專利名稱：用于巖土工程邊坡振動擾動模擬裝置及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬裝置，尤其是一種用于巖土工程邊坡振動擾動模擬裝置。
背景技術(shù)：
目前，隨著我國巖土工程的蓬勃發(fā)展，邊坡問題已成為工程界普遍面臨的問題，邊坡是指巖體、土體在自然重力作用或人為作用而形成一定傾斜度的臨空面，邊坡的分類有多種，按成因分類，可分為人工邊坡和自然邊坡；按地層巖性分類，可分為土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡；按使用年限分類，可分為永久性邊坡和臨時性邊坡。對邊坡的影響因素中，水和振動占主導(dǎo)地位，其中振動條件下，如地震，擾動情況下對邊坡的影響研究較少，地震的模擬主要靠振動臺來實(shí)現(xiàn)，而振動臺耗資巨大，往往上千萬，而且操作繁瑣，裝置龐大，這嚴(yán)重制約了振動實(shí)驗(yàn)的發(fā)展，對坡體振動的研究主要包括振動方向，振動頻率計(jì)振幅的影響，而且一些簡單實(shí)驗(yàn)的研究并不需要高額的振動臺來實(shí)現(xiàn)，因此設(shè)計(jì)研制一臺簡單條件下的振動擾動模擬裝置十分必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于巖土工程邊坡振動擾動模擬裝置，其有效滿足了實(shí)驗(yàn)需要，提高實(shí)驗(yàn)效率，極大節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，大大方便了實(shí)驗(yàn)操作。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:一種用于巖土工程邊坡振動擾動模擬裝置，包括設(shè)置于底座上的電動機(jī)，底座上還設(shè)有與其滑動連接的底板，電動機(jī)通過連接件與底板底部相連，底板上部通過水平旋轉(zhuǎn)件連接有透明框架裝置，透明框架裝置中設(shè)有邊坡土體。所述底座上電動機(jī)兩側(cè)設(shè)有兩個平行的導(dǎo)板，導(dǎo)板上端同向設(shè)有若干滑輪。所述底板下部設(shè)有兩個與所述導(dǎo)板相配合的支撐板，支撐板下端開有與所述滑輪相配合的凹槽。所述連接件為相鉸接的兩根旋轉(zhuǎn)拉壓桿，相鉸接的兩根旋轉(zhuǎn)拉壓桿一端連接于底板底部，另一端與電動機(jī)輸出軸相連。所述水平旋轉(zhuǎn)件為設(shè)置于底板上部中心位置的水平轉(zhuǎn)軸。所述透明框架裝置包括邊坡底部擋墻和設(shè)置于其上的側(cè)面擋墻，邊坡底部擋墻周邊固定有鋼框架，鋼框架上設(shè)有鋼化玻璃板，鋼化玻璃板外部通過護(hù)欄固定與鋼框架上，鋼框架內(nèi)的邊坡底部擋墻上設(shè)有邊坡土體，邊坡土體一側(cè)靠在側(cè)面擋墻上，側(cè)面擋墻位于鋼框架內(nèi)。所述邊坡土體呈階梯狀。用于巖土工程邊坡振動擾動模擬裝置的使用方法，步驟如下:(I)安置電動機(jī)，將底板通過滑輪搭接在底座上，保證其能夠自由滑動；(2)將電動機(jī)和旋轉(zhuǎn)拉壓桿連接好，旋轉(zhuǎn)拉壓桿另一頭連在底板底部；
(3)將玻璃板安置在鋼框架四面上，玻璃板外圍用護(hù)欄固定，并布設(shè)好刻度，將邊坡土體填入鋼框架內(nèi)邊坡?lián)鯄χ?在邊坡土體內(nèi)埋設(shè)監(jiān)測元件如位移傳感器,壓力盒,應(yīng)變磚等，最終將土體壘好。(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要設(shè)定電動機(jī)轉(zhuǎn)動速度，拉桿長短以及上部裝置轉(zhuǎn)角，從而改變振動頻率角度及振幅，啟動電源，觀察邊坡體的振動；(振動的模擬類似于氣缸工作，兩個旋轉(zhuǎn)拉壓桿鉸接，可轉(zhuǎn)動，電動機(jī)牽引下拉桿做圓周運(yùn)動，下拉桿的另一端帶動上拉桿運(yùn)動，上拉桿的另一端帶動上部的裝置做簡諧振動)(5)轉(zhuǎn)動結(jié)束后觀察坡面所占刻度示數(shù)變化及監(jiān)測數(shù)據(jù)變化，分析坡體穩(wěn)定性；(6)更改振動頻率，振幅和角度，重新上述實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明的鋼框架四面安裝可視化玻璃，玻璃面帶有刻度，可清晰觀測振動擾動后邊坡土體的形態(tài)變化及滑塌分布；整個土體及上部框架可在水平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，研究不同振動方向?qū)吰路€(wěn)定性的影響；振動的模擬靠發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動拉壓桿實(shí)現(xiàn)，模擬整個邊坡體簡諧振動；鋼框架與裝置底板間安置滑輪，使上方坡體可以沿滑輪自由滑動。發(fā)動機(jī)牽引拉壓桿可調(diào)節(jié)長度，轉(zhuǎn)速可控，以此研究不同振幅不同振動頻率對邊坡土體穩(wěn)定性的影響。玻璃板的安置使實(shí)驗(yàn)過程可視化，玻璃板上待遇刻度可清晰觀察振動擾動后坡面的變化情況。邊坡體下方安置轉(zhuǎn)軸，使上方裝置可在水平方向自由旋轉(zhuǎn)，研究不同振動方向上的振動對邊坡穩(wěn)定性及坡面運(yùn)動狀態(tài)的影響。振動的模擬由發(fā)動機(jī)帶動兩根拉壓桿旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，類似氣缸的運(yùn)動原理，實(shí)現(xiàn)邊坡體的簡諧振動。發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)，通過對轉(zhuǎn)速的控制研究不同振動頻率對邊坡體穩(wěn)定性的影響。兩根拉壓桿的長度可調(diào)節(jié)，以此改變振幅，研究不同振幅對邊坡穩(wěn)定性的影響。本發(fā)明的有益效果是:I帶有刻度的玻璃板可清晰觀測振動擾動后邊坡土體的形態(tài)變化及滑塌分布；2整個土體及上部框架可在水平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，研究不同振動方向?qū)吰路€(wěn)定性的影響；3發(fā)動機(jī)牽引拉壓桿長度可調(diào)，轉(zhuǎn)速可控，以此研究不同振幅不同振動頻率對邊坡土體穩(wěn)定性的影響。4鋼框架與裝置底板間安置滑輪，使上方坡體可以沿滑輪自由滑動。5振動的模擬靠發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動拉壓桿實(shí)現(xiàn)，模擬整個邊坡體簡諧振動；


圖1、圖2是本發(fā)明不同的應(yīng)用狀態(tài)示意圖；圖3是本發(fā)明整體分解圖；圖4 (a)、圖4(b)是振動模擬示意圖；其中I鋼框架；2玻璃板護(hù)欄；3邊坡土體；4邊坡?lián)鯄Γ?水平轉(zhuǎn)軸；6滑動底板；7滾動滑輪；8旋轉(zhuǎn)拉壓桿；9電動機(jī)；10底座。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。用于巖土工程邊坡振動擾動模擬的新型裝置，振動部分主要包括鋼框架I ;玻璃板護(hù)欄2 ;邊坡土體3 ;邊坡?lián)鯄? ;水平轉(zhuǎn)軸5 ;滑動底板6。。鋼框架I圍繞在邊坡?lián)鯄?四周，框架四面安置玻璃板，由玻璃板護(hù)欄2支撐，鋼框架I內(nèi)的邊坡底部擋墻上設(shè)有呈階梯狀的邊坡土體3，邊坡土體3 —側(cè)靠在側(cè)面擋墻上，側(cè)面擋墻位于鋼框架I內(nèi)，上述部件全部通過水平轉(zhuǎn)軸5固定在滑動底座6上，下部固定部分包括滾動滑輪7 ;旋轉(zhuǎn)拉壓桿8 ；電動機(jī)9 ;底座10，其中兩旋轉(zhuǎn)拉壓桿8鉸接，一端連接在滑動底板6上，另一端連接于電動機(jī)9，滑動底板6通過滾動滑輪7搭接在裝置底座10上，可滑動。底座10上電動機(jī)兩側(cè)設(shè)有兩個平行的導(dǎo)板,導(dǎo)板上端同向設(shè)有若干滑輪7。底板10下部設(shè)有兩個與所述導(dǎo)板相配合的支撐板，支撐板下端開有與所述滑輪相配合的凹槽。一種用于巖土工程邊坡振動擾動模擬裝置的使用方法，包括以下幾步:(I)安置電動機(jī)9，將滑動底板6通過滾動滑輪7搭接在裝置底座10上，保證其可自由滑動；(2)將電動機(jī)9和旋轉(zhuǎn)拉壓桿8連接好，旋轉(zhuǎn)拉壓桿8另一頭連在滑動底板6上；(3)將玻璃板安置在鋼框架I四面上，玻璃板I外圍用護(hù)欄2固定，并布設(shè)好刻度，將邊坡土體3填入鋼框架I內(nèi)邊坡?lián)鯄χ校谶吰峦馏w3內(nèi)埋設(shè)監(jiān)測元件如位移傳感器，壓力盒，應(yīng)變磚等，最終將土體壘好。(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要設(shè)定電動機(jī)轉(zhuǎn)動速度，拉桿長短以及上部裝置轉(zhuǎn)角，從而改變振動頻率角度及振幅，啟動電源，觀察邊坡體的振動；(振動的模擬類似于氣缸工作，兩個旋轉(zhuǎn)拉壓桿鉸接，可轉(zhuǎn)動，電動機(jī)牽引下拉桿做圓周運(yùn)動，下拉桿的另一端帶動上拉桿運(yùn)動，上拉桿的另一端帶動上部的裝置做簡諧振動，詳見圖4 (a)、圖4 (b))(5)轉(zhuǎn)動結(jié)束后觀察坡面所占刻度示數(shù)變化及監(jiān)測數(shù)據(jù)變化，分析坡體穩(wěn)定性；(6)更改振動頻率，振幅和角度，重新行上述實(shí)驗(yàn)。上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于巖土工程邊坡振動擾動模擬裝置，其特征是，包括設(shè)置于底座上的電動機(jī)，底座上還設(shè)有與其滑動連接的底板，電動機(jī)通過連接件與底板底部相連，底板上部通過水平旋轉(zhuǎn)件連接有透明框架裝置，透明框架裝置中設(shè)有邊坡土體。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述底座上電動機(jī)兩側(cè)設(shè)有兩個平行的導(dǎo)板，導(dǎo)板上端同向設(shè)有若干滑輪。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是，所述底板下部設(shè)有兩個與所述導(dǎo)板相配合的支撐板，支撐板下端開有與所述滑輪相配合的凹槽。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述連接件為相鉸接的兩根旋轉(zhuǎn)拉壓桿，相鉸接的兩根旋轉(zhuǎn)拉壓桿一端連接于底板底部，另一端與電動機(jī)輸出軸相連。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述水平旋轉(zhuǎn)件為設(shè)置于底板上部中心位置的水平轉(zhuǎn)軸。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述透明框架裝置包括邊坡底部擋墻和設(shè)置于其上的側(cè)面擋墻，邊坡底部擋墻周邊固定有鋼框架，鋼框架上設(shè)有鋼化玻璃板，鋼化玻璃板外部通過護(hù)欄固定與鋼框架上，鋼框架內(nèi)的邊坡底部擋墻上設(shè)有邊坡土體，邊坡土體一側(cè)靠在側(cè)面擋墻上，側(cè)面擋墻位于鋼框架內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述邊坡土體呈階梯狀。
8.一種用于巖土工程邊坡振動擾動模擬裝置的使用方法，其特征是，步驟如下: (O安置電動機(jī)，將底板通過滑輪搭接在底座上，保證其能夠自由滑動； (2)將電動機(jī)和旋轉(zhuǎn)拉壓桿連接好，旋轉(zhuǎn)拉壓桿另一頭連在底板底部； (3)將玻璃板安置在鋼框架四面上，玻璃板外圍用護(hù)欄固定，并布設(shè)好刻度，將邊坡土體填入鋼框架內(nèi)邊坡?lián)鯄χ?，在邊坡土體內(nèi)埋設(shè)監(jiān)測元件如位移傳感器，壓力盒，應(yīng)變磚等，最終將土體壘好。
(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要設(shè)定電動機(jī)轉(zhuǎn)動速度，拉桿長短以及上部裝置轉(zhuǎn)角，從而改變振動頻率角度及振幅，啟動電源，觀察邊坡體的振動；(振動的模擬類似于氣缸工作，兩個旋轉(zhuǎn)拉壓桿鉸接，可轉(zhuǎn)動，電動機(jī)牽引下拉桿做圓周運(yùn)動，下拉桿的另一端帶動上拉桿運(yùn)動，上拉桿的另一端帶動上部的裝置做簡諧振動) (5)轉(zhuǎn)動結(jié)束后觀察坡面所占刻度示數(shù)變化及監(jiān)測數(shù)據(jù)變化，分析坡體穩(wěn)定性； (6)更改振動頻率，振幅和角度，重新上述實(shí)驗(yàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于巖土工程邊坡振動擾動模擬裝置，包括設(shè)置于底座上的電動機(jī)，底座上還設(shè)有與其滑動連接的底板，電動機(jī)通過連接件與底板底部相連，底板上部通過水平旋轉(zhuǎn)件連接有透明框架裝置，透明框架裝置中設(shè)有邊坡土體。本發(fā)明有效滿足了實(shí)驗(yàn)需要，提高實(shí)驗(yàn)效率，極大節(jié)省實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，大大方便了實(shí)驗(yàn)操作。
文檔編號G01M7/02GK103162927SQ20131010316
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者石少帥, 李利平, 李術(shù)才, 王慶瀚, 周宗青, 宋曙光, 郭明, 李邦翔 申請人:山東大學(xué)