CN114563287A - 一种不同气候条件下冲击防护设施垫层受力测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不同气候条件下冲击防护设施垫层受力测试装置，属于安全工程检测技术领域，包括冲击模拟系统、垫层系统、气候模拟系统和测控系统，所述冲击模拟系统设置在垫层系统的正上方，所述气候系统设置在垫层系统的一侧，所述垫层系统与测控系统相连接，所述冲击模拟系统包括起重装置、连接装置、供给箱和固定装置。本发明装置稳定可靠、操作简单，可测试不同气候条件下垫层底部受到冲击产生的冲击力，检验冻土环境、降雨环境下垫层缓冲性能，对实际防护设施垫层设计可靠性提供实验支撑。

Description

一种不同气候条件下冲击防护设施垫层受力测试装置
技术领域
本发明涉及安全工程检测技术领域，具体涉及一种不同气候条件下冲击防护设施垫层受力测试装置。
背景技术
自然灾害在人类赖以生存的地球无时无刻地发生着。我国幅员辽阔，山区占国土面积的 69.1%，山区公路作为重要的生命线，对山区的经济发展至关重要，特别是西南各省区，地质构造复杂，受地理条件和环境影响，尤其是强降雨的影响，地质灾害频发，并伴随着大量粒径各不相同的岩石碎屑，一旦山区公路在灾害发生时受到破坏或阻断，人民财产和安全就会受到极大的威胁。为此工程技术人员经常对拦石墙、明洞或棚洞等防护结构对重要目标和地段进行防护，常覆有垫层（多采用土壤、碎石）作为冲击的缓冲层，用于抵抗冲击。但现有的实验，对部分极端气候下防护设施垫层的缓冲性能测试装置较少。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种不同气候条件下冲击防护设施垫层受力测试装置，可通过模拟冻土环境、降雨环境及改变冲击物下落高度测试不同垫层的缓冲性能，为科学设计垫层保护防护设施提供技术支持。
本发明的技术方案如下：一种不同气候条件下冲击防护设施垫层受力测试装置，包括冲击模拟系统、垫层系统、气候模拟系统和测控系统，所述冲击模拟系统设置在垫层系统的正上方，所述气候系统设置在垫层系统的一侧，所述垫层系统与测控系统相连接，所述冲击模拟系统包括起重装置、连接装置、供给箱和固定装置。
所述起重装置为电动葫芦，电动葫芦设置在横梁下方，所述连接装置为吊钩，所述固定装置为固定绳，所述供给箱悬挂在吊钩上，所述吊钩与电动葫芦相连接，所述供给箱通过固定绳与支架相连接。
所述供给箱包括箱体、磁吸装置、合页和吊环，所述箱体由钢板焊接而成，无盖，箱体底板为双开门样式，所述合页设置在箱体底板与前后箱体侧板的连接处，所述凹槽设置在箱体底板中心处内表面，所述磁吸装置设置在箱体底板中心处的外表面，所述吊环焊接在供给箱左右两侧中心处，供给箱内凹槽放置有冲击物体。
所述垫层系统包括支架、传输装置和垫层模拟箱，所述垫层模拟箱设置在传输装置上，所述传输装置的一端固定在支架上，另一端穿过气候模拟箱的箱门固定在支撑台上。
所述垫层模拟箱包括透明板、角钢和螺钉，所述透明板和角钢上设有螺孔，所述透明板和角钢通过螺钉固定连接。
所述气候模拟系统包括气候模拟箱、水管、水泵和水箱，所述水箱通过水管与气候模拟箱相连接，所述水管上设置有水泵、喷淋阀门。
所述气候模拟箱包括排水管、喷头、降温装置和升温装置，所述排水管设置在气候模拟箱底部,排水管出口处设置有排水阀门，所述喷头设置在气候模拟箱内，喷头与水管相连接，所述降温装置和升温装置设置于气候模拟箱的内侧。
所述气候模拟箱包括支撑台和箱门，所述支撑台设置在气候模拟箱的底部，箱门设置在气候模拟箱体靠近支架一侧上。
所述测控系统包括滑轨、摄像机、压力传感器、采集仪和计算机，所述滑轨设置在立柱靠近气候模拟箱一侧上，所述摄像机设置在滑轨上，所述压力传感器设置在垫层模拟箱内，所述压力传感器通过数据线与采集仪相连接，所述采集仪与计算机相连接。
本发明装置稳定可靠、操作简单，可测试不同气候条件下垫层底部受到冲击产生的冲击力，检验冻土环境、降雨环境下垫层缓冲性能，对实际防护设施垫层设计可靠性提供实验支撑。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2a为供给箱底板的俯视结构示意图；
图2b为供给箱底板的正视结构示意图；
图2c为供给箱释放冲击物体的结构示意图；
图3a为垫层模拟箱整体结构示意图；
图3(b、c、d、e、f)为垫层模拟箱组成部件结构示意图；
图中：1-电动葫芦；2-吊钩；3-供给箱；4-固定绳；5-垫层模拟箱；6-支架；7-固定环；8-传输装置；9-气候模拟箱；10-水箱；11-水泵；12-水管；13-滑轨；14-摄像机；15-压力传感器；16-采集仪；17-计算机；18-立柱；19-横梁；31-凹槽；32-磁吸装置；33-合页；34-吊环；50-透明底板；51-左右透明板；52-前后透明板；53-螺孔；54-角钢；55-螺钉；56-小孔；91-排水孔；92-喷头；93-降温装置；94-升温装置；95-支撑台；96-箱门；97-喷淋阀门；98-排水阀门。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种不同气候条件下冲击防护设施垫层受力测试装置，包括冲击模拟系统、垫层系统、气候模拟系统和测控系统，所述冲击模拟系统设置在垫层系统的正上方，所述气候系统设置在垫层系统的一侧，所述垫层系统与测控系统相连接。
所述冲击模拟系统包括起重装置、连接装置、供给箱3和固定装置，起重装置设置在最上方。优选的，所述起重装置为电动葫芦1或液压吊机，电动葫芦1设置在横梁19下方，所述连接装置为吊钩2，所述固定装置为固定绳4。所述供给箱3悬挂在吊钩2上，所述吊钩2与电动葫芦1相连接，所述供给箱3通过固定绳4与支架6相连接。电动葫芦1与吊钩2用于改变供给箱3与垫层模拟箱5之间的垂直距离。
如图2a-2c所示，所述供给箱3包括箱体、磁吸装置32、合页33和吊环34，所述箱体由钢板焊接而成，无盖，箱体底板有两块为双开门样式，所述合页33设置在箱体底板与前后箱体侧板的连接处，所述凹槽31设置在箱体底板中心处内表面,直径为4cm、深度为2mm，所述磁吸装置32设置在箱体底板中心处的外表面，位于凹槽31的下方，打开磁吸装置32可释放冲击物，所述吊环34焊接在供给箱3左右两侧中心处，供给箱3内凹槽31放置有直径6cm圆形钢球为冲击物体。
所述垫层系统包括支架6、传输装置8和垫层模拟箱5，所述垫层模拟箱5设置在传输装置8上，所述传输装置8的一端固定在支架6上，另一端穿过气候模拟箱9的箱门96固定在支撑台95上。支架6的尺寸为1.5m
Figure DEST_PATH_IMAGE002
1.5m
Figure 488842DEST_PATH_IMAGE002
0.5m。传输装置8可选用皮带与滚轮组成或滚轮与链板组成。
如图3所示，垫层模拟箱5包括透明板、角钢54和螺钉55，透明板和角钢54上设有螺孔53，透明板和角钢54通过螺钉55固定连接。透明底板50为亚克力材料，尺寸为0.5m
Figure 468300DEST_PATH_IMAGE002
0.4m，共设有8个螺孔，螺孔中心与板边间距为2.5cm，长边相邻俩螺孔中心间距为22.5cm,短边相邻螺孔中心间距为16.5cm。左右透明板51尺寸为0.4m
Figure 248037DEST_PATH_IMAGE002
0.3m,共设有7个螺孔，长边相邻俩螺孔中心间距为16.5cm, 短边相邻螺孔中心间距为11.5cm。前后透明板52尺寸为0.5m
Figure 643246DEST_PATH_IMAGE002
0.3m，共设有7个螺孔，长边相邻俩螺孔中心间距为22.5cm, 短边相邻螺孔中心间距为11.5cm。角钢54设有6个螺孔，角钢长有0.5m、0.4m、0.3m三类。分别对应透明底板50与前后透明板52、透明底板50与左右透明板51、左右透明板51与前后透明板52的连接。右侧透明板设有小孔56，用于与测控系统连接。
所述气候模拟系统包括气候模拟箱9、水管12、水泵11和水箱10，所述水箱10通过水管12与气候模拟箱9相连接，所述水管12上设置有水泵11、喷淋阀门98，水箱10和水泵11组成供水装置。所述气候模拟箱9包括排水管91、喷头92、降温装置93、升温装置94、支撑台95和箱门96，所述排水管91设置在气候模拟箱9底部,排水管91出口处设置有排水阀门97，所述喷头92设置在气候模拟箱9顶部的中心处，喷头92与水管12相连接，所述降温装置93和升温装置94设置于气候模拟箱9的内侧，降温装置93通过释放冷风降温，升温装置94通过释放热风升温。所述支撑台95设置在气候模拟箱9的底部，喷头92的正下方，用于支撑传输装置8与垫层模拟箱5。箱门96设置在气候模拟箱体靠近支架6一侧上。气候模拟箱9采用透明材料，尺寸为0.5m
Figure 582252DEST_PATH_IMAGE002
0.3m
Figure 404714DEST_PATH_IMAGE002
0.5m。
所述测控系统包括滑轨13、摄像机14、压力传感器15、采集仪16和计算机17，所述摄像机14设置在滑轨13上，保持与垫层高度水平，用于测试冲击物冲击垫层时的速度。所述压力传感器设置在垫层模拟箱内，测量冲击位置所受冲击力所述压力传感器11通过数据线与采集仪12相连接，所述采集仪12与计算机13相连接。
本发明装置使用时，根据测试需要在垫层模拟箱内布设所需数量的传感器，填充所需测试的垫层（如碎石、土壤、缓冲材料等单个或组合），将垫层模拟箱通过传输装置传输至气候模拟箱内，关闭箱门，通过喷淋、降温装置或升温装置模拟所需气候环境（如冻土环境、降雨环境）；使用起重装置降低供给箱高度填充冲击物（如钢球、碎石等），提升至所需高度，通过固定装置保持供给箱静止；气候环境模拟完毕后，利用传输装置将垫层模拟箱传输至供给箱正下方；连接传感器与采集仪，连接采集仪与计算机，开启采集系统，开启释放装置，释放冲击物；在此过程中，传感器获得的模拟信号经数模转换输入到测控系统的主控计算机进行数据存储和计算处理；当冲击物撞击垫层后，关闭数据采集系统。
实施例1：在实验过程中，先将压力传感器11固定在垫层模拟箱5内，压力传感器11在垫层模拟箱5内距离冲击物的冲击点正下方每0.05m设置一个，再在垫层模拟箱5内填充20cm土壤垫层，将垫层模拟箱5通过传输装置8传输至气候模拟箱9内，关闭箱门96，开始模拟降雨环境。模拟降雨环境时需先将水泵11打开，开启喷淋阀门98与排水阀门97，以20mm/h的雨量进行喷淋，同时启动升温装置93，温度设置40℃，40分钟后关闭水泵11、喷淋阀门98以及排水阀门97。完成降雨环境模拟后，将垫层模拟箱5传输回支架6，连接测控系统。实验开始前，开启采集仪12、计算机13和摄像机14；实验开始，打开磁吸装置32，释放供给箱内3的钢球；当实验结束时，关闭采集仪12，将采集的数据保存。
实施例2：模拟冻土环境，首先使土壤含水率为50%，启动降温装置93，温度设置-10℃，2小时后关闭，其余设置与实施例1相同。检测冻土环境下防护设施土壤垫层缓冲性能。
实施例3：模拟表层冰冻环境，首先将水泵11打开，开启喷淋阀门98与排水阀门97，以20mm/h的雨量进行喷淋3分钟后关闭水泵11、喷淋阀门98以及排水阀门97。再启动降温装置93，温度设置-10℃，30分钟后关闭，其余设置与实施例1相同。检测表层冰冻环境下土壤垫层缓冲性能。
实施例4：先在垫层模拟箱5内放上4cm厚度的水泥板，将实施例1中压力传感器11替换为应变片，应变片在水泥板上按受力点布置，再在水泥板上填充20cm土壤垫层，其余设置与实施例1相同。测量在土壤垫层的缓冲下冲击物体冲击作用下水泥板的形变量。
实施例5：先在垫层模拟箱5内放上0.5cm厚度的钢板，将实施例1中压力传感器11替换为应变片，应变片在水泥板上按受力点布置，再在水泥板上填充20cm土壤垫层，其余设置与实施例1相同。测量在土壤垫层的缓冲下钢板的形变量。
实施例:6：将实施例1中供给箱3放置的圆形钢球替换为底部尖锐的冲击物，其余设置与实施例1相同。检测土壤垫层对底部尖锐冲击物体的缓冲性能。
实施例7：将实施例1中供给箱3放置的钢球替换为质量为20kg的碎石材料，将垫层模拟箱5内土壤垫层替换为20cm厚度的砂土垫层，其余设置与实施例1相同，检测砂土垫层在碎石流的持续冲击下的缓冲性能。
本发明装置稳定可靠、操作简单，可测试不同气候条件下垫层底部受到冲击产生的冲击力，检验冻土环境、降雨环境下垫层缓冲性能，对实际防护设施垫层设计可靠性提供实验支撑。

Claims (9)

1.一种不同气候条件下冲击防护设施垫层受力测试装置，包括冲击模拟系统、垫层系统、气候模拟系统和测控系统，其特征在于：所述冲击模拟系统设置在垫层系统的正上方，所述气候系统设置在垫层系统的一侧，所述垫层系统与测控系统相连接，所述冲击模拟系统包括起重装置、连接装置、供给箱（3）和固定装置。
2.如权利要求1所述的一种不同气候条件下冲击防护设施垫层受力测试装置，其特征在于：所述起重装置为电动葫芦（1），电动葫芦（1）设置在横梁（19）下方，所述连接装置为吊钩（2），所述固定装置为固定绳（4），所述供给箱（3）悬挂在吊钩（2）上，所述吊钩（2）与电动葫芦（1）相连接，所述供给箱（3）通过固定绳（4）与支架（6）相连接。
3.如权利要求1所述的一种不同气候条件下冲击防护设施垫层受力测试装置，其特征在于：所述供给箱（3）包括箱体、磁吸装置（32）、合页（33）和吊环（34），所述箱体由钢板焊接而成，箱体底板为双开门样式，所述合页（33）设置在箱体底板与前后箱体侧板的连接处，所述凹槽（31）设置在箱体底板中心处内表面，所述磁吸装置（32）设置在箱体底板中心处的外表面，所述吊环（34）焊接在供给箱（3）左右两侧中心处，供给箱（3）内的凹槽（31）放置有冲击物体。
4.如权利要求1所述的一种不同气候条件下冲击防护设施垫层受力测试装置，其特征在于：所述垫层系统包括支架（6）、传输装置（8）和垫层模拟箱（5），所述垫层模拟箱（5）设置在传输装置（8）上，所述传输装置（8）的一端固定在支架（6）上，另一端穿过气候模拟箱（9）的箱门（96）固定在支撑台（95）上。
5.如权利要求4所述的一种不同气候条件下冲击防护设施垫层受力测试装置，其特征在于：所述垫层模拟箱（5）包括透明板、角钢（54）和螺钉（55），所述透明板和角钢（54）上设有螺孔（53），所述透明板和角钢（54）通过螺钉（55）固定连接。
6.如权利要求1所述的一种不同气候条件下冲击防护设施垫层受力测试装置，其特征在于：所述气候模拟系统包括气候模拟箱（9）、水管（12）、水泵（11）和水箱（10），所述水箱（10）通过水管（12）与气候模拟箱（9）相连接，所述水管（12）上设置有水泵（11）、喷淋阀门（98）。
7.如权利要求6所述的一种不同气候条件下冲击防护设施垫层受力测试装置，其特征在于：所述气候模拟箱（9）包括排水管（91）、喷头（92）、降温装置（93）和升温装置（94），所述排水管（91）设置在气候模拟箱（9）底部,排水管（91）出口处设置有排水阀门（97），所述喷头（92）设置在气候模拟箱（9）内，喷头（92）与水管（12）相连接，所述降温装置（93）和升温装置（94）设置于气候模拟箱（9）的内侧。
8.如权利要求7述的一种不同气候条件下冲击防护设施垫层受力测试装置，其特征在于：所述气候模拟箱（9）包括支撑台（95）和箱门（96），所述支撑台（95）设置在气候模拟箱（9）的底部，箱门（96）设置在气候模拟箱靠近支架（6）一侧上。
9.如权利要求1所述的一种不同气候条件下冲击防护设施垫层受力测试装置，其特征在于：所述测控系统包括滑轨（13）、摄像机（14）、压力传感器（15）、采集仪（16）和计算机（17），所述滑轨（13）设置在立柱（18）靠近气候模拟箱（9）一侧上，所述摄像机（14）设置在滑轨（13）上，所述压力传感器（11）设置在垫层模拟箱（5）内，所述压力传感器（11）通过数据线与采集仪（12）相连接，所述采集仪（12）与计算机（13）相连接。
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