CN113970629B - 一种多功能高位滑坡碎屑流试验模型装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能高位滑坡碎屑流试验模型装置，其包括第二滑道和至少一个第一滑道，第二滑道与邻近其的第一滑道及相邻两条第一滑道之间均通过波纹板滑道连接，第一滑道位于第二滑道之上；第一滑道和第二滑道均设置有改变滑道的坡角和高度的升降支撑装置；第一滑道上设置有长度伸缩机构、卷板升降机构和砂箱；长度伸缩机构包括滑动组件，第一滑道包括上滑道和下滑道；滑动组件包括设置在上滑道外壁上的第一滑槽，下滑道的内壁上设置有与第一滑槽配合的第一滑轮；下滑道的外壁上设置有挂钩，上滑动的外壁上设置有驱动组件，挂钩与绳索的一端连接，绳索的另一端与驱动组件的转动部连接。

Description

一种多功能高位滑坡碎屑流试验模型装置

技术领域

本发明涉及滑坡实验装置技术领域，具体涉及一种多功能高位滑坡碎屑流试验模型装置。

背景技术

滑坡碎屑流是高位滑坡的一种常见运动形式，具有高破碎度、高离散性和流动特性。根据滑坡活动的时间和空间特征，一般可将其划分为启程、近程和远程三个相互连续的活动阶段，并相应地由崩塌区(滑源区)、撞击区、铲刮区(运移区)和堆积区(碎屑流堆积区)等四部分组成。

高位滑坡碎屑流运动及致灾机理的影响因素较多，主要包括堆积物的运动场地偏转问题、运动场地的坡度、运动长度，这些都将影响其运动、堆积及其致灾范围。为了研究高位滑坡碎屑流的运动机理，针对其体积大。一次性拦挡冲击力大、拦挡结构较大且失稳后果较严重的问题，国内学者提出分级拦挡的理念。现场开展原位试验成本高且场地条件选取极难，为此国内外学者多基于野外调查，选取典型的高位滑坡，基于相似比原理建立典型的地质力学模型，采用室内模型试验模高位滑坡碎屑流的运动及致灾机理。

但是目前已有的模型试验台基本是单一功能，无法调整长度、坡度，也未见考虑场地偏转问题，而想要分别分析这些不同的工况，则需要分别制作不同长度、不同坡度、不同偏转角的滑槽模型，这样就造成模型试验成本较高的问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种多功能高位滑坡碎屑流试验模型装置，其目的是解决现有的模型试验台功能单一，无法调整长度、坡度和地偏转，导致实验成本高的问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

提供了一种多功能高位滑坡碎屑流试验模型装置，其包括第二滑道和至少一个第一滑道，第二滑道与邻近其的第一滑道及相邻两条第一滑道之间均通过波纹板滑道连接，第一滑道位于第二滑道之上；

第一滑道和第二滑道均设置有改变滑道的坡角和高度的升降支撑装置；第一滑道上设置有长度伸缩机构、卷板升降机构和砂箱；

长度伸缩机构包括滑动组件，第一滑道包括上滑道和下滑道；滑动组件包括设置在上滑道外壁上的第一滑槽，下滑道的内壁上设置有与第一滑槽配合的第一滑轮；

下滑道的外壁上设置有挂钩，上滑道的外壁上设置有驱动组件，挂钩与绳索的一端连接，绳索的另一端与驱动组件的转动部连接。

本发明的有益效果为：在本方案中，通过设置的第一滑道、第二滑道、升降支撑装置、波纹板滑道、长度伸缩机构和卷板升降机构，实现多种试验方案的需要，从而更好的满足模型试验的要求，节约成本，提高效率。

通过调节第一滑道和第二滑道底部升降支撑装置，实现不同的坡度，从而模拟不同试验的需求，克服现有滑槽拦挡装置坡度固定的局限。

设置的波纹板滑道，实现第一滑道与第二滑道、第一滑道之间的偏转角可以自由调节；从而模拟现实场景中的不同情形，避免现有装置直接固定角度，更改试验方案需要重新制作的难题。

通过在第一滑道中设置的长度伸缩机构，可调节第一滑道的长度；模拟不同长度下的模型试验，从而更好的反应原型，实现高位滑坡碎屑流运动场地长度对灾变机理的研究，避免目前滑道长度固定，导致试验工况受到限制的问题。

通过在第一滑道中设置可升降的卷板升降机构，可以实现多级拦挡，从而分析不同的拦挡次数及距离对高位滑坡碎屑流的拦挡效果，另外拦挡结构高度可以调节，从而模拟不同拦挡高度的组合模式研究。

进一步，转筒的外壁向其内凹陷形成容线槽，容线槽上设置有“T”的凸台。

进一步，卷板升降机构包括柔性的卷板，第一滑动的内侧壁上开设有第二滑槽，内底壁上开设有通槽，卷板的侧壁上设置有与滑槽配合的第二滑轮，卷板的顶部设置有挡板，第一滑道的外壁上设置有用于卷紧或松开卷板的收卷机构。

进一步，收卷机构包括卷筒，卷筒的轴端与第二电机的轴端连接，卷筒通过轴承座安装在第一滑道的外壁上，第二电机安装在第一滑道的外壁上；

卷筒上开设有卡槽，卷板上设置有与卡槽匹配的卡块。

进一步，通槽的横截面与卷板的横截面相同。

进一步，波纹板滑道的伸缩方向与其长度方向相同。

进一步，升降支撑装置包括剪力架，剪力架上设置有底板和顶板，底板上设置有万向轮，底板和顶板之间设置有伸缩柱。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明提供所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明中一种多功能高位滑坡碎屑流试验模型装置的结构示意图。

图2为第一滑道的结构示意图。

图3为长度伸缩机构的主视图。

图4为下滑道的示意图。

图5为上滑道的示意图。

图6为驱动组件的结构示意图。

图7为卷板升降机构在第一滑道处的俯视图。

图8为卷板升降机构的主视图。

图9为卷板升降机构的结构示意图。

其中：1、砂箱；2、第一滑道；201、上滑道；202、下滑道；3、长度伸缩机构；301、第一滑槽；302、挂钩；303、绳索；304、转筒；305、第一滑轮；306、凸台；4、卷板升降机构；401、第二滑槽；402、第二滑轮；403、挡板；404、卷板；405、卷筒；406、第二电机；5、升降支撑装置；6、波纹板滑道；7、第二滑道。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

请参考图1-图9，本发明提供一种多功能高位滑坡碎屑流试验模型装置，其包括第二滑道7和至少一个第一滑道2，第二滑道7与邻近其的第一滑道2及相邻两条第一滑道2之间均通过波纹板滑道6连接，第一滑道2位于第二滑动之上。

第一滑道2和第二滑道7均设置有改变滑道的坡角和高度的升降支撑装置5；第一滑道2上设置有长度伸缩机构3、卷板升降机构4和砂箱1。

本方案通过设置的第一滑道2、第二滑道7、升降支撑装置5、波纹板滑道6、长度伸缩机构3和卷板升降机构4，实现多种试验方案的需要，从而更好的满足模型试验的要求，节约成本，提高效率。

通过调节第一滑道2和第二滑道7底部升降支撑装置5，实现不同的坡度，从而模拟不同试验的需求，克服现有滑槽拦挡装置坡度固定的局限。

设置的波纹板滑道6，实现第一滑道2与第二滑道7、第一滑道2之间的偏转角可以自由调节；从而模拟现实场景中的不同情形，避免现有装置直接固定角度，更改试验方案需要重新制作的难题。

通过在第一滑道2中设置的长度伸缩机构3，可调节第一滑道2的长度；模拟不同长度下的模型试验，从而更好的反应原型，实现高位滑坡碎屑流运动场地长度对灾变机理的研究，避免目前滑道长度固定，导致试验工况受到限制的问题。

通过在第一滑道2中设置可升降的卷板升降机构4，可以实现多级拦挡，从而分析不同的拦挡次数及距离对高位滑坡碎屑流的拦挡效果，另外拦挡结构高度可以调节，从而模拟不同拦挡高度的组合模式研究。

参考图2-6，长度伸缩机构3包括滑动组件，第一滑道2包括上滑道201和下滑道202；滑动组件包括设置在上滑道201外壁上的第一滑槽301，下滑道202的内壁上设置有与第一滑槽301配合的第一滑轮305；下滑道202的外壁上设置有挂钩302，上滑动的外壁上设置有驱动组件，挂钩302与绳索303的一端连接，绳索303的另一端与驱动组件的转动部连接。

驱动组件包括第一电机，第一电机的轴端设置有蜗杆，蜗杆与涡轮啮合设置，涡轮设置在转筒304的轴端上，转筒304的两端通过轴承座设置在上滑道201外壁上。转筒304的外壁向其内凹陷形成容线槽，容线槽上设置有“T”的凸台306。

具体的，第一滑槽301的长度方向与第一滑道2的长度方向相同。挂钩302可以焊接或胶粘在下滑道202的外底壁上。绳索303的一端绑在挂钩302上，另一端缠绕在“T”的凸台306上。通过设置的涡轮和蜗杆，利用其自锁可以固定上滑道201和下滑道202。

参考图7-9，卷板升降机构4包括柔性的卷板404，第一滑动的内侧壁上开设有第二滑槽401，内底壁上开设有通槽，卷板404的侧壁上设置有与滑槽配合的第二滑轮402，卷板404的顶部设置有挡板403，第一滑道2的外壁上设置有用于卷紧或松开卷板404的收卷机构。收卷机构包括卷筒405，卷筒405的轴端与第二电机406的轴端连接，卷筒405通过轴承座安装在第一滑道2的外壁上，第二电机406安装在第一滑道2的外壁上；卷筒405上开设有卡槽，卷板404上设置有与卡槽匹配的卡块。

具体的，卷板升降机构4可以设置在下滑动上。其中第二滑槽401的长度方向与第一滑槽301的长度方向垂直。通槽的横截面与卷板404的横截面相同；也就是通槽的长宽和卷板404的长宽相同。设置的挡板403可以使盖住通槽，并使下滑道202的底面平整。设置的卡槽和卡块是便于将卷板404固定在卷筒405上，但又不限于这种方式。卷筒405的轴端与第二电机406的轴端可以通过涡轮蜗杆实现连接。

波纹板滑道6的伸缩方向与其长度方向相同；这样就可以使第一滑道2相对第二滑道7改变角度。

升降支撑装置5包括剪力架，剪力架的两端铰接在底板和顶板上，底板上设置有多个万向轮，底板和顶板之间设置有伸缩柱，可以是液压伸缩柱。

具体的，第二滑道7的底面上安装一个升降支撑装置5，第一滑道2的底面上安装两个升降支撑装置5。

本方案还包括控制装置，控制装置包括电源和控制器，第一电机、第二电机406、伸缩柱和控制器均与电源连接，第一电机、第二电机406和伸缩柱均与控制器连接。通过设置的控制器可以使本装置操作更加方便。

一种多功能高位滑坡碎屑流试验模型装置的实验方法，其包括步骤：

S1、往砂箱1添加室内模型试验所需的碎屑流试样，通过调整设备装置并测量得到初始数据；

初始数据包括第一滑道2与第二滑道7之间的偏转角α、第二滑道7与地面之间的坡脚θ、长度伸缩机构3的伸长量L和卷板404在第一滑道2中的高度H；

S2、使α＝A，L＝0，H＝0，调节n次升降支撑装置5，记录坡脚θ₁、θ₂、θ₃......θ_n，并记录在每次坡脚时，碎屑流试样在工作台上的运动距离D₁为第一组数据，其中，0°<A<90°，n为升降支撑装置的调整次数，之后进入步骤S6；

S3、使θ＝B，L＝0，H＝0，调节n次波纹板滑道6，记录偏转角α₁、α₂、α₃.......α_n，并记录在每次偏转角时，碎屑流试样在工作台上的运动距离D₂为为第二组数据，其中，0°<B<90°，之后进入步骤S6；

S4、使α＝C，θ＝D，H＝0，调节n次长度伸缩机构3，记录伸长量L₁、L₂、L₃.......L_n，并记录在每次伸长量时，碎屑流试样在工作台上的运动距离D₃为第三组数据；0°<C<90°，0°<D<90°，n为正整数，之后进入步骤S6；

S5、使α＝E，θ＝F，L＝0，调节n次卷板404记录第一滑道2中高度H₁、H₂、H₃.......H_n，并记录在每次第一滑道2中高度时，碎屑流试样在工作台上的运动距离D₄为为第四组数据，0°<E<90°，0°<F<90°，之后进入步骤S6；

S6、将第一组数据列表分析，得到坡脚θ与D₁成正比；

将第二组数据列表分析，得到偏转角α与D₂成反比；

将第三组数据列表分析，得到伸长量为L越长与D₃成正比；

将第四组数据列表分析，得到高度H与D₄成反比。

具体的，参考表1，通过第一组数据，可以探究坡度对滑坡碎屑流致灾范围的影响，即坡脚θ越大，碎屑流试样在工作台上的运动距离D₁越长，则说明碎屑流试样造成的灾害越大。通过第二组数据，探究偏转角对滑坡碎屑流致灾范围的影响，即偏转角α越大，碎屑流试样在工作台上的运动距离D₁越短，则说明碎屑流试样造成的灾害越小。通过第三组数据，探究碎屑流试样运动距离对滑坡碎屑流致灾范围的影响，即伸长量为L越长，碎屑流试样在工作台上的运动距离D₁越长，则说明碎屑流试样造成的灾害越大。通过第四组数据，探究碎屑流速度对滑坡碎屑流致灾范围的影响，即高度H越高，碎屑流试样通过工作台后的运动距离D₁越短，则说明碎屑流试样造成的灾害越小。

为了具体说明本方案，其中两个第一滑道2和第二滑道7为相同的矩形盒子，且长宽高为1000mm*800mm*700mm；第一滑道2和第二滑道7均由材质为有机玻璃的两块侧板和一块底板采用强力胶水粘接而成；第一滑道2的最大伸长量为400mm，也就是第一滑道2的最大长度为1400mm，砂箱1的长宽高为200mm*800mm*700mm。

其中，碎屑流试样的特征见表1。

表1为碎屑流试样的特征表

粒组	LZ1	LZ2	LZ3	LZ4
					粒径/mm	2-5	5-10	10-20	20-40
含量/％	25	25	25	25

本次试验分为12组，见表2，从而探究在不同坡角θ、转角度α、第一滑道2的变化量L和卷板404的高度H下，碎屑流试样形成不同的灾害范围。

表2高位滑坡碎屑流室内模型试验方案

综上可得：通过设置的第一滑道2、第二滑道7、升降支撑装置5、波纹板滑道6、伸长机构3和隔板组件4，这样不仅可以任意调节高度，实现模拟天然坡角的多种情况模拟，还能在碎屑流试样往下运动过程中，调节偏转角；同时还能实现多级拦挡，使试验变量增多，进而使得试验结果可靠性增加；在同一工况下做多组对照试验，可以提高试验的效率，降低试验成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (5)

1.一种多功能高位滑坡碎屑流试验模型装置，其特征在于，包括第二滑道（7）和至少一个第一滑道（2），所述第二滑道（7）与邻近其的第一滑道（2）及相邻两条第一滑道（2）之间均通过波纹板滑道（6）连接，所述第一滑道（2）位于第二滑道（7）之上；

所述第一滑道（2）和第二滑道（7）均设置有改变滑道的坡角和高度的升降支撑装置（5）；所述第一滑道（2）上设置有长度伸缩机构（3）、卷板升降机构（4）和砂箱（1）；

所述长度伸缩机构（3）包括滑动组件，所述第一滑道（2）包括上滑道（201）和下滑道（202）；所述滑动组件包括设置在上滑道（201）外壁上的第一滑槽（301）及所述下滑道（202）的内壁上设置的与第一滑槽（301）配合的第一滑轮（305）；

所述下滑道（202）的外壁上设置有挂钩（302），所述上滑道（201）的外壁上设置有驱动组件，所述挂钩（302）与绳索（303）的一端连接，所述绳索（303）的另一端与驱动组件的转动部连接；

所述驱动组件包括第一电机，所述第一电机的轴端设置有蜗杆，所述蜗杆与涡轮啮合设置，所述涡轮设置在转筒（304）的轴端上，所述转筒（304）的两端通过轴承座设置在上滑道（201）外壁上；

所述卷板升降机构（4）包括柔性的卷板（404），所述第一滑道（2）的内侧壁上开设有第二滑槽（401），内底壁上开设有通槽，所述卷板（404）的侧壁上设置有与滑槽配合的第二滑轮（402），所述卷板（404）的顶部设置有挡板（403），所述第一滑道（2）的外壁上设置有用于卷紧或松开卷板（404）的收卷机构；

升降支撑装置（5）包括剪力架，所述剪力架设置在底板和顶板之间，所述底板上设置有万向轮，所述底板和顶板之间设置有伸缩柱；

采用上述的多功能高位滑坡碎屑流试验模型装置的实验方法，其包括以下步骤：

S1、往砂箱（1）添加室内模型试验所需的碎屑流试样，通过调整设备装置并测量得到初始数据；

初始数据包括第一滑道（2）与第二滑道（7）之间的偏转角α、第二滑道（7）与地面之间的坡脚θ、长度伸缩机构（3）的伸长量L和卷板（404）在第一滑道（2）中的高度H；

S2、使α=A，L=0，H=0，调节n次升降支撑装置（5），记录坡脚、/>、/>....../>，并记录在每次坡脚时，碎屑流试样在工作台上的运动距离/>为第一组数据，其中，0°<A<90°，n为升降支撑装置的调整次数，之后进入步骤S6；

S3、使θ=，L=0，H=0，调节n次波纹板滑道（6），记录偏转角/>、/>、/>......./>，并记录在每次偏转角时，碎屑流试样在工作台上的运动距离/>为第二组数据，其中，0°<B<90°，之后进入步骤S6；

S4、使α=，θ=/>，H=0，调节n次长度伸缩机构（3），记录伸长量/>、/>、/>......./>，并记录在每次伸长量时，碎屑流试样在工作台上的运动距离/>为第三组数据；0°<C<90°，0°<D<90°，n为正整数，之后进入步骤S6；

S5、使α=，θ=/>，L=0，调节n次卷板（404）记录第一滑道（2）中高度/>、/>......./>，并记录在每次第一滑道（2）中高度时，碎屑流试样在工作台上的运动距离/>为第四组数据，0°<E<90°，0°<F<90°，之后进入步骤S6；

S6、列表分析第一组-第四组数据，得到坡脚θ与、偏转角α与/>、伸长量L与/>和高度H与/>的关系。

2.根据权利要求1所述的多功能高位滑坡碎屑流试验模型装置，其特征在于，所述转筒（304）的外壁向其内凹陷形成容线槽，所述容线槽上设置有呈“T”形的凸台（306）。

3.根据权利要求1所述的多功能高位滑坡碎屑流试验模型装置，其特征在于，所述收卷机构包括卷筒（405），所述卷筒（405）的轴端与第二电机（406）的轴端连接，所述卷筒（405）通过轴承座安装在第一滑道（2）的外壁上，所述第二电机（406）安装在第一滑道（2）的外壁上；

所述卷筒（405）上开设有卡槽，所述卷板（404）上设置有与卡槽匹配的卡块。

4.根据权利要求1所述的多功能高位滑坡碎屑流试验模型装置，其特征在于，所述通槽的横截面与卷板（404）的横截面相同。

5.根据权利要求1所述的多功能高位滑坡碎屑流试验模型装置，其特征在于，所述波纹板滑道（6）的伸缩方向与其长度方向相同。