專利名稱：變角度空間塊體滑落模型試驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變角度空間塊體滑落模型試驗(yàn)平臺(tái)。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)公路、鐵路、隧道等工程的不斷發(fā)展，巖體、巖塊的穩(wěn)定性和安全性問題成為理論研究和現(xiàn)場(chǎng)施工中重點(diǎn)關(guān)注的焦點(diǎn)和難點(diǎn)。碎裂巖體是工程中常見的不良巖體，巖體既不是連續(xù)體也不是均勻體，巖石內(nèi)部存在大量微孔隙、微裂紋等內(nèi)部缺陷，并在不同程度上存在非連續(xù)體。工程開挖擾動(dòng)過程中極易發(fā)生巖體結(jié)構(gòu)損傷，有時(shí)甚至誘發(fā)工程災(zāi)害，均與巖體結(jié)構(gòu)有關(guān)。加上由于對(duì)巖體擾動(dòng)區(qū)形成、損傷控制和災(zāi)害機(jī)理認(rèn)識(shí)還不夠徹底，這些都給巖石擾動(dòng)區(qū)損傷控制、穩(wěn)定性和災(zāi)害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)帶來了極大的困難。因此，對(duì)于巖體開挖工作面周圍巖體及其內(nèi)部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確把握至關(guān)重要。研究巖體工程擾動(dòng)過程，準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)真實(shí)巖體結(jié)構(gòu)面的時(shí)空演變規(guī)律，對(duì)于地下工程和資源的開發(fā)和利用，保護(hù)地面建筑物與構(gòu)筑物、地表均有十分重要的工程價(jià)值。塊體穩(wěn)定性分析模型實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀通常塊體穩(wěn)定性分析采用方法包括基于極射赤平投影的結(jié)構(gòu)分析方法、基于極射赤平投影的統(tǒng)計(jì)分析方法和關(guān)鍵塊體分析方法。塊體理論認(rèn)為，堅(jiān)硬和半堅(jiān)硬的巖體往往被不同序次、不同類型、不同方向、不同性質(zhì)的結(jié)構(gòu)面切割成大小不一、形狀各異的空間鑲嵌塊體。在天然狀態(tài)下，這些空間塊體處于靜力平衡狀態(tài)。人類的工程開挖再次切割這些空間塊體，并使工程開挖面附近的巖體產(chǎn)生應(yīng)力重分布。在重分布應(yīng)力和工程作用力的聯(lián)合作用下，位于開挖面附近的某些空間塊體將失去原有的靜力平衡狀態(tài)，成為關(guān)鍵塊體。由于關(guān)鍵塊體的失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致連鎖破壞，從而導(dǎo)致工程巖體的整體破壞。研究結(jié)構(gòu)面以及塊體滑落主要有三種技術(shù)路線，一是室外巖體力學(xué)試驗(yàn)，二是經(jīng)驗(yàn)估計(jì)方法，三是室內(nèi)模擬試驗(yàn)。在室內(nèi)模擬方面，有模擬鋸齒結(jié)構(gòu)面的爬坡現(xiàn)象以及水波狀結(jié)構(gòu)面剪切滑移，都針對(duì)于某一種特定結(jié)構(gòu)面情況，研究結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)，但未對(duì)微小的結(jié)構(gòu)面以及在其上面的碎裂巖塊有充分的實(shí)物模擬方法及可靠性的驗(yàn)證，在基于極限平衡法的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，對(duì)處于結(jié)構(gòu)面上的碎裂巖塊以某一固定的角度在重力場(chǎng)的作用下可以進(jìn)行靜力方法的分析。本試驗(yàn)的滑落塊體所接觸的面模擬為V級(jí)結(jié)構(gòu)面，微小、結(jié)構(gòu)連續(xù)性差的小節(jié)理，在非貫通的巖體中有著較重要的作用。目前研究巖體中的可移動(dòng)塊體大都采取數(shù)值模擬的分析方法，根據(jù)結(jié)構(gòu)面及巖塊的一些參數(shù)來判定滑落角度以及滑落過程，也有部分專家學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)來塊體滑落的過程，但實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有著以固定的幾個(gè)角度轉(zhuǎn)動(dòng)的不足，由于實(shí)際工程中塊體的滑落角度有著隨機(jī)性，因而無法模擬巖塊空間任意角度的滑落。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種變角度空間塊體滑落模型試驗(yàn)平臺(tái)。本實(shí)用新型的變角度空間塊體滑落模型試驗(yàn)平臺(tái)，包括底板和傾斜臺(tái)，底板與傾斜臺(tái)通過旋轉(zhuǎn)軸連接，底板上端設(shè)置有絲桿以及與絲桿連接的手輪，通過旋轉(zhuǎn)手輪帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，使傾斜臺(tái)以旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)傾斜臺(tái)與底板的角度范圍為O 90°，在底板和傾斜臺(tái)之間設(shè)置有角度標(biāo)尺，準(zhǔn)確測(cè)量底板與傾斜臺(tái)之間的夾角，在傾斜臺(tái)上設(shè)置有可以自由旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置鎖釘，通過鎖釘來調(diào)整旋轉(zhuǎn)臺(tái)角度，旋轉(zhuǎn)臺(tái)可連接不同摩擦系數(shù)的模具，底板下端設(shè)置有地腳，通過4個(gè)地腳的調(diào)節(jié)使底板保持水平。本實(shí)用新型的變角度空間塊體滑落模型試驗(yàn)平臺(tái)的使用方法，步驟如下( I)通過調(diào)整地腳使變角度空間塊體滑落模型試驗(yàn)平臺(tái)底板保持水平；(2)將傾斜臺(tái)和旋轉(zhuǎn)臺(tái)的角度調(diào)為0°，將裝有塊體的模具放到旋轉(zhuǎn)臺(tái)上； (3)先將旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)到某一角度并用鎖釘固定，記錄當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)臺(tái)角度讀數(shù)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，使傾斜臺(tái)以旋轉(zhuǎn)軸為中心緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，直到碎裂巖塊滑落時(shí)，立刻停止絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄角度標(biāo)尺的刻度讀數(shù)，得到一組塊體滑落時(shí)的兩個(gè)角度；(4)以等角度差逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，重復(fù)步驟(3)的試驗(yàn)過程，得到塊體滑落時(shí)的角度數(shù)據(jù)，繪制出塊體臨界滑落曲線；(5)改變模具的摩擦系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，重復(fù)步驟(I) (4)，得到塊體在不同摩擦系數(shù)環(huán)境下的臨界滑落曲線。與現(xiàn)用技術(shù)相比，本實(shí)用新型的特點(diǎn)及其有益效果是I.本實(shí)用新型可以模擬塊體在空間中所處的任意位置，并且通過兩個(gè)角度的標(biāo)示讀出其所在的空間角度，具有準(zhǔn)定量的性質(zhì)，改善了由于構(gòu)造等因素造成的有限個(gè)角度轉(zhuǎn)動(dòng)模擬的情況，使角度的改變更加靈活，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀角度的模擬更加貼近實(shí)際；2.本實(shí)用新型針對(duì)塊體滑落的一系列試驗(yàn)提供了一個(gè)平臺(tái)，使試驗(yàn)具有可重復(fù)性；針對(duì)數(shù)值模擬的結(jié)果，通過基于該實(shí)用新型基礎(chǔ)上的相關(guān)試驗(yàn)，補(bǔ)充試驗(yàn)結(jié)果，使試驗(yàn)具有補(bǔ)充性與驗(yàn)證性。

圖I為變角度空間塊體滑落模型試驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖，其中I底板，2傾斜臺(tái)，3旋轉(zhuǎn)臺(tái)，4地腳，5絲桿，6角度標(biāo)尺，7鎖釘，8手輪，9模具；圖2為角度標(biāo)尺的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為旋轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不僅限于下述的實(shí)施例下述實(shí)施例采用的變角度空間塊體滑落模型試驗(yàn)平臺(tái)，包括尺寸為1 200mmX 1000mmX 5mm的底板I和尺寸為800mmX600mmX 5mm傾斜臺(tái)2,底板I與傾斜臺(tái)2通過旋轉(zhuǎn)軸連接，底板上端設(shè)置有絲桿5以及與絲桿5連接的手輪8，在底板I和傾斜臺(tái)2之間設(shè)置有O 90°的角度標(biāo)尺6，在傾斜臺(tái)2上設(shè)置有可以自由旋轉(zhuǎn)的尺寸為Φ 500mm X 5mm的旋轉(zhuǎn)臺(tái)3，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)3上設(shè)置鎖釘7，模具9固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)3上，底板I下端設(shè)置有地腳4。變角度空間塊體滑落模型試驗(yàn)平臺(tái)的使用方法，實(shí)施例I :選用接觸面為花崗巖的楔形模具，塊體為花崗巖材質(zhì)，模具與塊體的之間的摩擦系數(shù)為O. 57， (I)通過調(diào)整地腳4使變角度空間塊體滑落模型試驗(yàn)平臺(tái)底板I保持水平；(2)將傾斜臺(tái)2與底板的角度調(diào)整為0°，同時(shí)將旋轉(zhuǎn)臺(tái)3的角度調(diào)為0°，將裝有塊體的模具9放到旋轉(zhuǎn)臺(tái)3上；(3)先將旋轉(zhuǎn)臺(tái)3旋轉(zhuǎn)到0°并用鎖釘7固定，通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪8帶動(dòng)絲桿5旋轉(zhuǎn)，使傾斜臺(tái)2以旋轉(zhuǎn)軸為中心緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，直到塊體滑落時(shí)，立刻停止絲桿5的轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄角度標(biāo)尺6的刻度讀數(shù)為25° ;(4)以10°角度差逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)3，重復(fù)步驟(3)的試驗(yàn)過程，得到塊體滑落時(shí)的角度數(shù)據(jù)，繪制出塊體臨界滑落曲線；
麗角(。)Io IlO |20 130~
M斜角(。)25~ 26 24 29 4050 60 70 80
32丨37丨49丨64丨74 "實(shí)施例2 :選用接觸面為砂紙的楔形模具，塊體為混凝土材質(zhì)，模具與塊體的之間的摩擦系數(shù)為O. 82，(I)通過調(diào)整地腳4使變角度空間塊體滑落模型試驗(yàn)平臺(tái)底板I保持水平；(2)將傾斜臺(tái)2與底板的角度調(diào)整為0°，同時(shí)將旋轉(zhuǎn)臺(tái)3的角度調(diào)為0°，將裝有塊體的模具9放到旋轉(zhuǎn)臺(tái)3上；(3)先將旋轉(zhuǎn)臺(tái)3旋轉(zhuǎn)到0°并用鎖釘7固定，通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪8帶動(dòng)絲桿5旋轉(zhuǎn)，使傾斜臺(tái)2以旋轉(zhuǎn)軸為中心緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，直到塊體滑落時(shí)，立刻停止絲桿5的轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄角度標(biāo)尺6的刻度讀數(shù)為28° ;(4)以10°角度差逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)3，重復(fù)步驟(3)的試驗(yàn)過程，得到塊體滑落時(shí)的角度數(shù)據(jù)，繪制出塊體臨界滑落曲線；
蛋"轉(zhuǎn)角(。)|0 IiO |20 |30~
傾斜角(°1~ 28 28 27 334050 60 70 80
35丨36丨49丨66丨79 '
權(quán)利要求1.一種變角度空間塊體滑落模型試驗(yàn)平臺(tái)，包括底板(I)和傾斜臺(tái)(2)，其特征在于底板(I)與傾斜臺(tái)(2)通過旋轉(zhuǎn)軸連接，底板(I)上端設(shè)置有絲桿(5)以及與絲桿(5)連接的手輪(8)，在底板(I)和傾斜臺(tái)(2)之間設(shè)置有角度標(biāo)尺(6)，在傾斜臺(tái)(2)上設(shè)置有可以自由旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)(3)，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)(3)上設(shè)置鎖釘(7)，模具(9)固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)(3)上，底板(I)下端設(shè)置有地腳(4)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變角度空間塊體滑落模型試驗(yàn)平臺(tái)及其使用方法。本實(shí)用新型的平臺(tái)，包括底板和傾斜臺(tái)，底板與傾斜臺(tái)通過旋轉(zhuǎn)軸連接，底板上端設(shè)置有絲桿以及與絲桿連接的手輪，通過旋轉(zhuǎn)手輪帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，使傾斜臺(tái)以旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)，在底板和傾斜臺(tái)之間設(shè)置有角度標(biāo)尺，準(zhǔn)確測(cè)量底板與傾斜臺(tái)之間的夾角，在傾斜臺(tái)上設(shè)置有可以自由旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)，在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置鎖釘，通過鎖釘來調(diào)整旋轉(zhuǎn)臺(tái)角度，旋轉(zhuǎn)臺(tái)可連接不同摩擦系數(shù)的模具，底板下端設(shè)置有地腳，通過4個(gè)地腳的調(diào)節(jié)使底板保持水平。本實(shí)用新型使試驗(yàn)具有可重復(fù)性；針對(duì)數(shù)值模擬的結(jié)果，通過基于該實(shí)用新型基礎(chǔ)上的相關(guān)試驗(yàn)，補(bǔ)充試驗(yàn)結(jié)果，使試驗(yàn)具有補(bǔ)充性與驗(yàn)證性。
文檔編號(hào)G01N33/24GK202583177SQ20122007058
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者汪江, 王述紅, 張恒, 饒文杰, 倪勇 申請(qǐng)人:東北大學(xué)