CN113888946A - 一种多功能高速远程滑坡动力学过程物理模型试验装置 - Google Patents

Abstract

一种多功能高速远程滑坡动力学过程物理模型试验装置，包括底座，底座右侧上有竖板，竖板底端连接横梁，横梁下侧有电动伸缩杆，竖板内侧有第一滑道，第一滑道底部外侧有支撑板，支撑板外侧开设滑槽，滑槽内部有第二滑块，第二滑块内有导向通孔，导向通孔内有撑杆，撑杆间有摆杆，摆杆另一端安装投掷箱，投掷箱上有滑坡体放入口，投掷箱下端有开门机构。本发明在使用时可根据实验条件设定滑坡体的体积、滑道的坡度、滑坡体的初始高度、附加给滑坡体的初速度以及地质条件的设定，利用摆杆的原理给滑坡体提供了失稳前的初速度，通过滑块机构实现对滑道的坡度和滑坡体的初始高度的调节，能够进一步地更加准确地模拟各种条件下的高速远程滑坡。

Description

一种多功能高速远程滑坡动力学过程物理模型试验装置

技术领域

本发明属于地质灾害模型试验技术领域，具体地说是一种多功能高速远程滑坡动力学过程物理模型试验装置。

背景技术

高速远程滑坡是世界范围内最主要的地质灾害之一，其滑动速度快、滑动距离远、破坏能力强，高速远程滑坡对人类生存环境和生产生活的破坏和损失是十分严重的。

国内外对高速远程滑坡成因机理归划为四大类：第一类是滑床润滑层和土石体液化；第二类是滑坡土石体的体积效应；第三类是颗粒相互压强作用；第四类空气垫滑翔效应和碎屑流包裹空气流态化作用。以上四类关于高速远程滑坡成因机理的本质因素都可归结为：在滑坡体启动前，存在某种因素导致滑动面上的摩擦阻力突然降到极小；在启动后，滑坡体所经过的坡面摩擦阻力也因某种因素变得不大。从而，滑坡体在失稳时立即获得一定的初速度，在移动后，山坡滑道上所遇阻力极小，从而高速地远程运移；对于高速远程滑坡动力学过程物理研究，国内外的学者按照高速远程滑坡演化的规律，将动力学过程划分为启程、近程与远程三个阶段，近程与远程又统称为运动堆积阶段；由于高速远程滑坡运动堆积的过程能够在极短的时间内以极高的速度滑动超远距离，所以一旦出现高速远程滑坡就极有可能成为灾难性的事件。因此研究高速远程滑坡的动力学过程具有重大的现实意义。

研究高速远程滑坡动力学过程有现场勘测、物理模型试验、模拟分析数据等方法，其中物理模型试验倍受推崇，在国内外地质工程、岩土工程、土木工程以及采矿工程等研究中广泛应用到了物理模型试验，物理模型试验是解决大型复杂工程课题的重要手段。相似原理是物理模型试验的理论基础，是验证新理论和新方法可靠性的实践基础。物理模型试验不仅能够较好地反映滑坡灾害发生时的地质特征，而且在实验室内就可以完成，这样不仅实验结果准确而且省时省力，试验的成本相对现场勘测要低很多。

但是现有的高速远程滑坡物理模型试验的装置普遍采用滑坡体自动滑落的形式，即在一定的高度设定卡板挡住滑体，试验时抽出卡板使滑体自动滑落。该过程看似与高速远程滑坡原理相似，实则不然；因为抽出挡板的过程滑动面上的摩擦阻力几乎没有任何变化，滑坡体在失稳时的初速度几乎为零；基于相似性原理，在进行高速远程滑坡物理实验时应该给滑坡体在失稳时一个较大的初速度；同时高速远程滑坡动力学过程在运动堆积阶段也有众多影响因素，主要包括滑坡坡度、滑坡体体积与地质条件三大因素。因此物理模型试验装置需要综合考虑上述因素，才能准确地达到高速远程滑坡动力学过程影响研究的效果。

综上所述，物理模型试验不仅可以直观地展现高速远程滑坡动力学全过程，并且能够弥补现场勘测与数值模拟等方法的不足。

目前，在进行高速远程滑坡动力学过程物理模型试验时往往会存在以下几点问题：（１）实验装置无法给滑坡体提供一定的初速度；

（２）实验功能不全面，同一装置很难满足不同的测试条件；

（３）实验周期长，滑坡体的采集与回收不方便；

（４）实验器材组装调试困难。

发明内容

本发明提供一种多功能高速远程滑坡动力学过程物理模型试验装置，用以解决现有技术中的缺陷。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种多功能高速远程滑坡动力学过程物理模型试验装置，包括底座，底座的右侧顶面安装前后对称的两块竖板，两块竖板的外侧套装导向套，导向套穿插安装于底座的顶面，两块竖板的底端固定连接横梁，横梁的下侧设有电动伸缩杆，电动伸缩杆的上端连接于横梁，电动伸缩杆的下端与底座连接，两块竖板的外侧设有竖向导轨，导轨配合安装第一滑块，第一滑块的中间位置设有铰接轴；两块竖板的内侧设有第一滑道，第一滑道的底部外侧安装支撑板，支撑板的上端与竖板的上端铰接连接，支撑板的外侧开设与之平行的滑槽，滑槽内部配合安装第二滑块，第二滑块内设有与滑槽垂直的导向通孔，导向通孔内部配合安装撑杆，两撑杆之间设有两摆杆，两摆杆的长度可调节，撑杆的下端通过铰接轴与第一滑块铰接安装，撑杆的上端侧面与摆杆靠近端部的侧面铰接连接，摆杆的另一端安装投掷箱，投掷箱的顶部设有滑坡体放入口，投掷箱的下端设有开门机构，第一滑道的下端设有第二滑道，第二滑道的一端通过过渡滑道与第一滑道连接，第二滑道的下侧固定安装支撑架，支撑架的下部设有第二导轨，第二导轨固定安装于底座的上表面；第一滑道与撑杆相交的位置即为滑体的初始位置，当投掷箱摆动至初始位置时，开门机构将会自动开启。

如上所述的一种多功能高速远程滑坡动力学过程物理模型试验装置，所述的开门机构包括门板，门板的左端与投掷箱的底部左侧铰接连接，门板右端设有盲孔，投掷箱的右侧面开设竖向的长条形凹槽，长条形凹槽的下端对应盲孔开设通孔，通孔内部安装插销，插销的左端可对应插入盲孔，插销的右端设有压力弹簧；长条形凹槽内部设有杠杆，杠杆的中部设有支点，杠杆的下端与插销固定连接，杠杆的顶端安装短推杆，短推杆的外侧安装斜板，斜板的下端与投掷箱的右侧面固定连接，压力弹簧左端与插销的端部固定连接，压力弹簧的右端与斜板固定连接。

如上所述的一种多功能高速远程滑坡动力学过程物理模型试验装置，所述的摆杆与撑杆铰接的铰接处安装刻度盘，刻度盘与撑杆的内侧面固定连接，相对应地摆杆的侧面刻有指向刻度盘的指示标志，摆杆的伸缩杆表面刻有刻度标尺。

如上所述的一种多功能高速远程滑坡动力学过程物理模型试验装置，所述的底座一端底部增设滚轮，滚轮的支架与底座的底部固定连接，底座另一端的两侧面对称安装支撑块，支撑块中间开设螺纹孔，螺纹孔内配合安装带垫脚的螺杆，底座的表面固定安装水平校准仪。

如上所述的一种多功能高速远程滑坡动力学过程物理模型试验装置，所述的底座左侧为开口，开口内部配合安装收纳盒，收纳盒可在底座内部滑动，收纳盒上方的开口与第二滑道相对应。

本发明的优点是：本发明在使用时可根据实验条件设定滑坡体的体积、滑道的坡度、滑坡体的初始高度、附加给滑坡体的初速度以及地质条件的设定；进行实验之前，可用量具测量好滑坡体的体积再装入投掷箱内，即可实现设定滑坡体的体积；启动电动伸缩杆，电动伸缩杆带动横梁向下移动，竖板也随之向下移动，与竖板顶部铰接的支撑板带动第一滑道整体向左摆动，第二滑道也会随之向左滑移，当第一滑道的坡度到达实验要求时，锁定电动伸缩杆，即可实现设定滑道的坡度；调节第一滑块的位置，第一滑块的向下移动，撑杆将在第二滑块的导向通孔内部滑动，并带动第二滑块也沿着滑槽向下移动，滑坡体的初始高度随之降低，在此过程中撑杆与第一滑道始终为相互垂直的关系，再调节好摆杆的长度，使投掷箱随摆杆摆动时刚好与滑坡体的初始位置相切，即可实现设定滑坡体的初始高度；根据设定的初速度将投掷箱抬起使摆杆打开至合适的角度后松开，摆杆带动投掷箱向下摆动，当投掷箱下摆至滑坡体初始高度时，投掷箱的开门机构打开，滑坡体滑出后进入第一滑道，再经过过渡滑道，最后进入第二滑道；所有滑道的截面为U形，其内部可根据实验要求模拟地质条件填充合适的物质，属于现有技术，此处不作赘述；该过程巧妙地利用摆杆的原理给滑坡体提供了失稳前的初速度，又通过滑块机构实现对滑道的坡度和滑坡体的初始高度的调节，相比现有的技术设备，本发明能够进一步地更加准确地模拟各种条件下的高速远程滑坡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；图2是图1中Ⅰ部放大示意图；图3是图1中Ⅱ部放大示意图；图4是图1中A向放大示意图。

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。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。

一种多功能高速远程滑坡动力学过程物理模型试验装置，如图所示，包括底座1，底座1的右侧顶面安装前后对称的两块竖板2，两块竖板2的外侧套装导向套3，导向套3穿插安装于底座1的顶面，两块竖板2的底端固定连接横梁4，横梁4的下侧设有电动伸缩杆5，电动伸缩杆5的上端连接于横梁4，电动伸缩杆5的下端与底座1连接，两块竖板2的外侧设有竖向导轨6，导轨6配合安装第一滑块7，第一滑块7的中间位置设有铰接轴8；两块竖板2的内侧设有第一滑道9，第一滑道9的底部外侧安装支撑板10，支撑板10的上端与竖板2的上端铰接连接，支撑板10的外侧开设与之平行的滑槽11，滑槽11内部配合安装第二滑块12，第二滑块12内设有与滑槽11垂直的导向通孔13，导向通孔13内部配合安装撑杆14，两撑杆14之间设有两摆杆15，两摆杆15的长度可调节，撑杆14的下端通过铰接轴8与第一滑块7铰接安装，撑杆14的上端侧面与摆杆15靠近端部的侧面铰接连接，摆杆15的另一端安装投掷箱16，投掷箱16的顶部设有滑坡体放入口17，投掷箱16的下端设有开门机构18，第一滑道9的下端设有第二滑道19，第二滑道19的一端通过过渡滑道20与第一滑道9连接，第二滑道19的下侧固定安装支撑架21，支撑架21的下部设有第二导轨22，第二导轨22固定安装于底座1的上表面；第一滑道9与撑杆14相交的位置即为滑体的初始位置，当投掷箱16摆动至初始位置时，开门机构18将会自动开启。本发明在使用时可根据实验条件设定滑坡体的体积、滑道的坡度、滑坡体的初始高度、附加给滑坡体的初速度以及地质条件的设定；进行实验之前，可用量具测量好滑坡体的体积再装入投掷箱16内，即可实现设定滑坡体的体积；启动电动伸缩杆5，电动伸缩杆5带动横梁4向下移动，竖板2也随之向下移动，与竖板2顶部铰接的支撑板10带动第一滑道9整体向左摆动，第二滑道19也会随之向左滑移，当第一滑道9的坡度到达实验要求时，锁定电动伸缩杆5，即可实现设定滑道的坡度；调节第一滑块7的位置，第一滑块7的向下移动，撑杆14将在第二滑块12的导向通孔13内部滑动，并带动第二滑块12也沿着滑槽11向下移动，滑坡体的初始高度随之降低，在此过程中撑杆14与第一滑道9始终为相互垂直的关系，再调节好摆杆15的长度，使投掷箱16随摆杆15摆动时刚好与滑坡体的初始位置相切，即可实现设定滑坡体的初始高度；根据设定的初速度将投掷箱16抬起使摆杆15打开至合适的角度后松开，摆杆15带动投掷箱16向下摆动，当投掷箱16下摆至滑坡体初始高度时，投掷箱16的开门机构18打开，滑坡体滑出后进入第一滑道9，再经过过渡滑道20，最后进入第二滑道19；所有滑道的截面为U形，其内部可根据实验要求模拟地质条件填充合适的物质，属于现有技术，此处不作赘述；该过程巧妙地利用摆杆的原理给滑坡体提供了失稳前的初速度，又通过滑块机构实现对滑道的坡度和滑坡体的初始高度的调节，相比现有的技术设备，本发明能够进一步地更加准确地模拟各种条件下的高速远程滑坡。

具体而言，本发明为提供给滑坡体一个初速度所采用的投掷箱16，需要保证在抬起投掷箱16和投放滑坡体的时候开门机构18不会开启，在摆杆15带动投掷箱16摆动至滑坡体的初始位置时立即启动开门机构18，故此需要设计专用的开门机构18，如图２所示，本实施例所述的开门机构18包括门板23，门板23的左端与投掷箱16的底部左侧铰接连接，门板23右端设有盲孔24，投掷箱16的右侧面开设竖向的长条形凹槽25，长条形凹槽25的下端对应盲孔24开设通孔26，通孔26内部安装插销27，插销27的左端可对应插入盲孔24，插销27的右端设有压力弹簧28；长条形凹槽25内部设有杠杆29，杠杆29的中部设有支点，杠杆29的下端与插销27固定连接，杠杆29的顶端安装短推杆30，短推杆30的外侧安装斜板31，斜板31的下端与投掷箱16的右侧面固定连接，压力弹簧28左端与插销27的端部固定连接，压力弹簧28的右端与斜板固定连接。该设计确保了投掷箱16的开门机构18能够在需要开启的时候及时开启，往投掷箱16内投放滑坡体之前，关闭门板23，此时，插销27在压力弹簧28的推动下进入盲孔24，门板23处于锁死状态，当投掷箱16抬起后被放下时会随摆杆15向下摆动，投掷箱16右侧的斜板31会挤压第一滑道9直至投掷箱16向下摆动至滑坡体的初始位置时，投掷箱16停止摆动，与此同时斜板31也会推动推杆30，使杠杆29绕支点转动，杠杆29的下端带动插销27退出盲孔24，门板23打开滑坡体从投掷箱16内滑出进入第一滑道9；为保证斜板31的使用要求和使用寿命，斜板31的材料应选用有一定弹性且耐磨性能较好的材料。

具体的，为达到更好的实验效果，那么实验数据的具体化和准确化是非常重要的，根据实验条件要求给滑坡体附加的初速度，可通过摆杆15的长度以及滑坡体的质量等条件计算出摆杆15应该摆动的角度，为使摆动的角度准确需要增设刻度盘，同时为了更加方便的得出摆杆的长度，可以在摆杆的表面刻印刻度标尺，如图３所示，本实施例所述的摆杆15与撑杆14铰接的铰接处安装刻度盘32，刻度盘32与撑杆14的内侧面固定连接，相对应地摆杆15的侧面刻有指向刻度盘的指示标志，摆杆15的伸缩杆表面刻有刻度标尺33。增设刻度盘32和刻度标尺33，能使本发明在使用过程中的操作更加准确、更加方便，并且让实验更加接近实际，在模拟实验时，根据实验设定的初速度通过计算就能得出需要转动的角度，此时只需要按照刻度盘32抬起摆杆15至所需角度即可，该设计不仅让实验过程更加准确，也减低了实验者的操作难度。

进一步的，由于本发明主要是用于实验场地内部进行实验，为节省实验前期的准备时间，组装完成后无需再次拆装，使用之前只需要移动至实验地点再进行水平校准即可，所以本发明需要移动便捷，并且有水平校准的调节装置，如图１所示，本实施例所述的底座1一端底部增设滚轮34，滚轮34的支架与底座1的底部固定连接，底座1另一端的两侧面对称安装支撑块35，支撑块35中间开设螺纹孔，螺纹孔内配合安装带垫脚的螺杆36，底座1的表面固定安装水平校准仪37。在使用本发明之前只需抬起底座1安装滚轮34的另一端，就能方便快捷的移动本发明，移动到指定地点后，使螺杆36的垫脚支撑于地面，然后再根据水平校准仪37转动螺杆36调节底座1至水平位置即可，本设计通过安装滚轮34可实现本发明移动便捷，也通过水平校准装置，避免了因整体倾斜而导致滑道的坡度不准确，确保了实验条件的精度。

更进一步的，本发明在使用时所用的滑坡体，由第二滑道19滑出后会影响实验室的环境卫生，并且事后清理也较为麻烦，故此设计一个滑坡体的回收装置有很重要的意义，如图４所示，本实施例所述的底座1左侧为开口，开口内部配合安装收纳盒38，收纳盒38可在底座1内部滑动，收纳盒38上方的开口与第二滑道19相对应。在实验开始之前，根据第二滑道19伸出的长度，对应的抽出收纳盒38至适当的位置，在实验过程中滑坡体从第二滑道19滑出后将直接进入收纳盒38内部，当实验完成后只需整理收纳盒38即可，还能收集滑坡体以便后续实验时循环使用；该设计既避免了破坏实验环境的卫生，又能节约实验成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种多功能高速远程滑坡动力学过程物理模型试验装置，其特征在于：包括底座（1），底座（1）的右侧顶面安装前后对称的两块竖板（2），两块竖板（2）的外侧套装导向套（3），导向套（3）穿插安装于底座（1）的顶面，两块竖板（2）的底端固定连接横梁（4），横梁（4）的下侧设有电动伸缩杆（5），电动伸缩杆（5）的上端连接于横梁（4），电动伸缩杆（5）的下端与底座（1）连接，两块竖板（2）的外侧设有竖向导轨（6），导轨（6）配合安装第一滑块（7），第一滑块（7）的中间位置设有铰接轴（8）；两块竖板（2）的内侧设有第一滑道（9），第一滑道（9）的底部外侧安装支撑板（10），支撑板（10）的上端与竖板（2）的上端铰接连接，支撑板（10）的外侧开设与之平行的滑槽（11），滑槽（11）内部配合安装第二滑块（12），第二滑块（12）内设有与滑槽（11）垂直的导向通孔（13），导向通孔（13）内部配合安装撑杆（14），两撑杆（14）之间设有两摆杆（15），两摆杆（15）的长度可调节，撑杆（14）的下端通过铰接轴（8）与第一滑块（7）铰接安装，撑杆（14）的上端侧面与摆杆（15）靠近端部的侧面铰接连接，摆杆（15）的另一端安装投掷箱（16），投掷箱（16）的顶部设有滑坡体放入口（17），投掷箱（16）的下端设有开门机构（18），第一滑道（9）的下端设有第二滑道（19），第二滑道（19）的一端通过过渡滑道（20）与第一滑道（9）连接，第二滑道（19）的下侧固定安装支撑架（21），支撑架（21）的下部设有第二导轨（22），第二导轨（22）固定安装于底座（1）的上表面；第一滑道（9）与撑杆（14）相交的位置即为滑体的初始位置，当投掷箱（16）摆动至初始位置时，开门机构（18）将会自动开启。

2.根据权利要求1所述的一种多功能高速远程滑坡动力学过程物理模型试验装置，其特征在于：所述的开门机构（18）包括门板（23），门板（23）的左端与投掷箱（16）的底部左侧铰接连接，门板（23）右端设有盲孔（24），投掷箱（16）的右侧面开设竖向的长条形凹槽（25），长条形凹槽（25）的下端对应盲孔（24）开设通孔（26），通孔（26）内部安装插销（27），插销（27）的左端可对应插入盲孔（24），插销（27）的右端设有压力弹簧（28）；长条形凹槽（25）内部设有杠杆（29），杠杆（29）的中部设有支点，杠杆（29）的下端与插销（27）固定连接，杠杆（29）的顶端安装短推杆（30），短推杆（30）的外侧安装斜板（31），斜板（31）的下端与投掷箱（16）的右侧面固定连接，压力弹簧（28）左端与插销（27）的端部固定连接，压力弹簧（28）的右端与斜板固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种多功能高速远程滑坡动力学过程物理模型试验装置，其特征在于：所述的摆杆（15）与撑杆（14）铰接的铰接处安装刻度盘（32），刻度盘（32）与撑杆（14）的内侧面固定连接，相对应地摆杆（15）的侧面刻有指向刻度盘的指示标志，摆杆（15）的伸缩杆表面刻有刻度标尺（33）。

4.根据权利要求1所述的一种多功能高速远程滑坡动力学过程物理模型试验装置，其特征在于：所述的底座（1）一端底部增设滚轮（34），滚轮（34）的支架与底座（1）的底部固定连接，底座（1）另一端的两侧面对称安装支撑块（35），支撑块（35）中间开设螺纹孔，螺纹孔内配合安装带垫脚的螺杆（36），底座（1）的表面固定安装水平校准仪（37）。

5.根据权利要求1所述的一种多功能高速远程滑坡动力学过程物理模型试验装置，其特征在于：所述的底座（1）左侧为开口，开口内部配合安装收纳盒（38），收纳盒（38）可在底座（1）内部滑动，收纳盒（38）上方的开口与第二滑道（19）相对应。

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