专利名称：用于岩土工程边坡振动扰动模拟装置及使用方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟装置，尤其是一种用于岩土工程边坡振动扰动模拟装置。
背景技术：
目前，随着我国岩土工程的蓬勃发展，边坡问题已成为工程界普遍面临的问题，边坡是指岩体、土体在自然重力作用或人为作用而形成一定倾斜度的临空面，边坡的分类有多种，按成因分类，可分为人工边坡和自然边坡；按地层岩性分类，可分为土质边坡和岩质边坡；按使用年限分类，可分为永久性边坡和临时性边坡。对边坡的影响因素中，水和振动占主导地位，其中振动条件下，如地震，扰动情况下对边坡的影响研究较少，地震的模拟主要靠振动台来实现，而振动台耗资巨大，往往上千万，而且操作繁琐，装置庞大，这严重制约了振动实验的发展，对坡体振动的研究主要包括振动方向，振动频率计振幅的影响，而且一些简单实验的研究并不需要高额的振动台来实现，因此设计研制一台简单条件下的振动扰动模拟装置十分必要。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于岩土工程边坡振动扰动模拟装置，其有效满足了实验需要，提高实验效率，极大节省实验经费，大大方便了实验操作。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:一种用于岩土工程边坡振动扰动模拟装置，包括设置于底座上的电动机，底座上还设有与其滑动连接的底板，电动机通过连接件与底板底部相连，底板上部通过水平旋转件连接有透明框架装置，透明框架装置中设有边坡土体。所述底座上电动机两侧设有两个平行的导板，导板上端同向设有若干滑轮。所述底板下部设有两个与所述导板相配合的支撑板，支撑板下端开有与所述滑轮相配合的凹槽。所述连接件为相铰接的两根旋转拉压杆，相铰接的两根旋转拉压杆一端连接于底板底部，另一端与电动机输出轴相连。所述水平旋转件为设置于底板上部中心位置的水平转轴。所述透明框架装置包括边坡底部挡墙和设置于其上的侧面挡墙，边坡底部挡墙周边固定有钢框架，钢框架上设有钢化玻璃板，钢化玻璃板外部通过护栏固定与钢框架上，钢框架内的边坡底部挡墙上设有边坡土体，边坡土体一侧靠在侧面挡墙上，侧面挡墙位于钢框架内。所述边坡土体呈阶梯状。用于岩土工程边坡振动扰动模拟装置的使用方法，步骤如下:(I)安置电动机，将底板通过滑轮搭接在底座上，保证其能够自由滑动；(2)将电动机和旋转拉压杆连接好，旋转拉压杆另一头连在底板底部；
(3)将玻璃板安置在钢框架四面上，玻璃板外围用护栏固定，并布设好刻度，将边坡土体填入钢框架内边坡挡墙中,在边坡土体内埋设监测元件如位移传感器,压力盒,应变砖等，最终将土体垒好。(4)根据实验需要设定电动机转动速度，拉杆长短以及上部装置转角，从而改变振动频率角度及振幅，启动电源，观察边坡体的振动；(振动的模拟类似于气缸工作，两个旋转拉压杆铰接，可转动，电动机牵引下拉杆做圆周运动，下拉杆的另一端带动上拉杆运动，上拉杆的另一端带动上部的装置做简谐振动)(5)转动结束后观察坡面所占刻度示数变化及监测数据变化，分析坡体稳定性；(6)更改振动频率，振幅和角度，重新上述实验。本发明的钢框架四面安装可视化玻璃，玻璃面带有刻度，可清晰观测振动扰动后边坡土体的形态变化及滑塌分布；整个土体及上部框架可在水平面内自由转动，研究不同振动方向对边坡稳定性的影响；振动的模拟靠发动机转动拉压杆实现，模拟整个边坡体简谐振动；钢框架与装置底板间安置滑轮，使上方坡体可以沿滑轮自由滑动。发动机牵引拉压杆可调节长度，转速可控，以此研究不同振幅不同振动频率对边坡土体稳定性的影响。玻璃板的安置使实验过程可视化，玻璃板上待遇刻度可清晰观察振动扰动后坡面的变化情况。边坡体下方安置转轴，使上方装置可在水平方向自由旋转，研究不同振动方向上的振动对边坡稳定性及坡面运动状态的影响。振动的模拟由发动机带动两根拉压杆旋转实现，类似气缸的运动原理，实现边坡体的简谐振动。发动机的转速可调节，通过对转速的控制研究不同振动频率对边坡体稳定性的影响。两根拉压杆的长度可调节，以此改变振幅，研究不同振幅对边坡稳定性的影响。本发明的有益效果是:I带有刻度的玻璃板可清晰观测振动扰动后边坡土体的形态变化及滑塌分布；2整个土体及上部框架可在水平面内自由转动，研究不同振动方向对边坡稳定性的影响；3发动机牵引拉压杆长度可调，转速可控，以此研究不同振幅不同振动频率对边坡土体稳定性的影响。4钢框架与装置底板间安置滑轮，使上方坡体可以沿滑轮自由滑动。5振动的模拟靠发动机转动拉压杆实现，模拟整个边坡体简谐振动；
图1、图2是本发明不同的应用状态示意图；图3是本发明整体分解图；图4 (a)、图4(b)是振动模拟示意图；其中I钢框架；2玻璃板护栏；3边坡土体；4边坡挡墙；5水平转轴；6滑动底板；7滚动滑轮；8旋转拉压杆；9电动机；10底座。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。用于岩土工程边坡振动扰动模拟的新型装置，振动部分主要包括钢框架I ;玻璃板护栏2 ;边坡土体3 ;边坡挡墙4 ;水平转轴5 ;滑动底板6。。钢框架I围绕在边坡挡墙4四周，框架四面安置玻璃板，由玻璃板护栏2支撑，钢框架I内的边坡底部挡墙上设有呈阶梯状的边坡土体3，边坡土体3 —侧靠在侧面挡墙上，侧面挡墙位于钢框架I内，上述部件全部通过水平转轴5固定在滑动底座6上，下部固定部分包括滚动滑轮7 ;旋转拉压杆8 ；电动机9 ;底座10，其中两旋转拉压杆8铰接，一端连接在滑动底板6上，另一端连接于电动机9，滑动底板6通过滚动滑轮7搭接在装置底座10上，可滑动。底座10上电动机两侧设有两个平行的导板,导板上端同向设有若干滑轮7。底板10下部设有两个与所述导板相配合的支撑板，支撑板下端开有与所述滑轮相配合的凹槽。一种用于岩土工程边坡振动扰动模拟装置的使用方法，包括以下几步:(I)安置电动机9，将滑动底板6通过滚动滑轮7搭接在装置底座10上，保证其可自由滑动；(2)将电动机9和旋转拉压杆8连接好，旋转拉压杆8另一头连在滑动底板6上；(3)将玻璃板安置在钢框架I四面上，玻璃板I外围用护栏2固定，并布设好刻度，将边坡土体3填入钢框架I内边坡挡墙中，在边坡土体3内埋设监测元件如位移传感器，压力盒，应变砖等，最终将土体垒好。(4)根据实验需要设定电动机转动速度，拉杆长短以及上部装置转角，从而改变振动频率角度及振幅，启动电源，观察边坡体的振动；(振动的模拟类似于气缸工作，两个旋转拉压杆铰接，可转动，电动机牵引下拉杆做圆周运动，下拉杆的另一端带动上拉杆运动，上拉杆的另一端带动上部的装置做简谐振动，详见图4 (a)、图4 (b))(5)转动结束后观察坡面所占刻度示数变化及监测数据变化，分析坡体稳定性；(6)更改振动频率，振幅和角度，重新行上述实验。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式
进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
权利要求
1.一种用于岩土工程边坡振动扰动模拟装置，其特征是，包括设置于底座上的电动机，底座上还设有与其滑动连接的底板，电动机通过连接件与底板底部相连，底板上部通过水平旋转件连接有透明框架装置，透明框架装置中设有边坡土体。
2.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述底座上电动机两侧设有两个平行的导板，导板上端同向设有若干滑轮。
3.如权利要求2所述的装置，其特征是，所述底板下部设有两个与所述导板相配合的支撑板，支撑板下端开有与所述滑轮相配合的凹槽。
4.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述连接件为相铰接的两根旋转拉压杆，相铰接的两根旋转拉压杆一端连接于底板底部，另一端与电动机输出轴相连。
5.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述水平旋转件为设置于底板上部中心位置的水平转轴。
6.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述透明框架装置包括边坡底部挡墙和设置于其上的侧面挡墙，边坡底部挡墙周边固定有钢框架，钢框架上设有钢化玻璃板，钢化玻璃板外部通过护栏固定与钢框架上，钢框架内的边坡底部挡墙上设有边坡土体，边坡土体一侧靠在侧面挡墙上，侧面挡墙位于钢框架内。
7.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述边坡土体呈阶梯状。
8.一种用于岩土工程边坡振动扰动模拟装置的使用方法，其特征是，步骤如下: (O安置电动机，将底板通过滑轮搭接在底座上，保证其能够自由滑动； (2)将电动机和旋转拉压杆连接好，旋转拉压杆另一头连在底板底部； (3)将玻璃板安置在钢框架四面上，玻璃板外围用护栏固定，并布设好刻度，将边坡土体填入钢框架内边坡挡墙中，在边坡土体内埋设监测元件如位移传感器，压力盒，应变砖等，最终将土体垒好。
(4)根据实验需要设定电动机转动速度，拉杆长短以及上部装置转角，从而改变振动频率角度及振幅，启动电源，观察边坡体的振动；(振动的模拟类似于气缸工作，两个旋转拉压杆铰接，可转动，电动机牵引下拉杆做圆周运动，下拉杆的另一端带动上拉杆运动，上拉杆的另一端带动上部的装置做简谐振动) (5)转动结束后观察坡面所占刻度示数变化及监测数据变化，分析坡体稳定性； (6)更改振动频率，振幅和角度，重新上述实验。
全文摘要
本发明公开了一种用于岩土工程边坡振动扰动模拟装置，包括设置于底座上的电动机，底座上还设有与其滑动连接的底板，电动机通过连接件与底板底部相连，底板上部通过水平旋转件连接有透明框架装置，透明框架装置中设有边坡土体。本发明有效满足了实验需要，提高实验效率，极大节省实验经费，大大方便了实验操作。
文档编号G01M7/02GK103162927SQ20131010316
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者石少帅, 李利平, 李术才, 王庆瀚, 周宗青, 宋曙光, 郭明, 李邦翔 申请人:山东大学