CN208762968U - 一种双层气囊动力装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双层气囊动力装置,包括双层气囊和充放气系统,充放气系统用于控制双层气囊的充气和放气;双层气囊设置在活动钢板的下方,活动钢板能滑动,且滑动角度为0~50°;活动钢板与底板基础相铰接;双层气囊的一端锚固在底板基础上;双层气囊包括堆叠放置的内层气囊和外层气囊;内层气囊的顶部与活动钢板的底部相接触,外层气囊的底部与斜面或底部基础相接触;内层气囊和外层气囊的长度为活动钢板长度的0.95~1倍,内层气囊和外层气囊的宽度为活动钢板宽度的0.8~0.9倍。本实用新型能使气囊充气时间缩短,气囊囊内压力变小,安全运行系数提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及岩土工程及防灾减灾模型试验技术领域,特别是一种双层气囊动力装置。
背景技术
目前,在滑坡试验和气盾坝中,普遍采用采用千斤顶等作为动力装置,也有采用单层气囊作为动力装置,然而,单层气囊的工作压力为0.7-0.8Mpa,设计安全充胀压力8公斤。根据多年运行,单层气囊与钢板接确面积较小,稳定性差,接确面压强大,压力过大有局部击穿的危险,且充气速度较慢。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,而提供一种双层气囊动力装置,该双层气囊动力装置能在活动钢板上下运行过程中,实现接确面大大增加,运行平稳,最大工作压力达1.0Mpa,安全充胀压力达10公斤,充气速度大大加快,实现了安全、高效、平稳运行,大量节省了后期维护的人力、物力和财力。
为解决上述技术问题,本实用新型采用的技术方案是:
一种双层气囊动力装置,包括双层气囊和充放气系统,充放气系统用于控制双层气囊的充气和放气。
双层气囊设置在活动钢板的下方,活动钢板能沿设定的弧面滑动,且滑动角度为0~50°;活动钢板的一端与底板基础相铰接。
双层气囊的一端锚固在底板基础上。
双层气囊包括堆叠放置的内层气囊和外层气囊;内层气囊的顶部与活动钢板的底部相接触,外层气囊的底部与斜面或底板基础相接触。
内层气囊和外层气囊的长度为活动钢板长度的0.95~1倍,内层气囊和外层气囊的宽度为活动钢板宽度的0.8~0.9倍。
内层气囊和外层气囊的长度为活动钢板长度的0.988倍。
内层气囊和外层气囊的宽度为活动钢板宽度的0.848倍。
活动钢板与内气囊相接触的一侧覆盖有降低摩擦系数的材料。
内层气囊和外层气囊的最大承压为1.0MPa。
活动钢板的滑动角度为49.7°。
本实用新型中双层气囊的设计,并不是单层气囊的简单叠加,是经过申请人多次重复试验及推算而得出的,与单层气囊相比,具有如下有益效果:
1.气囊充气时间缩短。空载运行状态下由单层气囊的25分钟缩短到9分钟;活动钢板升至工作位置(气囊内压为0.01MPa),定位销锁死。实载运行状态下,由单层气囊的55分钟缩短到33分钟 。
2.气囊囊内压力变小。空载运行状态下:气囊内压由单层气囊的0.1mpa减小到0.01mpa;活动钢板升至工作位置,定位销锁死。实载运行状态下:气囊内压由单层气囊的0.6mpa减小到0.2mpa左右 。
3.安全运行系数提高。采用单层气囊时,工作压力较大,能达到0.6mpa,且极易形成偏压,气囊内压较大,气囊一旦承压不够发生爆炸,后果比较严重。本实用新型,采用双层气囊后,气囊工作压力最大只要0.2mpa,大大减少安全运行风险。
4.气囊与钢板的接确面大大增加,长度由a变为b,气囊受力点压强减小。
附图说明
图1显示了本实用新型中双层气囊动力装置的结构示意图。
图2显示了假设采用单层气囊时的结构示意图。
图3显示了本实用新型一种用于防汛抢险演练的滑坡模拟试验装置滑坡前的结构示意图。
图4显示了本实用新型一种用于防汛抢险演练的滑坡模拟试验装置滑坡后的结构示意图。
图5显示了本实用新型双层气囊动力装置用在气盾坝上的结构示意图。
其中有:
10.固定钢板;11.排水滤管;20.加压装置;21.连接管;22.阀门;30.活动钢板;31.铰接点;40.土料;41.外坡;50.坡顶支撑;60.坡底支撑;70.滑坡动力装置;71.内气囊;72.外气囊;73.锚固点;74.充气管一;75.充气管二;76.气泵一;77.气泵二;80.回收槽;81.弧面;82.斜面;90.墩墙;91.钢筋砼底板;92.限位弧面。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
实施例1:双层气囊动力装置在滑坡模拟试验装置中的应用实例
如图3所示,一种用于防汛抢险演练的滑坡模拟试验装置,包括固定钢板10、排水滤管11、加压装置20、活动钢板30、坡顶支撑50、坡底支撑60、滑坡动力装置70和回收槽80。
固定钢板倾斜固定设置,且坡比为1:1,固定钢板的顶端与坡顶支撑相接触,坡顶支撑水平固定设置。
固定钢板上埋设有若干根排水滤管,每根排水滤管均与加压装置相连接。
加压装置通过连接管21与每根排水滤管相连接,用于向每根排水滤管提供压力水,加压装置上设置有阀门22,压力装置向排水滤管提供的压力水的水压力优选低于25kPa。
活动钢板能在滑坡动力装置的驱动下转动,活动钢板的转动自由端朝向固定钢板的底端方向,活动钢板的铰接端与坡底支撑或底板基础相铰接,具有一个铰接点31。
坡底支撑水平固定设置在活动钢板铰接端的一侧。
回收槽为截面呈扇形的锥形槽体,回收槽包括弧面81、斜面82和竖向侧挡面。
斜面倾斜设置,且位于活动钢板的下方,斜面的顶端与活动钢板的铰接端相对应,斜面与水平面所呈的夹角为49~50°,优选为49.7°。
弧面的底端与斜面的底端相连接,弧面的顶端与固定钢板的底端相连接;活动钢板的转动自由端能沿弧面滑动;竖向侧挡面为扇形板,将弧面和斜面连接,形成顶部开口的锥形槽体。
如图3所示,当活动钢板转动至水平状态,土料堆放在坡顶支撑、固定钢板、活动钢板和坡底支撑的上方,形成初始斜坡,初始斜坡的外坡比为1:2。
上述土料优选为粉砂,粉砂的渗透系数优选为i×10-4cm/s,i取1至9之间的任意自然数。
如图4所示,当活动钢板转动至斜面时,初始斜坡中的部分土料滑落至回收槽中,滑落后的坡体为滑落坡体,滑落坡体的外坡比为1:0.7。
外摩擦系数随着土体含水量的增加是先增大后减小,即存在一个最优含水量,此时界面的外摩擦系数最大,当土体处于饱和状态时,外摩擦系数最小。本模型的破坏方式为沿土体与钢板接触面的滑动,其是否会发生滑坡破坏与外摩擦角具有重大关系,试验前通过钢板顶部的排水孔使得与钢板接触部位的土体处于饱和状态,从而更易实现滑坡。
上述滑坡动力装置优选有如下两种实施例。
实施例1:滑坡动力装置为千斤顶。
实施例2:滑坡动力装置优选为本实用新型的双层气囊动力装置,包括双层气囊和充放气系统,充放气系统用于控制双层气囊的充气和放气。
双层气囊设置在活动钢板的下方,活动钢板能沿设定的弧面滑动,其中设定弧面为回收槽中的弧面,且滑动角度为0~50°,优选为49.7°。
回收槽还具有对活动钢板滑动角度进行限位的斜面,活动钢板与坡底支撑或底板基础相铰接。
双层气囊的一端锚固在坡底支撑或底板基础上,且锚固点73优选位于铰接点31的正下方。
如图1所示,双层气囊包括堆叠放置的内层气囊71和外层气囊72;内层气囊的顶部与活动钢板的底部相接触,外层气囊的底部与斜面相接触。
内层气囊和外层气囊的长度为活动钢板长度的0.95~1倍,内层气囊和外层气囊的宽度为活动钢板宽度的0.8~0.9倍。
进一步,内层气囊和外层气囊的长度优选为活动钢板长度的0.988倍,内层气囊和外层气囊的宽度优选为活动钢板宽度的0.848倍。
图1中,a表示活动钢板的宽度,b表示双层气囊的宽度,c表示双层气囊的受力臂长度。
活动钢板与内气囊相接触的一侧和/或斜面与外气囊相接触的一侧优选覆盖有降低摩擦系数的材料;降低摩擦系数的材料优选为不锈钢板。
内层气囊和外层气囊的最大承压优选为1.0MPa。
本实用新型中双层气囊的设计,并不是单层气囊的简单叠加,是经过申请人多次重复试验及推算而得出的。
滑坡动力装置假设为单层气囊时,如图2所示,图2中,d表示单层气囊的宽度,e表示单层气囊的受力臂长度。
与单层气囊相比,本实用新型具有如下有益效果:
1.气囊承载压力小,安全运行系数提高。采用双囊结构后,双层气囊的囊体与活动钢板的接触面吻合性大幅提高,起降稳定性亦大幅提高。尤其是长度方向接触实际接触长度增加,使整个活动钢板的翻转对于抵抗上方覆土不均匀形成的受力不平衡能力大幅提升。
具体分析为:
如图2所示,单层气囊工作时伸张空间过大,与活动钢板的接触面不吻合,且接触面积过小,当单层气囊顶起活动钢板至水平位置时,其与活动钢板宽度方向接触面积只有1/3不到,而且位于力臂起点处;长度方向为活动钢板由于单层气囊充胀形成的圆弧,实际与活动钢板接触长度约为活动钢板长度2/3左右。
由上述计算,单层气囊与活动钢板实际接触面积约为活动钢板面积2/9左右,且由于力臂较短,而活动钢板受力则相反,由于覆土结构的原因,其受力重心偏向远端,故而单层气囊的实际承载压力更大,能达到0.6mpa,且极易形成偏压,气囊内压较大,气囊一旦承压不够发生爆炸,后果比较严重。
如图1所示,双层气囊与活动钢板宽度方向接触面积约占到3/5以上,其长度方向达到4/5以上,双层气囊的受力力臂位于活动钢板的中心附近,也即双层气囊与活动钢板实际接触面积约为活动钢板面积的一半,故而际承载压力小,气囊工作压力最大只要0.2mpa,大大减少安全运行风险,另外,双层气囊的最大承压能力增大,能达到1.0mpa。
2.气囊充气时间缩短。空载运行状态下由单层气囊的25分钟缩短到9分钟;活动钢板升至平衡位置(气囊内压为0.01MPa),定位销锁死。实载运行状态下,由单层气囊的55分钟缩短到33分钟;活动钢板抬高至设定角度,定位销抽离,开始进行滑坡演练调试。
3.气囊囊内压力变小。空载运行状态下:气囊内压由单层气囊的0.1mpa减小到0.01mpa;活动钢板升至平衡位置,定位销锁死。实载运行状态下:气囊内压由单层气囊的0.6mpa减小到0.2mpa左右;活动钢板抬高至设定角度,定位销抽离,开始进行滑坡演练调试。
4.本实用新型双层气囊的设计,使密封提升,并防止了局部击穿的可能。
5.上述降低摩擦系数材料的增加以及铰接点与锚固点位置分离,故在双层气囊充胀过程中,尤其是活动钢板落入坑底后恢复至水平位置过程中,双层气囊囊体与活动钢板之间会形成位移摩擦, 降低摩擦系数材料增加后,可使动作过程更流畅,且大幅降低由于摩擦导致的气囊磨损。
一种用于防汛抢险演练的滑坡模拟试验方法,包括如下步骤。
步骤1,滑坡模拟试验装置搭建:堆砌截面为扇形的回收槽,回收槽包括弧面和斜面,斜面的倾斜角度为49~50°,优选为49.7°。固定钢板倾斜固定设置,且坡比为1:1,固定钢板的顶端与坡顶支撑相接触,坡顶支撑水平固定设置;固定钢板上的排水滤管与加压装置相连接;加压装置中的阀门处于关闭状态;活动钢板的铰接端与坡底支撑或底板基础相铰接,活动钢板在滑坡动力装置的作用下处于水平锁定状态,活动钢板的转动自由端与固定钢板的底部相接触。
本步骤中,滑坡动力装置优选为双层气囊和充放气系统,双层气囊处于充气状态,双层气囊的内压为0.2mpa。
步骤2,滑坡模型构建:在坡顶支撑、固定钢板、活动钢板和坡底支撑的上方堆放土料,形成初始斜坡,初始斜坡的外坡比为1:2。
土料优选为粉砂,粉砂的渗透系数为i×10-4cm/s,i取1至9中的任意自然数。试验条件下,由于初始斜坡的边坡较缓缘且在固定钢板和活动钢板的支撑下具有足够的稳定性,不会发生滑坡。
步骤3,土料饱和:加压装置的阀门打开,通过排水滤管,向土料提供压力水,使与固定钢板相接触的土料处于饱和状态。
加压装置向土料的通水时间控制为30分钟左右,能使位于固定钢板上部2cm的土料处于饱和状态。粉砂的临界比降小于1,为防止粉砂发生渗透破坏,水压力应低于25kPa。
步骤4,滑坡模拟试验:活动钢板解除水平锁定状态,在滑坡动力装置的作用下向下转动,直至与回收槽的斜面相平行;在活动钢板转动的过程中,位于活动钢板上方的部分土料沿着回收槽的弧面以及活动钢板的上表面滑入回收槽中,形成滑坡;滑落后的坡体为滑落坡体,滑落坡体的外坡比为1:0.7。
模型下部的土体随活动钢板一起向下位移并在活动钢板向下转动一定角度后滑入回收槽,此时模型上部的土体处于临空状态也将发生沿滑动并滑入回收槽,即产生滑坡现象。在滑坡过程中,土体会向其滑动方向的两侧解体、崩解。滑移体的解体、崩解程度与构成滑移体的材料、结构和制备等因素有关。由于在活动钢板两侧筑有高于设计边坡的钢筋混凝土防护墙,且下滑的土体均滑入回收槽,故虽然滑体巨大,但不会造成人员伤亡。
步骤4中,通过控制滑坡动力装置的下降速度,进而控制滑坡速率,为防汛抢险演练提供一定的反应时间。
步骤5,滑坡防汛抢险演练。
步骤6,滑坡模型复原:活动钢板在滑坡动力装置的作用下,向上转动至水平状态并锁定,使位于回收槽内的土料离开回收槽,形成复原初始斜坡,对复原初始斜坡的外侧进行平整,使复原初始斜坡的外坡比为1:2。
滑坡试验完成后,采用千斤顶将活动钢板向上顶起,回收槽槽壁及底部同样砌有钢筋混凝土,弧面刚好允许活动钢板向下旋转,而斜面与活动钢板的最大向下旋转工况相契合。从而确保了几乎所有下滑土体都被顶出回收槽。待活动钢板再次回到水平位置,稍加平整外边坡后即可进行下一组滑坡实验。
本实施例1特别适用于土质边坡滑坡的演示,同时可供防汛机动抢险专业队伍开展滑坡灾害培训及滑坡灾害抢险演练。
实施例2:双层气囊动力装置在气盾坝中的应用实例
如图5所示,双层气囊动力装置设置在底板基础上,双层气囊动力装置两侧为墩墙90。其中,底板基础为钢筋砼底板91,两侧的墩墙上均设置有限位弧面92。
双层气囊动力装置包括双层气囊和充放气系统,充放气系统用于控制双层气囊的充气和放气。
双层气囊设置在活动钢板的下方,活动钢板能沿设定弧面滑动,其中,设定弧面为限位弧面,且滑动角度为0~50°,优选为49.7°。
活动钢板与底板基础相铰接。
双层气囊的一端锚固在底板基础上,且锚固点73优选位于铰接点31的内侧。
双层气囊包括堆叠放置的内层气囊71和外层气囊72;内层气囊的顶部与活动钢板的底部相接触,外层气囊的底部与底板基础相接触。
内层气囊和外层气囊的长度为活动钢板长度的0.95~1倍,内层气囊和外层气囊的宽度为活动钢板宽度的0.8~0.9倍。
充放气系统包括充气管一74、充气管二75、气泵一76和气泵二77,气泵一通过充气管一向内气囊进行充放气,气泵二通过充气管二向外气囊进行充放气。
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式,但是,本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节,在本实用新型的技术构思范围内,可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换,这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种双层气囊动力装置,其特征在于:包括双层气囊和充放气系统,充放气系统用于控制双层气囊的充气和放气;
双层气囊设置在活动钢板的下方,活动钢板能沿设定的弧面滑动,且滑动角度为0~50°;活动钢板的一端与底板基础相铰接;
双层气囊的一端锚固在底板基础上;
双层气囊包括堆叠放置的内层气囊和外层气囊;内层气囊的顶部与活动钢板的底部相接触,外层气囊的底部与斜面或底板基础相接触;
内层气囊和外层气囊的长度为活动钢板长度的0.95~1倍,内层气囊和外层气囊的宽度为活动钢板宽度的0.8~0.9倍。
2.根据权利要求1所述的双层气囊动力装置,其特征在于:内层气囊和外层气囊的长度为活动钢板长度的0.988倍。
3.根据权利要求1所述的双层气囊动力装置,其特征在于:内层气囊和外层气囊的宽度为活动钢板宽度的0.848倍。
4.根据权利要求1所述的双层气囊动力装置,其特征在于:活动钢板与内气囊相接触的一侧覆盖有降低摩擦系数的材料。
5.根据权利要求1所述的双层气囊动力装置,其特征在于:内层气囊和外层气囊的最大承压为1.0MPa。
6.根据权利要求1所述的双层气囊动力装置,其特征在于:活动钢板的滑动角度为49.7°。
Priority Applications (1)
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CN201821130570.2U CN208762968U (zh) | 2018-07-17 | 2018-07-17 | 一种双层气囊动力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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CN201821130570.2U CN208762968U (zh) | 2018-07-17 | 2018-07-17 | 一种双层气囊动力装置 |
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CN201821130570.2U Active CN208762968U (zh) | 2018-07-17 | 2018-07-17 | 一种双层气囊动力装置 |
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CN (1) | CN208762968U (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109024495A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-12-18 | 江苏省防汛防旱指挥部办公室 | 一种双层气囊动力装置 |
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2018
- 2018-07-17 CN CN201821130570.2U patent/CN208762968U/zh active Active
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109024495A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-12-18 | 江苏省防汛防旱指挥部办公室 | 一种双层气囊动力装置 |
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