮与第二静偏心轮通过挡销连接，且在动偏心轮的外圆周壁上设有缓冲块，当第一静偏心轮与动偏心轮发生相对转动时，缓冲块的侧壁能够与挡销接触，且缓冲块为矩形的弹性橡胶块。进一步地，当电机停止运行后，转轴停止转动，而动偏心轮转动设置，与第一静偏心轮之间可能会产生相对运动，而当缓冲块的侧壁与挡销接触时，两者之间会发生碰撞，且利用缓冲块的材料特性，使得硬性碰撞转变为柔性碰撞，进而降低动偏心轮的动量，以缩减动偏心轮的回复初始状态的时间。

沿所述通孔的轴向在其内圆周壁上转动设置有多个辊筒，且位于同一个通孔内的多个辊筒置于两个相对应的轴承之间，每一个所述辊筒的外圆周壁与转轴的圆周壁之间留有间隙。进一步地，在转轴长时间工作后会产生较多的热量，进而导致转轴受热后体积发生变化，在通孔内圆周壁转动设置的辊筒外径较小，能够将滑动摩擦变为滚动摩擦，可减小热量的产生，在转轴外壁与辊筒外壁之间留有的空隙，可补偿转轴的受热伸长，保证转轴在受热伸长后继续正常工作。

所述模拟箱包括盖板以及四个分别位于盖板下表面的立柱，还包括地形模拟板、主动推拉板与闭门器，且在相邻的两个所述立柱的侧壁上设有调节块，每一个调节块上均设有劣弧槽，所述地形模拟板一端的两个侧壁分别与剩余两个立柱侧壁铰接，在所述地形模拟板另一端的两个侧壁上分别设有螺杆，螺杆活动贯穿与之同侧的劣弧槽，且在螺杆的外侧端上设有与之匹配的锁紧头，在所述盖板上设有用于块石通过的开放口，闭门器的壳体固定在地形模拟板的上表面，主动推拉板与闭门器的连杆连接，在地形模拟板的上表面设有呈倾斜状态的坡形模拟板，开放口正对所述坡形模拟板的斜面；初始状态下，主动推拉板的上部朝靠近所述坡形模拟板的方向倾斜，旋转锁紧头以解除锁紧头与螺杆之间的配合，地形模拟板能够由水平状态向倾斜状态转变。进一步地，使用时，初始状态下的地形模拟板处于水平状态，而地形模拟板的一端的两个侧壁分别与四个立柱中的两个铰接，然后根据预先制定的模拟地形来调整地形模拟板的位置，转动锁紧头，使得地形模拟板的另一端的固定状态失效，调整地形模拟板，使得螺杆沿劣弧槽所处的轨迹移动，进而实现地形模拟板由初始状态向倾斜状态转变，堆积在盖板上的诸多块石由开放口下落至坡形模拟板的斜面上，经过反弹后逐渐堆积至地形模拟板的上表面上，而当块石移动至与主动推拉板的侧壁接触并对主动推拉板产生挤压时，主动推拉板在闭门器的调整作用下开始由初始状态朝远离坡形模拟板的方向发生倾斜，直至主动推拉板与地形模拟板相互垂直，且在块石下落期间，闭门器能够带动主动推拉板不断复位，直至堆积体完全稳定，然后人工拆除主动推拉板，将外部的震动器与地形模拟板底部连接，使得地形模拟板在设定的震动频率下发生抖动，记录堆积体由稳定状态完全转变至崩塌状态的时间，进而确定相应地形条件下堆积体的稳定情况，以方便为实验结果提供准确的检测数据。具体地，在块石下落期间，主动推拉板铰接设置在地形模拟板上表面，而主动推拉板下部的两个侧壁上均设置有闭门器，在闭门器的带动下，主动推拉板经过不断的翻转以及复位，当下落的块石无法自己稳定而出现自由塌落的现象，主动推拉板在该类块石的挤压力作用下向着竖直方向转动，当转到竖直状态后受到闭门器的拉力作用再次把主动推拉板拉回向内倾斜的状态，正是在这个拉回的过程中才实现了对右侧散落块石的推挤作用，使其再次堆聚，如此反复多次之后最终实现堆石的自稳定状态，即块石的堆积体坡角呈现自然休止角，进而缩短块石下落后完全稳定的时间，减少不同地形条件下模拟实验的耗时，而在堆积体完全稳定后，拆除主动推拉板能够有效降低在堆积体震荡时所受到的干扰，进而提高实验数据的准确性。

所述盖板呈矩形，且四个所述立柱的上端分别固定在所述盖板下表面的四个直角处；在与两个所述调节块异侧的两个立柱上分别开有竖直滑槽，所述坡形模拟板的一端与地形模拟板的上表面接触，在所述坡形模拟板的另一端设有调节杆，且调节杆的两个端部分别贯穿两个竖直滑槽后向外延伸，在每一个所述调节杆延伸段的外圆周壁上设有螺纹，锁紧帽与调节杆的延伸段螺纹配合。进一步地，将盖板设置成矩形，而四个立柱则分别固定在盖板下表面的四个直角处，即地形模拟板与四个立柱能够在盖板下方形成一个稳定的支撑框架，保证在地形模拟板收到高频震荡时，降低外界因素对堆积体在发生崩塌时所产生的干扰。地形模拟板的位置可调，即通过调整能够实现地形模拟板与水平面之间的夹角发生变化，而在需要模拟块石在不同坡度的斜坡上下落时，坡形模拟板与水平面的夹角同样需要调整，在与两个调节块异侧的两个立柱上分别开有竖直滑槽，而在位于上方的坡形模拟板的端部上设置调节杆，调节杆的端部滑动设置在与之对应的竖直滑槽上，通过移动调节杆能够实现坡形模拟板的具体倾斜角度，然后在旋转锁紧帽，使得坡形模拟板固定在两个立柱上，继而增加实验数据的多样性。

在位于同一侧的调节块与竖直滑槽之间还设有横向支撑杆，横向支撑杆位于地形模拟板的上方，且横向支撑杆的两端分别与调节块以及竖直滑槽所在的立柱侧壁连接，在每一个横向支撑杆上设有横向滑槽，在坡形模拟板的底端设有丝杆，且丝杆的两端分别活动贯穿两个所述横向滑槽，且在丝杆的两个端部分别设有螺帽。进一步地，在位于同一侧的调节块与竖直滑槽之间还设有横向支撑杆，在需要改变坡形模拟板倾斜角度时，可同时松开螺帽与锁紧帽，移动坡形模拟板直至其到达预定位置后，再重新旋紧螺帽与锁紧帽，确保坡形模拟板在块石下落或是地形模拟板发生震动时均能维持其稳定性，提高实验数据的准确性。

所述盖板为透明塑料板，且在所述盖板上滑动设置有挡石板，挡石板用于封闭所述开放口。作为优选，盖板为透明的塑料板，而挡石板滑动设置在盖板上，即通过移动挡石板能够调整开放口的大小，以控制块石在单位时间内的下落量，进而增加实验条件变动的灵活性。

还包括设置在开放口上方的锥形的进料斗，进料斗的底部开有矩形孔，限位挡板滑动设置在矩形孔内，且限位挡板的一侧端部突出于矩形孔后向外延伸。进一步地，在开放口上方的锥形的进料斗，并且以限位挡板辅助，能够随时控制块石的下落量，并且能够将块石集中，以缩短在多次不同条件下的实验准备的时间。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明用于在不同地形地貌条件下的堆积体稳定性的模拟，记录分析相应的实验数据，进而应对不同地形地貌条件下的堆积体来制定相应的措施，减少因堆积体崩塌而导致的损失，具体使用时，由模拟箱提供成型的自然堆积体，然后由底座内的震荡筒模拟自然环境中的地震波，最后再由操作人员记录在实验过程中堆积体崩塌的时间，通过计算分析，以得出相应的结论；

2、本发明通过销柱与上定位孔、下定位孔或是水平孔的配合，进而实现模拟箱所需的不同振动条件，确保模拟实验的可行性，提高实验数据的准确度；

3、本发明在空腔内还设有四个轴承，两个轴承为一组且被固定在同一个通孔的两端，使得转轴与震荡筒之间具备四个接触点位，在使用时能够确保转轴与震荡筒保持同步的振幅，防止转轴与震荡筒之间发生相对运动而导致转轴或是震荡筒内部的其他部件受损。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为震荡筒的结构示意图；

图3为动偏心轮与静偏心轮的配合示意图；

图4为承载板的结构示意图；

图5为使用过程中承载板的结构示意图；

图6为承载板的截面图；

图7为模拟箱的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-进料斗，2-限位挡板，3-模拟箱，4-震荡筒，5-上定位孔，6-弹簧，7-水平孔，8-下定位孔，9-底座，10-消音棉，11-底板，12-挂板，13-驱动气缸，14-滑筒、15-销柱、16-定位槽、17-连杆、18-支撑筒、19-调节气缸、20-上顶气缸、21-承载板、22-卡块、23-活动板、24-弧形槽、25-滑动槽、26-顶杆、27-弹性金属条、301-盖板、302-挡石板、303-块石、304-立柱、305-竖直滑槽、306-坡形模拟板、307-调节杆、308-锁紧帽、309-地形模拟板、310-横向支撑杆、311-调节块、312-劣弧槽、313-锁紧头、314-主动推拉板、315-闭门器、316-横向滑槽、401-卡板、402-辊筒、403-第一静偏心轮、404-挡销、405-动偏心轮、406-第二静偏心轮、407-电机、408-缓冲块。

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明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1~7所示，本实施例包括模拟箱3、位于模拟箱3下方的底座9，在所述模拟箱3底部设有底板11，在底座9的上端面上分别设有多个弹簧6，多个所述弹簧6的上端与底板11的下端面连接，所述底座9内部开有空腔，在底板11的下表面设有两个挂板12，每一个所述挂板12上均开有上定位孔5、水平孔7以及下定位孔8，且上定位孔5与下定位孔8沿水平孔7的轴线对称分布，在底座9的空腔中部设有支撑筒18，支撑筒18内设有上顶气缸20以及两个调节气缸19，在底座9内还设有呈弧形的承载板21，与承载板21匹配的震荡筒4水平放置在承载板21上，在所述承载板21的两个圆弧端端面上均设有开口，每一个开口内均铰接设置有活动板23，沿承载板21的周向在其内圆周壁上开有两个弧形槽24，与弧形槽24匹配的卡块22滑动设置在弧形槽24内，且卡块22的上端突出于所述弧形槽24的上端面，沿承载板21的周向在其外圆周壁上开有滑动槽25，且滑动槽25的两端分别与两个弧形槽24的下端连通，在所述上顶气缸20的输出端上设有顶杆26，顶杆26的上端铰接设置有弧形的弹性金属条27，且弹性金属条27置于滑动槽25内且其两端分别延伸至弧形槽24内后与卡块22的下端连接，在每一个所述调节气缸19的输出端铰接设置有L型的连杆17，且连杆17的水平段与支撑筒18的上端面铰接，连杆17的竖直段端部与活动板23的底部铰接，调节气缸19的输出端伸缩能够带动活动板23沿承载板21的径向进行上下翻转；在所述震荡筒4的两端端面中部分别开有定位槽16，每一个定位槽16内均设有驱动气缸13，在驱动气缸13的输出端上连接有销柱15，且销柱15与上定位孔5、水平孔7以及下定位孔8均相互匹配，上定位孔5的轴线沿其外侧端指向其内侧端的方向向下倾斜，且上定位孔5的轴线与水平线之间所形成的夹角为锐角。

具体使用时，由模拟箱3提供成型的自然堆积体，然后由底座9内的震荡筒4模拟自然环境中的地震波，最后再由操作人员记录在实验过程中堆积体崩塌的时间，通过计算分析，以得出相应的结论。而在实验过程中，震荡筒4能够提供多种不同模式的震动波，以模拟不同类型的地震波，只需通过支撑筒18内的上顶气缸20以及两个调节气缸19的联动来调整震荡筒4的摆放位置即可实现销柱15与不同定位孔的配合；其中在震荡筒4下方设有弧形的承载板21，承载板21用于对震荡筒4形成支撑，且模拟箱3需要地震纵波时，承载板21保持水平位置，震荡筒4同样保持水平位置，上顶气缸20带动顶杆26上移，两个调节气缸19均不启动，顶杆26推动弧形的弹性金属条27移动，使得弹性金属条27的两端由滑动槽25中移动至弧形槽24内，进而带动卡块22向上移动，以实现两个卡块22对震荡筒4的夹持，上顶气缸20继续上移，使得震荡筒4的向上产生一段位移，直至销柱15与水平孔7对中，此时位于定位槽16内的驱动气缸13启动，将销柱15推动至与水平孔7内，此时震荡筒4完全被两个水平孔7固定，上顶气缸20的输出端下移，带动顶杆26以及承载板21同步下移，震荡筒4与承载板21脱离接触，震荡筒4内的震荡结构开始工作，使得震荡筒4、挂板12、底板11以及模拟箱3开始震动，而在底座9上端面上的弹簧6则能够将模拟箱3与底座9之间的冲击力缓冲，避免底板11与底座9之间发生硬性碰撞而产生噪音，以方便实验人员观察；而当模拟箱3需要地震横波的震动条件时，震荡筒4的位置需要改变，此时，上顶气缸20的输出端向上移动，带动顶杆26以及弹性金属条27的中部上移，使得弹性金属条27的两端由滑动槽25中移动至弧形槽24内，进而带动卡块22向上移动，以实现两个卡块22对震荡筒4的夹持，而两个调节气缸19启动，其中一个调节气缸19的输出端上移，另一个调节气缸19的输出端下移，使得震荡筒4开始倾斜，直至震荡筒4的轴线与上定位孔5或是下定位孔8的轴线重合，即销柱15与挂板12上的上定位孔5或是下定位孔8对中，然后启动驱动气缸13，驱动气缸13的输出端推动销柱15向上定位孔5或是下定位孔8内移动，然后上顶气缸20的输出端下移，带动顶杆26以及承载板21同步下移，震荡筒4与承载板21脱离接触，震荡筒4内的震荡结构开始工作，使得震荡筒4、挂板12、底板11以及模拟箱3开始震动。通过销柱15与上定位孔5、下定位孔8或是水平孔7的配合，进而实现模拟箱3所需的不同振动条件，确保模拟实验的可行性，提高实验数据的准确度。

需要进一步指出的是，在震荡筒4倾斜时，两个活动板23的在各自开口中的翻转动作完全相反，通过调节气缸19输出端上铰接的L型连杆17，两个活动板23的活动端分别沿各自的铰接端做靠近或是远离震荡筒4轴线的方向移动。为增加销柱15的移动稳定性，在驱动气缸13的输出端所在的端面上设置滑筒14，滑筒14套设在销柱15上，即滑筒14的内圆周壁与销柱15的外圆周壁接触，滑筒14能够对销柱15进行限位、保护和导引，防止驱动气缸13的输出端与销柱15的连接部分出现应力受损。并且，在初始状态下，弧形的弹性金属条27的中部置于滑动槽25外，即在弹性金属条27与滑动槽25之间留有空隙，以方便为弹性金属条27的形变预留空间，即需要顶杆26的推动，弹性金属条27的中部才能向滑动槽25靠近，进而实现弹性金属条27的两端同时带动两个卡块的下端向上移动，以完成对震荡筒4的夹持。

优选地，在底座9的空腔内壁上设置消音棉10，能够在移动程度上降低震荡筒4内所产生的噪音，避免其干扰实验人员的视听，提高采集实验数据的精确率。

实施例2

如图1、2、3所示，本实施例在实施例1的基础之上，在所述震荡筒4内部开设有圆柱状的腔体，且沿腔体的轴向设有电机407，电机407的输出端上设有转轴，沿腔体的轴向在其内圆周壁上设有两个卡板401，在每一个所述卡板401中部开有通孔，且在通孔的两侧分别设有轴承，转轴的外圆周壁分别与四个轴承的内圆周壁接触，且在转轴的外圆周壁上分别固定有第一静偏心轮403、第二静偏心轮406，且第一静偏心轮403、第二静偏心轮406均置于两个卡板401之间，在转轴的外圆周壁上转动设置有动偏心轮405，且动偏心轮405置于第一静偏心轮403、第二静偏心轮406之间。

震荡筒4能够为模拟箱3提供相应的振幅，使用时，当电机407带动转轴顺时针旋转时，动偏心轮405与第一静偏心轮403、第二静偏心轮406的静偏心距相减，从而产生小振幅，即当动偏心轮405与第一静偏心轮403、第二静偏心轮406同时到达最低点时，在离心力的作用下，震荡筒4与底板11形成的整体被弹簧6支撑；转轴逆时针旋转时，动偏心轮405与第一静偏心轮403、第二静偏心轮406的静偏心距相加，进而产生大振幅，即当动偏心轮405与第一静偏心轮403、第二静偏心轮406同时达到最高点时，在离心力的作用下，震荡筒4与底板11形成的整体被悬空；在不改变偏心轮质量的条件下，通过改变转轴的旋转方向就可达到改变静偏心距的目的，进而实现实验过程中模拟箱3的振幅调节。

并且，在空腔内还设有四个轴承，两个轴承为一组且被固定在同一个通孔的两端，使得转轴与震荡筒4之间具备四个接触点位，在使用时能够确保转轴与震荡筒4保持同步的振幅，防止转轴与震荡筒4之间发生相对运动而导致转轴或是震荡筒4内部的其他部件受损。

其中，所述第一静偏心轮403与第二静偏心轮406通过挡销404连接，且在动偏心轮405的外圆周壁上设有缓冲块408，当第一静偏心轮403与动偏心轮405发生相对转动时，缓冲块408的侧壁能够与挡销404接触，且缓冲块408为矩形的弹性橡胶块。当电机407停止运行后，转轴停止转动，而动偏心轮405转动设置，与第一静偏心轮403或是第二静偏心轮406之间可能会产生相对运动，而当缓冲块408的侧壁与挡销404接触时，两者之间会发生碰撞，且利用缓冲块408的材料特性，使得硬性碰撞转变为柔性碰撞，进而降低动偏心轮405的动量，以缩减动偏心轮405的回复初始状态的时间。

在本实施例中，沿所述通孔的轴向在其内圆周壁上转动设置有多个辊筒402，且位于同一个通孔内的多个辊筒402置于两个相对应的轴承之间，每一个所述辊筒402的外圆周壁与转轴的圆周壁之间留有间隙。在转轴长时间工作后会产生较多的热量，进而导致转轴受热后体积发生变化，在通孔内圆周壁转动设置的辊筒402外径较小，能够将滑动摩擦变为滚动摩擦，可减小热量的产生，在转轴外壁与辊筒402外壁之间留有的空隙，可补偿转轴的受热伸长，保证转轴在受热伸长后继续正常工作。

实施例3

如图7所示，本实施例包括盖板301以及四个分别位于盖板301下表面的立柱304，还包括地形模拟板309、主动推拉板314与闭门器315，且在相邻的两个所述立柱304的侧壁上设有调节块311，每一个调节块311上均设有劣弧槽312，所述地形模拟板309一端的两个侧壁分别与剩余两个立柱304侧壁铰接，在所述地形模拟板309另一端的两个侧壁上分别设有螺杆，螺杆活动贯穿与之同侧的劣弧槽312，且在螺杆的外侧端上设有与之匹配的锁紧头313，在所述盖板301上设有用于块石303通过的开放口，闭门器315的壳体固定在地形模拟板309的上表面，主动推拉板314与闭门器315的连杆连接，在地形模拟板309的上表面设有呈倾斜状态的坡形模拟板306，开放口正对所述坡形模拟板306的斜面；初始状态下，主动推拉板314的上部朝靠近所述坡形模拟板306的方向倾斜，旋转锁紧头313以解除锁紧头313与螺杆之间的配合，地形模拟板309能够由水平状态向倾斜状态转变。

本实施例在具体使用时，初始状态下的地形模拟板309处于水平状态，而地形模拟板309的一端的两个侧壁分别与四个立柱304中的两个铰接，然后根据预先制定的模拟地形来调整地形模拟板309的位置，转动锁紧头313，使得地形模拟板309的另一端的固定状态失效，调整地形模拟板309，使得螺杆沿劣弧槽312所处的轨迹移动，进而实现地形模拟板309由水平状态向倾斜状态转变，堆积在盖板301上的诸多块石303由开放口下落至坡形模拟板306的斜面上，经过反弹后逐渐堆积至地形模拟板309的上表面上，而当块石303移动至与主动推拉板314的侧壁接触并对主动推拉板314产生挤压时，主动推拉板314在闭门器315的调整作用下开始由初始状态朝远离坡形模拟板306的方向发生倾斜，直至主动推拉板314与地形模拟板309相互垂直，且在块石303下落期间，闭门器315能够带动主动推拉板314不断复位，直至堆积体完全稳定，然后人工拆除主动推拉板314，将外部的震动器与地形模拟板309底部连接，使得地形模拟板309在设定的震动频率下发生抖动，记录堆积体由稳定状态完全转变至崩塌状态的时间，进而确定相应地形条件下堆积体的稳定情况，以方便为实验结果提供准确的检测数据。

在块石303下落期间，主动推拉板314铰接设置在地形模拟板309上表面，而主动推拉板314下部的两个侧壁上均设置有闭门器315，在闭门器315的带动下，主动推拉板314经过不断的翻转以及复位，当下落的块石303无法自己稳定而出现自由塌落的现象，主动推拉板314在该类块石303的挤压力作用下向着竖直方向转动，当转到竖直状态后受到闭门器315的拉力作用再次把主动推拉板314拉回向内倾斜的状态，正是在这个拉回的过程中才实现了对右侧散落块石303的推挤作用，使其再次堆聚，如此反复多次之后最终实现堆石的自稳定状态，即块石303的堆积体坡角呈现自然休止角，进而缩短块石303下落后完全稳定的时间，减少不同地形条件下模拟实验的耗时，而在堆积体完全稳定后，拆除主动推拉板314能够有效降低在堆积体震荡时所受到的干扰，进而提高实验数据的准确性。

在本实施例中，优选地，还进一步限定了在主动推拉板314与坡形模拟板306之间留有间距，使得块石303在经开放口、坡形模拟板306后落入地形模拟板309上时具备足够的空间，进而实现不同体积的堆积体的成形，确保实验数据的多样性。

实施例4

如图7所示，本实施例在与两个所述调节块311异侧的两个立柱304上分别开有竖直滑槽305，所述坡形模拟板306的一端与地形模拟板309的上表面接触，在所述坡形模拟板306的另一端设有调节杆307，且调节杆307的两个端部分别贯穿两个竖直滑槽305后向外延伸，在每一个所述调节杆307延伸段的外圆周壁上设有螺纹，锁紧帽308与调节杆307的延伸段螺纹配合；在位于同一侧的调节块311与竖直滑槽305之间还设有横向支撑杆310，横向支撑杆310位于地形模拟板309的上方，且横向支撑杆310的两端分别与调节块311以及竖直滑槽305所在的立柱304侧壁连接，在每一个横向支撑杆310上设有横向滑槽316，在坡形模拟板306的底端设有丝杆，且丝杆的两端分别活动贯穿两个所述横向滑槽316，且在丝杆的两个端部分别设有螺帽。

地形模拟板309的位置可调，即通过调整能够实现地形模拟板309与水平面之间的夹角发生变化，而在需要模拟块石303在不同坡度的斜坡上下落时，坡形模拟板306与水平面的夹角同样需要调整，在与两个调节块311异侧的两个立柱304上分别开有竖直滑槽305，而在位于上方的坡形模拟板306的端部上设置调节杆307，调节杆307的端部滑动设置在与之对应的竖直滑槽305上，通过移动调节杆307能够实现坡形模拟板306的具体倾斜角度，然后在旋转锁紧帽308，使得坡形模拟板306固定在两个立柱304上，继而增加实验数据的多样性。其中，在需要改变坡形模拟板306倾斜角度时，可同时松开螺帽与锁紧帽308，移动坡形模拟板306直至其到达预定位置后，再重新旋紧螺帽与锁紧帽308，确保坡形模拟板306在块石303下落或是地形模拟板309发生震动时均能维持其稳定性，提高实验数据的准确性。即通过设置的竖直滑槽305、劣弧槽312以及横向滑槽316，不仅使得地形模拟板309能够实现自身的角度变化，还能满足坡形模拟板306的自身倾斜角度的变化，确保本实施例在实施时能够在最大程度上贴合实际的地形地貌。

本实施例还包括设置在开放口上方的锥形的进料斗1，进料斗1的底部开有矩形孔，限位挡板2滑动设置在矩形孔内，且限位挡板2的一侧端部突出于矩形孔后向外延伸。在开放口上方的锥形的进料斗1，并且以限位挡板2辅助，能够随时控制块石的下落量，并且能够将块石集中堆放，以缩短在多次不同条件下的实验准备的时间。

作为优选，盖板301为透明的塑料板，而挡石板302滑动设置在盖板301上，即通过移动挡石板302能够调整开放口的大小，以控制块石303在单位时间内的下落量，进而增加实验条件变动的灵活性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，包括模拟箱（3）、位于模拟箱（3）下方的底座（9），其特征在于：在所述模拟箱（3）底部设有底板（11），在底座（9）的上端面上分别设有多个弹簧（6），多个所述弹簧（6）的上端与底板（11）的下端面连接，所述底座（9）内部开有空腔，在底板（11）的下表面设有两个挂板（12），每一个所述挂板（12）上均开有上定位孔（5）、水平孔（7）以及下定位孔（8），且上定位孔（5）与下定位孔（8）沿水平孔（7）的轴线对称分布，在底座（9）的空腔中部设有支撑筒（18），支撑筒（18）内设有上顶气缸（20）以及两个调节气缸（19），在底座（9）内还设有呈弧形的承载板（21），与承载板（21）匹配的震荡筒（4）水平放置在承载板（21）上，在所述承载板（21）的两个圆弧端端面上均设有开口，每一个开口内均铰接设置有活动板（23），沿承载板（21）的周向在其内圆周壁上开有两个弧形槽（24），与弧形槽（24）匹配的卡块（22）滑动设置在弧形槽（24）内，且卡块（22）的上端突出于所述弧形槽（24）的上端面，沿承载板（21）的周向在其外圆周壁上开有滑动槽（25），且滑动槽（25）的两端分别与两个弧形槽（24）的下端连通，在所述上顶气缸（20）的输出端上设有顶杆（26），顶杆（26）的上端铰接设置有弧形的弹性金属条（27），且弹性金属条（27）置于滑动槽（25）内且其两端分别延伸至弧形槽（24）内后与卡块（22）的下端连接，在每一个所述调节气缸（19）的输出端铰接设置有L型的连杆（17），且连杆（17）的水平段与支撑筒（18）的上端面铰接，连杆（17）的竖直段端部与活动板（23）的底部铰接，调节气缸（19）的输出端伸缩能够带动活动板（23）沿承载板（21）的径向进行上下翻转；

在所述震荡筒（4）的两端端面中部分别开有定位槽（16），每一个定位槽（16）内均设有驱动气缸（13），在驱动气缸（13）的输出端上连接有销柱（15），且销柱（15）与上定位孔（5）、水平孔（7）以及下定位孔（8）均相互匹配，上定位孔（5）的轴线沿其外侧端指向其内侧端的方向向下倾斜，且上定位孔（5）的轴线与水平线之间所形成的夹角为锐角。

2.根据权利要求1所述的一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，其特征在于：在所述底座（9）的空腔内壁上设有一层消音棉（10）。

3.根据权利要求1所述的一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，其特征在于：在所述震荡筒（4）内部开设有圆柱状的腔体，且沿腔体的轴向设有电机（407），电机（407）的输出端上设有转轴，沿腔体的轴向在其内圆周壁上设有两个卡板（401），在每一个所述卡板（401）中部开有通孔，且在通孔的两侧分别设有轴承，转轴的外圆周壁分别与四个轴承的内圆周壁接触，且在转轴的外圆周壁上分别固定有第一静偏心轮（403）、第二静偏心轮（406），且第一静偏心轮（403）、第二静偏心轮（406）均置于两个卡板（401）之间，在转轴的外圆周壁上转动设置有动偏心轮（405），且动偏心轮（405）置于第一静偏心轮（403）、第二静偏心轮（406）之间。

4.根据权利要求3所述的一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，其特征在于：所述第一静偏心轮（403）与第二静偏心轮（406）通过挡销（404）连接，且在动偏心轮（405）的外圆周壁上设有缓冲块（408），当第一静偏心轮（403）与动偏心轮（405）发生相对转动时，缓冲块（408）的侧壁能够与挡销（404）接触，且缓冲块（408）为矩形的弹性橡胶块。

5.根据权利要求3所述的一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，其特征在于：沿所述通孔的轴向在其内圆周壁上转动设置有多个辊筒（402），且位于同一个通孔内的多个辊筒（402）置于两个相对应的轴承之间，每一个所述辊筒（402）的外圆周壁与转轴的圆周壁之间留有间隙。

6.根据权利要求1所述的一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，其特征在于：所述模拟箱（3）包括盖板（301）以及四个分别位于盖板（301）下表面的立柱（304），还包括地形模拟板（309）、主动推拉板（314）与闭门器（315），且在相邻的两个所述立柱（304）的侧壁上设有调节块（311），每一个调节块（311）上均设有劣弧槽（312），所述地形模拟板（309）一端的两个侧壁分别与剩余两个立柱（304）侧壁铰接，在所述地形模拟板（309）另一端的两个侧壁上分别设有螺杆，螺杆活动贯穿与之同侧的劣弧槽（312），且在螺杆的外侧端上设有与之匹配的锁紧头（313），在所述盖板（301）上设有用于块石（303）通过的开放口，闭门器（315）的壳体固定在地形模拟板（309）的上表面，主动推拉板（314）与闭门器（315）的连杆连接，在地形模拟板（309）的上表面设有呈倾斜状态的坡形模拟板（306），开放口正对所述坡形模拟板（306）的斜面；初始状态下，主动推拉板（314）的上部朝靠近所述坡形模拟板（306）的方向倾斜，旋转锁紧头（313）以解除锁紧头（313）与螺杆之间的配合，地形模拟板（309）能够由水平状态向倾斜状态转变。

7.根据权利要求6所述的一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，其特征在于：所述盖板（301）呈矩形，且四个所述立柱（304）的上端分别固定在所述盖板（301）下表面的四个直角处；在与两个所述调节块（311）异侧的两个立柱（304）上分别开有竖直滑槽（305），所述坡形模拟板（306）的一端与地形模拟板（309）的上表面接触，在所述坡形模拟板（306）的另一端设有调节杆（307），且调节杆（307）的两个端部分别贯穿两个竖直滑槽（305）后向外延伸，在每一个所述调节杆（307）延伸段的外圆周壁上设有螺纹，锁紧帽（308）与调节杆（307）的延伸段螺纹配合。

8.根据权利要求6所述的一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，其特征在于：在位于同一侧的调节块（311）与竖直滑槽（305）之间还设有横向支撑杆（310），横向支撑杆（310）位于地形模拟板（309）的上方，且横向支撑杆（310）的两端分别与调节块（311）以及竖直滑槽（305）所在的立柱（304）侧壁连接，在每一个横向支撑杆（310）上设有横向滑槽（316），在坡形模拟板（306）的底端设有丝杆，且丝杆的两端分别活动贯穿两个所述横向滑槽（316），且在丝杆的两个端部分别设有螺帽。

9.根据权利要求6所述的一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，其特征在于：所述盖板（301）为透明塑料板，且在所述盖板（301）上滑动设置有挡石板（302），挡石板（302）用于封闭所述开放口。

10.根据权利要求9所述的一种崩塌堆石体失稳破坏模拟装置，其特征在于：还包括设置在开放口上方的锥形的进料斗（1），进料斗（1）的底部开有矩形孔，限位挡板（2）滑动设置在矩形孔内，且限位挡板（2）的一侧端部突出于矩形孔后向外延伸。

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