申请/专利权人：西南交通大学

申请日：2019-04-29

公开（公告）日：2024-02-06

公开（公告）号：CN109991393B

主分类号：G01N33/24

分类号：G01N33/24

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.06#授权;2019.08.02#实质审查的生效;2019.07.09#公开

摘要：本发明公开了一种用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置，包括斜板装置，斜板装置包括斜板固定支架，斜板固定支架上安装有斜板，斜板下端与底板抵接，斜板与角度调节机构连接；斜板上安装有物料释放装置，物料释放装置包括导轨，导轨上安装有物料盒，物料盒朝向底板的一侧开口，物料盒远离底板的一侧与气动加速装置相接；气动加速装置包括与物料盒侧壁固定连接的高速气缸，高速气缸通过通气管与储气罐连接，储气罐上设置有空气压缩机。本发明能够解决现有技术中滑坡的室内物理模型无法模拟滑坡高速运动的问题，结构简单、调节方便、易于操作。

主权项：1.一种用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置，其特征在于，包括斜板装置，所述斜板装置包括斜板固定支架，斜板固定支架上安装有斜板，斜板下端与底板抵接，斜板与角度调节机构连接；斜板上安装有物料释放装置，所述物料释放装置包括导轨，所述导轨上安装有物料盒，所述物料盒朝向底板的一侧开口，物料盒远离底板的一侧与气动加速装置相接；所述气动加速装置包括与物料盒侧壁固定连接的高速气缸，高速气缸通过通气管与储气罐连接，储气罐上设置有空气压缩机；所述物料盒的开口端铰接有前侧挡板，所述前侧挡板与物料盒间连接有前侧挡板闭合时呈拉伸状态的弹簧，所述前侧挡板的两侧向外延伸，物料盒的两侧设置有与前侧挡板延伸部贴合的电磁铁；通电状态下，电磁铁将前侧挡板吸住；斜板上设置有电源开关和用于监测物料盒是否到达的对射光电传感器，所述电源开关分别与所述对射光电传感器、所述电磁铁电连接。

全文数据：一种用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置技术领域本发明涉及一种滑坡物理模型实验领域，具体涉及一种用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置。背景技术高速远程滑坡是由大型岩崩或岩滑发展而来的高速岩石碎屑流，其速度一般大于20ms，最高可超过100ms，具有体积大、运动距离远、破坏性强等特点，此类地质灾害严重威胁着我国高山峡谷地区的人民生命财产安全和交通干线的建设与安全运营。高速远程滑坡运动机理一直是国内外工程地质领域和山地灾害领域的前沿热点，而室内物理模型实验是进行高速远程滑坡运动机理研究的重要手段之一。已有的研究成果表明，高速远程滑坡的运动速度远远大于一般的灾难性滑坡，运动速度是影响滑坡运动过程和堆积特征的重要因素，直接导致了滑坡的堆积范围的变化及其危害性的差异，而滑坡堆积范围的预测是进行滑坡灾害风险评估与应急管理的最关键参数之一，因此在室内物理模型实验中尽量模拟滑坡的高速运动过程，是高速远程滑坡物理模型实验的关键。然而由于室内物理模型实验存在尺寸效应，亦是受限于实验场地，大多数滑坡的室内物理模型实验中，模拟滑坡的运动速度一般都低于5ms，严重影响了滑坡模拟的真实性与可靠性。发明内容本发明针对现有技术的上述不足，提供了一种能够解决现有技术中滑坡的室内物理模型无法模拟滑坡高速运动的问题的一种用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置。为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：提供了一种用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置，其包括斜板装置，斜板装置包括斜板固定支架，斜板固定支架上安装有斜板，斜板下端与底板抵接，斜板与角度调节机构连接；斜板上安装有物料释放装置，物料释放装置包括导轨，导轨上安装有物料盒，物料盒朝向底板的一侧开口，物料盒远离底板的一侧与气动加速装置相接；气动加速装置包括与物料盒侧壁固定连接的高速气缸，高速气缸通过通气管与储气罐连接，储气罐上设置有空气压缩机。上述技术方案中，优选的，斜板两侧面对称设置有空心圆环，斜板固定支架的上部设置有滑轮起重器，滑轮起重器通过绳子与空心圆环连接。上述技术方案中，优选的，角度调节机构包括与斜板中部抵接的角度调节杆和与斜板底部卡接的高度微调器。上述技术方案中，优选的，高度微调器包括对称设置有斜板下方两侧的微调器底座，微调器底座上设置有长螺栓，长螺栓上套接有桁架，桁架与斜板底部抵接，桁架上设置有与斜板侧面抵接的卡件。上述技术方案中，优选的，物料盒的邻近开口一面的两侧对称安装有L型钢板，L性钢板的上端与实心铁柱铰接，实心铁柱下部设置有前侧挡板。上述技术方案中，优选的，两侧L型钢板的上部前端和前侧挡板的中部分别设置有固定环，相邻的固定环间通过弹簧相互连接。上述技术方案中，优选的，前侧挡板的两侧向外延伸，物料盒的两侧设置有与前侧挡板延伸部贴合的电磁铁。上述技术方案中，优选的，斜板上设置有对射光电传感器，对射光电传感器包括接收器、继电器和发射器，发射器和接收器分别设置于邻近导轨最下端位置处，且发射器和接收器的间距大于物料盒的宽度。上述技术方案中，优选的，导轨的一侧设置有电源开关，电源开关分别与对射光电传感器、电磁铁电连接。上述技术方案中，优选的，通气管上设置有开关阀。本发明提供的上述用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置主要有益效果在于：通过设置斜板装置、气动加速装置和物料释放装置，可以实现高速滑动、撞击、破坏、堆积一系列完整运动过程，实验材料在滑动破坏后的现象完全保留在气动加速斜板实验装置的底板上，以保证实验的准确性，从而尽可能还原真实滑坡的高速运动过程，为探讨滑坡的运动机理、为滑坡类灾害的风险分析提供科学依据，弥补了目前小比例尺滑坡物理模型实验无法模拟滑体高速运动的缺陷。通过设置角度调节机构，可以实现不同倾斜角度下无侧限高速远程滑坡的物理模拟，调节范围大，调节过程简单，操作难度较小；通过设置气动加速装置，调节储气罐压力，控制气缸中活塞杆的运动速度与作用力，从而控制物料盒中实验材料的初始运动速度，实现不同初速度高速远程滑坡的模拟。附图说明图1为本发明气动加速斜板实验装置的整体结构示意图。图2为气动加速实验装置的斜板装置爆炸图。图3为气动加速实验装置的气动加速装置示意图图4为气动加速实验装置的物料释放装置示意图其中，201-底板板面，202-底板底框，203-钢制肋，204-螺母，205-螺栓，206-斜板底框，207-斜板板面，208-空心圆环，209-斜板固定支架，210-滑轮起重器，211-滑轮挂钩，212-角度调节杆，213-角度调节螺栓，214-角度调节螺母，215-桁架，216-长螺栓，217-长螺栓匹配螺母，218-微调器底座，219-卡件，301-空气压缩机，302-气动三元件，303-储气罐，304-开关阀，305-通气管，306-高速气缸，401-物料盒，402-导轨，403-滑块，404-前侧挡板，405-L型钢板，406-安装螺栓，407-安装螺母，408-固定环，409-实心铁柱，410-弹簧，411-电磁铁，412-对射光电传感器，413-继电器，414-电源开关。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步说明：如图1所示，其为一种用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置的结构示意图。本发明的一种用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置包括斜板装置，所述斜板装置包括斜板固定支架209，如图2所示，斜板固定支架209上安装有斜板，斜板包括斜板底框206和斜板面板207，斜板底框206和斜板面板207通过螺栓205和螺母204固定连接；斜板下端与底板抵接，底板包括底板板面201和底板底框202，底板底框202上设置有钢制肋203，以便更好地承重。斜板与角度调节机构连接。具体地，角度调节机构包括与斜板底框206中部抵接的角度调节杆212和与斜板底部卡接的高度微调器。进一步地，斜板固定支架209两侧中心分别开设安装槽，安装槽呈长条状，安装槽的宽度大于角度调节螺栓213的螺栓直径，角度调节杆212两侧通过角度调节螺栓213穿过固定支架209两侧槽钢的安装槽，并用角度调节螺母214固定；通过改变角度调节杆212在安装槽上的安装高度，由于斜板底部与底板抵接而保持位置固定，从而使得斜板的倾斜角度改变。高度微调器包括对称设置有斜板下方两侧的微调器底座218，微调器底座218上焊接有长螺栓216，长螺栓216上套接有桁架215，连接部设置有长螺栓匹配螺母217，桁架215与斜板底框202的底部抵接，桁架215上设置有与斜板侧面抵接的卡件219；通过调节长螺栓匹配螺母217的位置，实现对桁架215高度的调节，从而对斜板下部的角度进行微调。优选的，斜板两侧面对称设置有空心圆环208，斜板固定支架209的上部通过滑轮挂钩211安装有滑轮起重器210，滑轮起重器210通过绳子与空心圆环208连接。当需要通过角度调节杆212调节斜板倾角时，通过滑轮起重器210抬起斜板，以方便调节。斜板上安装有物料释放装置，如图4所示，物料释放装置包括导轨402，导轨402上安装有物料盒401，物料盒401下端设置有与导轨402配合的滑块403，物料盒401朝向底板的一侧开口，物料盒401远离底板的一侧与气动加速装置相接。具体地，物料盒401的邻近开口一面的两侧对称安装有L型钢板405，L型钢板405的下端通过安装螺栓406和安装螺母407设置于物料盒401两侧，L型钢板405的上端与实心铁柱409铰接，实心铁柱409下部设置有前侧挡板404。L型钢板405的上部前端和前侧挡板404的中部分别设置有固定环408，同一侧的固定环408间通过弹簧410相互连接；当前侧挡板404关闭时，弹簧410呈拉伸状态。前侧挡板404的两侧向外延伸，物料盒401的两侧设置有与前侧挡板404延伸部贴合的电磁铁411。通电状态下，电磁铁411将前侧挡板404吸住，从而将实验材料留置于物料盒401中；当断电后，前侧挡板404在弹簧410的牵引作用下，向后拉起，从而释放实验材料。斜板上设置有对射光电传感器412，对射光电传感器412包括接收器、继电器413和发射器，发射器和接收器分别设置于邻近导轨402最下端位置处，且发射器和接收器的间距大于物料盒401的宽度。导轨402的一侧设置有电源开关414，电源开关414分别与对射光电传感器412、电磁铁411电连接。如图3所示，气动加速装置包括与物料盒401侧壁固定连接的高速气缸301，高速气缸301固定设置于斜板板面207上，并通过通气管305与储气罐303连接，储气罐303上设置有空气压缩机301。空气压缩机301和储气罐303上分别设置有气动三元件。通气管305上设置有开关阀304。下面是本发明提供的气动加速实验装置的工作原理说明：通过调节角度调节杆212的高度及桁架215的高度，使斜板装置呈设定的角度；然后通过气动加速装置中的空气压缩机301向储气罐303充气，当储气罐303上的仪表显示为设定压力时，打开开关阀304，使高速气缸306的活塞杆在气压作用下向前运动，活塞杆推动物料盒401以设定的速度沿着导轨402下滑，下滑的初速度由斜板装置的倾角和所释放的定量气体压力共同决定，因此可以精准控制实验材料的运动初速度。实验材料放置在物料盒401之内，并随着物料盒401的运动而运动，对射光电传感器412放置在物料盒401所能到达的最前端两侧，当对射光电传感器412发射器与接收器之间没有任何障碍物时，成常闭合状态。对射光电传感器412控制电磁铁411的开关，闭合状态下电磁铁411正常通电，紧紧吸住前侧挡板404，前侧挡板404与L型钢板405之间连接的弹簧410处于拉伸状态。当物料盒401运动到导轨402最前端时，阻碍对射光电传感器412发射器与接收器之间的通道，电路断开，电磁铁411停止工作，前侧挡板404与L型钢板405之间连接的弹簧410得以恢复成自由状态，带动前侧挡板404快速打开，从而实验材料在高速运动条件下自动释放。实验材料从斜板落入底板上，以将滑动破坏后的滑坡结构现象完全保留，从而保证实验的准确性。上面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

权利要求：1.一种用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置，其特征在于，包括斜板装置，所述斜板装置包括斜板固定支架，斜板固定支架上安装有斜板，斜板下端与底板抵接，斜板与角度调节机构连接；斜板上安装有物料释放装置，所述物料释放装置包括导轨，所述导轨上安装有物料盒，所述物料盒朝向底板的一侧开口，物料盒远离底板的一侧与气动加速装置相接；所述气动加速装置包括与物料盒侧壁固定连接的高速气缸，高速气缸通过通气管与储气罐连接，储气罐上设置有空气压缩机。2.根据权利要求1所述的用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置，其特征在于，所述斜板两侧面对称设置有空心圆环，所述斜板固定支架的上部设置有滑轮起重器，所述滑轮起重器通过绳子与空心圆环连接。3.根据权利要求1所述的用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置，其特征在于，所述角度调节机构包括与斜板中部抵接的角度调节杆和与斜板底部卡接的高度微调器。4.根据权利要求3所述的用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置，其特征在于，所述高度微调器包括对称设置有斜板下方两侧的微调器底座，微调器底座上设置有长螺栓，长螺栓上套接有桁架，所述桁架与斜板底部抵接，桁架上设置有与斜板侧面抵接的卡件。5.根据权利要求1所述的用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置，其特征在于，所述物料盒的邻近开口一面的两侧对称安装有L型钢板，L性钢板的上端与实心铁柱铰接，实心铁柱下部设置有前侧挡板。6.根据权利要求5所述的用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置，其特征在于，所述两侧L型钢板的上部前端和前侧挡板的中部分别设置有固定环，相邻的固定环间通过弹簧相互连接。7.根据权利要求6所述的用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置，其特征在于，所述前侧挡板的两侧向外延伸，所述物料盒的两侧设置有与前侧挡板延伸部贴合的电磁铁。8.根据权利要求1所述的用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置，其特征在于，所述斜板上设置有对射光电传感器，所述对射光电传感器包括接收器、继电器和发射器，所述发射器和接收器分别设置于邻近导轨最下端位置处，且发射器和接收器的间距大于物料盒的宽度。9.根据权利要求8所述的用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置，其特征在于，所述导轨的一侧设置有电源开关，所述电源开关分别与对射光电传感器、电磁铁电连接。10.根据权利要求1所述的用于高速远程滑坡模拟的气动加速斜板实验装置，其特征在于，所述通气管上设置有开关阀。

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