专利名称：一种滑坡物理模型试验液压抬升自重加载装置的制作方法
技术领域：
本发明属于地质灾害模型试验领域，具体地指一种滑坡物理模型试验液压抬升自重加载装置。
背景技术：
滑坡物理模型试验属于地质力学模型试验的范畴，其理论起源于20世纪初期建立的结构模型试验，目前已逐渐发展并延伸出了滑坡现场模型试验、滑坡底摩擦模型试验、滑坡框架式模型试验、滑坡离心模型试验和滑坡综合模型试验等诸多研究方向。其中，滑坡框架式模型试验是指在通常的重力场内，通过在框架模型槽内采用满足相似判据的相似材料制作模型，在模型满足主要边界条件相似的情况下测量其变形和各力学特性参数。该试验既能直观地观察到滑体在滑动过程中的运动特征，也能定量的获得滑坡的应力、应变、位 移等参数，可从定性和定量的角度阐明滑坡孕育的机制。在滑坡框架式模型试验条件下，滑坡物理模型一般是在外力作用条件下发生变形或破坏。外力作用的主要方式有机械震动或爆破形式模拟的地震波；改变框架内部水位高度模拟库水位波动造成的渗流作用；降雨模拟器模拟降雨条件下的渗流作用；人工堆载的方式在滑坡物理模型后缘提供滑坡推力；在滑坡后缘布置钢板，液压千斤顶或MTS液压伺服推力装置作用下施加滑坡推力等。其中，对于滑坡物理模型后缘施加推力的方式还存在如下局限或缺陷
(1)现有滑坡物理模型后缘的推力加载与控制系统往往结构复杂、操作繁琐，难以满足快速、稳定、持续的滑坡后缘推力加载要求；
(2)现有采用人工堆载的方式虽然可以在滑坡后缘施加稳定的作用力，但对滑坡推力的大小及方向难以精确控制，所施加外力的边界条件与实际不符。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种滑坡物理模型试验液压抬升自重加载装置，能够方便、快速地调整滑坡物理模型后缘的推力大小和方向，使施加的推力与实际边界条件相符合，且加载力稳定。为解决上述技术问题，本发明提供的一种滑坡物理模型试验液压抬升自重加载装置，包括底座、升降机构、角度调节机构和推力加载机构；所述升降机构位于底座上，升降机构上端连接角度调节机构，用于驱动角度调节机构的升降；所述角度调节机构包括支撑板、滑动面板和上部液压伸缩杆，支撑板与升降机构的上端连接，支撑板的前端和滑动面板的前端通过转动轴铰接，所述上部液压伸缩杆的下端与支撑板固定、上端支撑于滑动面板的底部，用于通过上部液压伸缩杆的伸缩调节支撑板和滑动面板之间的夹角；所述推力加载机构包括用于承载重物的加载平台，加载平台的底面与滑动面板的顶面滑动配合、可沿滑动面板前后滑动。上述技术方案中，所述加载平台的底面设有若干排滑槽，所述滑动面板的顶面开有相应的若干排孔槽，孔槽内设置滚珠，加载平台的底面与滑动面板的顶面通过所述滑槽与滚珠滑动配合。
上述技术方案中，所述加载平台的后端设有插锁，用于加载平台与滑动面板的临时固定。上述技术方案中，所述支撑板上开有一组卡槽，用于上部液压伸缩杆在支撑板上不同位置的固定。目的是为了可选择的改变调整角度的范围，上部液压伸缩杆设置于前部的卡槽时用于调整大角度、设置于后部的卡槽时用于调整小角度。上述技术方案中，所述支撑板通过支撑板卡槽与升降机构的上端连接；所述支撑板卡槽与升降机构的上端固定，支撑板位于支撑板卡槽内、可沿支撑板卡槽前后滑动以调整支撑板位置。上述技术方案中，所述上部液压伸缩杆为液压千斤顶。上述技术方案中，所述升降机构为双剪叉升降机构；双剪叉升降机构包括两组剪刀叉和下部液压伸缩杆，每组剪刀叉由两根剪叉臂架通过中部的销轴连接构成，两根剪叉臂架之间还设有若干加固连接杆；上方的剪刀叉上端与角度调节机构连接、下端与下方的剪刀叉上端铰接，下方的剪刀叉下端后部通过转轴固定在底座上，下方的剪刀叉下端前部通过滑轮与底座接触、可沿底座前后滑动；所述下部液压伸缩杆的上端与上方剪刀叉的一根加固连接杆铰接，下部液压伸缩杆的下端与下方剪刀叉上、滑轮位置处的一根加固连接杆铰接。进一步地，所述下部液压伸缩杆为液压千斤顶。上述技术方案中，所述转动轴处安装有角度刻度盘，用于支撑板和滑动面板之间夹角的读数。上述技术方案中，所述底座下方设有若干行走轮。与现有技术相比，本发明的有益效果在于
(1)该加载装置可应用于滑坡框架式模型试验，通过后缘自重式可控加载模拟滑坡内部推力，实现滑坡非完整地质力学模型的研究，极大的减少了完整地质力学模型的制作强度；
(2)该自重加载装置结构简单，易于操作，加载过程较传统采用液压千斤顶等直接加载的设备更稳定；
(3)该自重加载装置通过两组液压伸缩杆实现了加载高度和加载角度的连续、精确、持续控制，使得施加的推力与实际边界条件符合良好；
(4)该自重加载装置适用于不同高度的滑坡物理模型推力加载，针对不同滑面高度的滑坡模型无需逐一制作不同高度的加载装置；
(5)该自重加载装置适用于不同滑面角度的滑坡模型，无需逐一制作不同角度的加载装置；
(6)该自重加载装置中加载平台的底面与滑动面板的顶面通过滑槽与滚珠滑动配合使用，极大的减小了加载平台下滑过程中的摩擦阻力作用，有效的将自重荷载转换成推力；
(7)该自重加载装置中加载平台的后端设有插锁，便捷的实现了加载平台与滑动面板的临时固定；
(8)试验中通过调整加载平台上部重物的质量，可实现滑坡物理模型后缘不同期次荷载的分级加载；
(9)该自重加载装置作为一个独立体系，与滑坡物理模型框架分离，耐用性好、可重复使用；
(10)由于该装置构件强度高、刚度大，构件偶尔出现破坏的可能性非常�。幢愠鱿制扑穑惨子谛蘩砘蚋唬�
(11)底座下方行走轮的设置，便于整个装置的移动及运输；
(12)该自重加载装置可广泛运用于包括土质滑坡、岩质滑坡等类型地质力学模型试验中的推力加载，应用前景广阔，经济效益显著。
图I为本发明一个实施例的立体结构示意图。图2为图I装置的主视图。图3为图I装置的后视图。图4为图I装置的左视图。图5为图I装置旋转后的俯视图。图6为图I装置应用于滑坡框架式模型试验时的使用状态示意图。图中1一加载平台，2—插锁，3—滑槽，4 一滚珠，5—转动轴，6—滑动面板，7—上部液压千斤顶，8—千斤顶卡槽，9 一支撑板，10—支撑板卡槽，11 一固定螺栓，12—剪叉臂架，13—销轴，14 一加固连接杆，15—下部液压千斤顶，16—液压千斤顶油管，17—滑轮，18一底座，19一行走轮，20—试验框架,21一滑床,22—滑体,23一滑带。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细描述。如图I至图5所示，本发明的一种滑坡物理模型试验液压抬升自重加载装置，包括底座18、升降机构、角度调节机构和推力加载机构，具体来说如下。底座18下方设有若干行走轮19，以便整个装置的移动。升降机构位于底座18上，本实施例的升降机构为双剪叉升降机构，它包括两组剪刀叉和下部液压伸缩杆。每组剪刀叉由两根剪叉臂架12通过中部的销轴13连接构成，两根剪叉臂架12之间还设有若干加固连接杆14。上方的剪刀叉上端与角度调节机构连接、下端与下方的剪刀叉上端铰接，下方的剪刀叉下端后部通过转轴固定在底座18上，下方的剪刀叉下端前部通过滑轮17与底座18接触、可沿底座18前后滑动。本实施例的下部液压伸缩杆为下部液压千斤顶15。下部液压千斤顶15的上端与上方剪刀叉的一根加固连接杆14铰接，下部液压千斤顶15的下端与下方剪刀叉上、滑轮17位置处的一根加固连接杆14铰接。通过下部液压千斤顶15的伸缩，双剪叉升降机构能够驱动角度调节机构的升降。本实施例的角度调节机构包括支撑板卡槽10、支撑板9、滑动面板6和上部液压伸缩杆。支撑板卡槽10与上述升降机构的上方剪刀叉上端固定，支撑板9位于支撑板卡槽10内、可沿支撑板卡槽10前后滑动，支撑板9调整到合适位置后，用固定螺栓11固定。支撑板9的前端和滑动面板6的前端通过转动轴5铰接。本实施例的上部液压伸缩杆为上部液压千斤顶7，上部液压千斤顶7的下端与支撑板9固定、上端支撑于滑动面板6的底部，通过上部液压千斤顶7的伸缩可调节支撑板9和滑动面板6之间的夹角，以适用于滑带23倾角不同的滑坡。在转动轴5处安装有角度刻度盘(图中未示意出)，可进行支撑板9和滑动面板6之间夹角的读数。在支撑板9上开有一组千斤顶卡槽8，可用于上部液压千斤顶7在支撑板9上不同位置的固定。本实施例的推力加载机构包括用于承载重物的加载平台1，加载平台I底面的倾角应与滑坡模型的滑带23倾角相同。加载平台I的底面设有若干排滑槽3，上述滑动面板6的顶面开有相应的若干排孔槽，孔槽内设置滚珠4，加载平台I的底面与滑动面板6的顶面通过滑槽3与滚珠4滑动配合，可使加载平台I沿滑动面板6前后滑动。加载平台I的顶面呈水平面或者凹状，用于承载经标定重量后的物体，使之在自重条件下随加载平台I 一起沿滑动面板6下滑，通过加载平台I前面板作用在滑坡模型上，并以上覆堆载的重力沿着滑动面板6水平方向的分量提供相应的水平荷载。在加载平台I的后端还设有插锁2，用于装置使用前加载平台I与滑动面板6的临时固定。上述上部液压千斤顶7和下部液压千斤顶15分别连接有液压千斤顶油管16，通过 外部液压控制系统对两液压千斤顶7、15的伸缩量进行控制。将本发明应用于滑坡框架式模型试验的大致过程为
一、前期准备
1、针对研究需求，依据相似原理，拟定概化后的滑坡相似模型；以相似材料试验结果为标准，分别配制滑床21、滑带23、滑体22相似材料。根据拟定的滑坡相似模型空间形态采用配制均匀、含水率恒定的相似材料制作滑坡模型；
2、测量滑坡模型后缘滑带23的倾角，制作对应的加载平台I;
二、装置的调节与固定
3、将本发明的自重加载装置推至试验框架20的指定位置，并正对滑坡后缘，将自重加载装置底部的行走轮19锁死固定；
4、通过外部液压控制系统调节下部液压千斤顶15的伸缩量，使支撑板9高度逐渐上升，当支撑板9高度与滑坡的滑带23高度一致时停止施加油压并保持固定；
5、水平调整支撑板9的位置，使支撑板9与滑坡后缘滑带23刚好接触，通过固定螺栓11将支撑板9固定；
6、根据滑带23的倾角，在支撑板9上选择合适的千斤顶卡槽8，并在千斤顶卡槽8内放置上部液压千斤顶7 ；
7、通过外部液压控制系统调节上部液压千斤顶7的伸缩量，进而达到改变滑动面板6的倾角的目的。在此过程中，建议在转动轴5上安装角度刻度盘读取滑动面板6的倾角，滑动面板6的倾角与加载平台I底面的倾角相同；
三、推力加载过程
8、标定加载平台I重量，并根据滑坡模型后缘推力加载大�。屏克枰闹匚铮�
9、在加载平台I上，竖直、缓慢放置标定好的重物；
10、打开加载平台I后部的插锁2，手扶加载平台I使其缓慢下滑直至与滑坡后缘接触后，松开双手，直至滑坡变形或破坏。需要注意的是，为避免加载过程中滑体22从加载平台I上部挤出，加载平台I的顶面应当不低于滑体22顶面高度，相应的，在制作加载平台I时，可适当提高其竖直加载面的高度；四、试验结束
11、先卸除加载平台I上堆载的重物，然后将加载平台I卸除；
12、先释放上部液压千斤顶7的油压，再卸除上部液压千斤顶7；
13、释放下部液压千斤顶15的油压；
14、松开底座18下方行走轮19的制动，将本自重加载装置移动至指定地点。 本发明的核心在于升降机构和角度调节机构的设置，使得采用自重加载的推力大小和方向连续、精确可调，使施加的推力与实际边界条件相符合，且加载力稳定。所以其保护范围并不限于上述实施例。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各 种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神，例如升降机构不限于实施例所述的双剪叉结构，采用其他常规结构，用于支撑板9的可控升降也是可行的；加载平台I和滑动面板6之间的滑动配合方式也不限于实施例中的滑槽3和滚珠4，只要便于二者的相对前后滑动即可；上、下部液压伸缩杆采用电液推杆等其他液压伸缩机构也能够实现本发明技术方案等。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。
权利要求
1.一种滑坡物理模型试验液压抬升自重加载装置，其特征在于包括底座(18)、升降机构、角度调节机构和推力加载机构；所述升降机构位于底座(18)上，升降机构上端连接角度调节机构，用于驱动角度调节机构的升降；所述角度调节机构包括支撑板(9)、滑动面板(6)和上部液压伸缩杆，支撑板(9)与升降机构的上端连接，支撑板(9)的前端和滑动面板(6)的前端通过转动轴(5)铰接，所述上部液压伸缩杆的下端与支撑板(9)固定、上端支撑于滑动面板(6)的底部，用于通过上部液压伸缩杆的伸缩调节支撑板(9)和滑动面板(6)之间的夹角；所述推力加载机构包括用于承载重物的加载平台(1)，加载平台(I)的底面与滑动面板(6)的顶面滑动配合、可沿滑动面板(6)前后滑动。
2.根据权利要求I所述的一种滑坡物理模型试验液压抬升自重加载装置，其特征在于所述加载平台(I)的底面设有若干排滑槽(3)，所述滑动面板(6)的顶面开有相应的若干排孔槽，孔槽内设置滚珠(4)，加载平台(I)的底面与滑动面板(6)的顶面通过所述滑槽(3)与滚珠(4)滑动配合。
3.根据权利要求I所述的一种滑坡物理模型试验液压抬升自重加载装置，其特征在于所述加载平台(I)的后端设有插锁(2)，用于加载平台(I)与滑动面板(6)的临时固定。
4.根据权利要求I至3中任一权利要求所述的一种滑坡物理模型试验液压抬升自重加载装置，其特征在于所述支撑板(9)上开有一组卡槽，用于上部液压伸缩杆在支撑板(9)上不同位置的固定。
5.根据权利要求I至3中任一权利要求所述的一种滑坡物理模型试验液压抬升自重加载装置，其特征在于所述支撑板(9)通过支撑板卡槽(10)与升降机构的上端连接；所述支撑板卡槽(10)与升降机构的上端固定，支撑板(9)位于支撑板卡槽(10)内、可沿支撑板卡槽(10)前后滑动以调整支撑板(9)位置。
6.根据权利要求I至3中任一权利要求所述的一种滑坡物理模型试验液压抬升自重加载装置，其特征在于所述上部液压伸缩杆为液压千斤顶。
7.根据权利要求I至3中任一权利要求所述的一种滑坡物理模型试验液压抬升自重加载装置，其特征在于所述升降机构为双剪叉升降机构；双剪叉升降机构包括两组剪刀叉和下部液压伸缩杆，每组剪刀叉由两根剪叉臂架(12)通过中部的销轴(13)连接构成，两根剪叉臂架(12)之间还设有若干加固连接杆(14);上方的剪刀叉上端与角度调节机构连接、下端与下方的剪刀叉上端铰接，下方的剪刀叉下端后部通过转轴固定在底座(18)上，下方的剪刀叉下端前部通过滑轮(17)与底座(18)接触、可沿底座(18)前后滑动；所述下部液压伸缩杆的上端与上方剪刀叉的一根加固连接杆(14)铰接，下部液压伸缩杆的下端与下方剪刀叉上、滑轮(17)位置处的一根加固连接杆(14)铰接。
8.根据权利要求7所述的一种滑坡物理模型试验液压抬升自重加载装置，其特征在于所述下部液压伸缩杆为液压千斤顶。
9.根据权利要求I至3中任一权利要求所述的一种滑坡物理模型试验液压抬升自重加载装置，其特征在于所述转动轴(5)处安装有角度刻度盘，用于支撑板(9)和滑动面板(6)之间夹角的读数。
10.根据权利要求I至3中任一权利要求所述的一种滑坡物理模型试验液压抬升自重加载装置，其特征在于所述底座(18)下方设有若干行走轮(19)。
全文摘要
一种滑坡物理模型试验液压抬升自重加载装置，包括底座、升降机构、角度调节机构和推力加载机构；升降机构位于底座上，升降机构上端连接角度调节机构；角度调节机构包括支撑板、滑动面板和上部液压伸缩杆，支撑板与升降机构的上端连接，支撑板的前端和滑动面板的前端通过转动轴铰接，上部液压伸缩杆的下端与支撑板固定、上端支撑于滑动面板的底部，用于通过上部液压伸缩杆的伸缩调节支撑板和滑动面板之间的夹角；推力加载机构包括用于承载重物的加载平台，加载平台的底面与滑动面板的顶面滑动配合、可沿滑动面板前后滑动。本发明能够方便、快速地调整滑坡物理模型后缘的推力大小和方向，使施加的推力与实际边界条件相符合，且加载力稳定。
文档编号G01N33/24GK102928572SQ201210414258
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者李长冬, 雍睿, 马俊伟, 王凯, 夏浩, 代先尧 申请人:中国地质大学(武汉)
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