[发明专利]滚石运动规律模型试验装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模型试验领域，尤其是一种用于模拟滚石运动规律的模型试验装置与方法。

背景技术

滚石,是指个别块石因某种原因从边坡和陡崖表面失稳后经下落、回弹、跳跃、滚动或滑动等运动方式中的一种或几种的组合沿着坡面向下快速运动，最后在较平缓的地带或障碍物附近静止下来的一个动力学过程。当滚石运动范围内有人类活动或人类构筑的设施并引起一定的损失时,就构成了滚石灾害。

由于多种因素的影响,多山地带的滚石事件一般都具有多发性、突发性、随机性等难以预测的规律,对交通线路、建筑设施和人身安全都存在极大的危害。我国学者开展了大量的滚石运动规律研究工作,但也存在明显的弱点：现场试验、模型试验和数值模拟是目前滚石运动轨迹研究应用最多的3种方法，目前结合室内模型试验对滚石灾害理论研究还不够成熟,，缺乏一套系统的滚石运动模拟试验装置及对应的试验方法，因此无法对滚石运动规律进行深入的机理研究，严重影响了滚石灾害的风险分析和防治。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了滚石运动规律模型试验装置与方法，本发明方便操作，功能齐全，可重复利用，能够模拟不同的边坡角度、滚石释放角度、滚石释放高度、不同形状尺寸的滚石试件以及不同的滚石启动模式，通过高速摄影机记录滚石的运动轨迹，研究了以上因素对滚石运动规律的影响。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

滚石运动规律模型试验装置，包括边坡模拟系统、滚石释放系统、底座、气压控制系统及液压控制系统，所述滚石释放系统包括定位系统和释放系统两部分，定位系统通过竖直方向、水平方向以及角度的调整，确定滚石释放的位置，释放系统能够模拟倾斜滑移、竖直坠落以及旋转倾倒不同的滚石启动方式；边坡模拟系统通过控制第一支撑装置的升降，调节边坡角度；

所述边坡模拟系统的后端通过第一支撑装置与底座相连，前端通过第二支撑柱与底座相连，所述滚石释放系统通过第一支撑柱固定于底座上，滚石释放系统通过第二支撑装置与底座相连，所述气压控制系统通过控制滚石释放系统的气缸控制滚石释放系统前端的挡板的开闭；所述液压控制系统包括油泵及油囊，油泵用于对第一支撑装置及第二支撑装置进行初步调节，油囊用于精确调节第一支撑装置及第二支撑装置的伸缩高度。第一支撑装置为千斤顶，第二支撑装置为油压千斤顶。

所述底座包括五榀格栅状钢结构构件，相邻两片构件之间通过高强度螺栓连接。

所述边坡模拟系统包括长方体的铁盒状结构，铁盒状结构长1.9m，宽1.5m，铁盒状结构的内部高度为10cm，内部填筑10cm高的模具石膏材料，铁盒状结构底部通过千斤顶与连接轴相连，连接轴通过连接螺栓与底座相连。

所述边坡模拟系统的铁盒状结构的一侧安装有第一角度定位尺。

所述滚石释放系统包括滚石释放盒及推动气缸，滚石释放盒包括推板，推板的两端及底部分别连接有左挡板、右挡板及下挡板，推动气缸与推板相连，左挡板及右挡板外侧与放置有气缸，气缸通过水平连杆相连，水平连杆与前端的挡板相连；下挡板通过多个支柱与水平滑动装置相连，水平滑动装置固定在三角支撑架的直角边上，三角支撑架的另一个直角边上与竖直滑动装置相连，竖直滑动装置与底座相连。

所述水平滑动装置包括平行的两条水平放置的第一滑道，第一滑道上放置有与第一滑道相配合的水平放置的连接板，所述水平放置的连接板与支柱相连。

所述竖直滑动装置包括平行的两条竖直放置的第二滑道，第二滑道之间设置有固定板，所述固定板通过滑动轴承与第二滑道连接，所述固定板的下方设置有油压千斤顶，油压千斤顶与底座连接。

所述滚石释放盒的一侧设置有第二角度定位尺。

所述模型试验装置的一侧设置有坐标纸板。

滚石运动规律模型装置的试验方法，包括以下步骤：

A.试验试块制作，制作试验所需试件用于模拟滚石试块试验；

B.边坡模拟系统填充，填充模拟边坡，待成型后再进行打磨整平；

C.高速摄影仪架设，架设摄像仪至能够记录试块滚落全景的高度，并调节角度，使摄像仪与坐标纸板垂直；

D.边坡模拟系统的边坡角度调节，启动油泵，调节边坡角度，直到边坡模拟系统的第一角度定位尺指定至设定角度；

E.滚石释放盒的角度调节，启动油泵，调节滚石释放盒的角度，直到滚石释放系统的第二角度定位尺指针指定至试验设定角度；

F.滚石释放高度调节，启动油泵，调节释放盒高度，直到滚石释放系统的高度达到设定高度；