專利名稱：一種散體材料的室內(nèi)堆壩模型實驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種室內(nèi)模擬現(xiàn)場邊坡工程的實驗裝置，主要用于礦山排土場、尾礦壩等散體邊坡工程的室內(nèi)堆壩模型實驗研究，屬于巖土工程中的礦山邊坡工程。
背景技術：
排土場、尾礦壩等散體邊坡是礦山企業(yè)的重要設施，也是保證礦山企業(yè)正常生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在，隨著各類廠礦的建設和生產(chǎn)規(guī)模的日益增大，礦山所排放的廢石和尾礦量也急劇增加，所以導致許多尾礦壩和排土場安全和環(huán)保問題日益突出，尾礦壩、排土場的滑坡及泥石流等惡性事故時有發(fā)生。此外，由于擴大庫容和延長服務年限等歷史遺留的問題，尾礦壩、排土場等礦山散體邊坡帶病運行，存在較多隱患，再加上排土場、尾礦壩還具備了滑坡及泥石流等形成重大自然災害的兩大地理要素:(I)礦山生產(chǎn)過程中排棄的大量散體為滑坡及泥石流形成提供了充足的土體來源；(2)排放的散體會形成地形高差，使上部堆積體具有巨大的能量，進而成為排土場、尾礦壩的不穩(wěn)定因素。再加上大而高的排土場、尾礦壩，若遇降雨或地震就極易誘發(fā)崩塌、滑坡、泥石流等礦山地質災害。從而給礦山企業(yè)和下游村民造成了巨大的安全威脅。然而，由于影響尾礦壩和排土場邊坡穩(wěn)定性的影響因素較多，且是由散體材料組成，所以僅僅靠室內(nèi)的常規(guī)土工實驗和現(xiàn)場實驗無法深入研究其邊坡的破壞模式及其滑坡和泥石流的啟動觸發(fā)機制。為此，本實用新型設計了一種散體材料的室內(nèi)堆壩模型實驗裝置，以全方位模擬排土場、尾礦壩的邊坡失穩(wěn)機理，研究其滑坡用泥石流觸發(fā)機制。物理堆壩模型試驗的基本思想是采用不同比尺，按照工作規(guī)律相似，對事物原型的現(xiàn)象或本質進行定性的研究，再現(xiàn)或超前預測原型中已經(jīng)出現(xiàn)或可能出現(xiàn)的一些情況，以驗證和解決實際工程問題。作為工程科學研究的重要手段之一，已被廣泛應用于許多領域。通過室內(nèi)堆壩模型試驗，對排土場、尾礦壩在降雨和地震情況下失穩(wěn)破壞全過程進行研究，探索排土場、尾礦壩在不同條件作用下的壩體垮塌機制和潰決模式，尋求一些規(guī)律。當前，排土場、尾礦庫的運行狀況不僅關系到礦山的生產(chǎn)建設能否順利進行，還關系到壩體下游人民群眾的生命財產(chǎn)安危及周邊環(huán)境。據(jù)有關研究顯示，我國尾礦、排土場堆積壩發(fā)生滑坡、泥石流的現(xiàn)象普遍較高，而發(fā)生原因多是由于降雨或地震造成的。因此，從工程的角度研究降雨和地震條件下的邊坡破壞機制具有重大的指導意義。散體室內(nèi)堆壩模型實驗不僅能更系統(tǒng)地開展排土場、尾礦壩滑坡及泥石流的觸發(fā)機制研究，而且能為散體邊坡滑坡及泥石流觸發(fā)模型及預測理論的建立提供理論基礎。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種散體材料室內(nèi)堆壩模型實驗裝置，該裝置可以針對排土場、尾礦壩等散體邊坡工程的組成與結構特點，構建不同的室內(nèi)堆壩模型，并可開展在不同降雨和地震條件下的散體室內(nèi)堆壩物理模擬實驗，以研究考慮多因素影響條件下的礦山散體邊坡工程的失穩(wěn)破壞模式。[0006]本實用新型按以下技術方案實現(xiàn):一種散體材料的室內(nèi)堆壩模型實驗裝置，包括模擬降雨裝置A、加壓裝置B、模擬實驗容器C、組合傳力板；加壓裝置B上部安設有模擬降雨裝置A，下部安設有模擬實驗容器C，組合傳力板放置于模擬實驗容器C中散體土樣32的頂部。所述模擬降雨裝置A包括加壓泵2、主管4、流量控制閥5、流量表6、支撐架8 ;力口壓泵2安裝在主管4端部，加壓泵2的進口設有止水閥I，主管4安裝在支撐架8上，流量控制閥5、流量表6安置在主管4上，其作用在于控制和測定水流的流量和壓力，主管4上設有支管7，支管7上安設有止水閥1，其末端設有一個或多個降雨器3，作用在于模擬降雨的過程，且通過止水閥I來調(diào)節(jié)降雨范圍，降雨器3底部設有降雨器底面9、其上開設有噴孔10。所述加壓裝置B包括加壓裝置支座11、活塞12、油泵16、固定螺栓17 ;加壓裝置支座11通過固定螺栓17固定在地面上，作用在于加壓過程中其產(chǎn)生反作用力，活塞12安裝在加壓裝置支座11上，其通過油泵16上設有的進油管13、出油管15與油泵16連接，作用在于通過油泵16來推動活塞12移動，從而達到加壓目的，油泵16上設有壓力表14。所述組合傳力板包括附加傳力板I 18、附加傳力板II 19、固定傳力板21、附加傳力板III 23、傳力臺25 ;傳力臺25固定在固定傳力板21上，固定傳力板21通過設于外側面的螺桿孔24與附加傳力板I 18、附加傳力板II 19、附加傳力板III 23內(nèi)側面設有的螺桿20連接，目的在于改變傳力板的面積，進而改變散體的受力面積，固定傳力板21和附加傳力板I 18、附加傳力板II 19、附加傳力板III 23的表面均設有漏雨孔22，作用在于能使雨水通過傳力板流入散體中。所述模擬實驗容器C包括可變坡裝置、后擋板26、左擋板27、右擋板28、前擋板29、彈簧31、底板33、震動臺34 ;后擋板26、左擋板27、右擋板28、前擋板29與底板33組合成容器壁，彈簧31、震動臺34安置在底板33下側，作用在于模擬地震條件下邊坡穩(wěn)定性，可變坡裝置安裝在后擋板26上。所述可變坡裝置包括可變坡面角架30、滑動板38 ;后擋板26設有滑槽35，滑動板38安裝在滑槽35內(nèi)，滑動板38上設有固定螺桿39、活動鉸鏈40，后擋板26通過滑動板38、固定螺桿39及活動鉸鏈40與可變坡面角架30連接，作用在于調(diào)節(jié)可變坡面角架30的角度,可變坡面角架30上設有細鐵絲網(wǎng)37，作用在于固定可變坡面角架30上的土樣，以模擬基地土。所述左擋板27、右擋板28、前擋板29為透明材料，且可拆卸，其作用是在能觀察散體邊坡過程的同時，還便于裝、卸樣。所述加壓裝置B的活塞12與組合傳力板的傳力臺25連接，組合傳力板放置于模擬實驗容器C中散體土樣32的頂部臺階上，作用在于為散體邊坡模型施加法向力。所述后擋板26采用鋼板制成，以能承受一定的力。本實驗裝置的實驗目的是開展多因素影響(原始地形的坡角、基底土、邊坡頂部平臺的受力面積、降雨強度及降雨面積、外部荷載及震動頻率等)下散體邊坡的室內(nèi)物理模擬實驗。實驗原理為:第一步，調(diào)整可變坡裝置，將其坡角調(diào)整到實驗所需角度，然后在板上裝入制備好的基地土樣36，并用細鐵絲網(wǎng)37將土樣固定于可變坡面角架30上，然后將制備好的散體土樣32裝入模擬實驗容器中；第二步，根據(jù)需要的邊坡頂部平臺的受力面積，調(diào)整組合傳力板，使其與所需受力面積相符，然后將組合傳力板放在邊坡頂部平臺上；第三步，啟動震動臺34，并通過模擬降雨裝置來施加降雨，同時，通過為加壓裝置施加垂直荷載(即外部荷載)，直至邊坡發(fā)生滑坡為止；第四步，記錄下邊坡的破壞模式、滑坡位置、施加的荷載、震動頻率、基地土樣36、頂部平臺的受力面積、原始地形的坡角、降雨強度及降雨面積；第五步，改變以上荷載、基地土樣36、震動頻率、頂部平臺的受力面積及原始地形的坡角、降雨強度及降雨面積參數(shù)，重復第一到第四步。本實用新型具有以下有益效果:1、能模擬降雨有地震條件下的散體邊坡穩(wěn)定性；2、可以改變降雨的范圍；3、能改變散體模型頂部臺階的受力面積；4、通過在傳力板上設置漏雨孔，可以能很好模擬加壓過程中降雨對邊坡的影響；5、能模擬不同基地面坡角的室內(nèi)堆壩模型；6、能模擬土體(基地土)對散體邊坡穩(wěn)定性的影響；7、可開展復雜條件下的室內(nèi)堆壩模型實驗。

圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的模擬降雨裝置示意圖；圖3為本實用新型的加壓裝置示意圖；圖4為本實用新型的組合傳力板示意圖；圖5為本實用新型的模擬實驗容器示意圖；圖6為本實用新型的可變坡裝置示意圖。圖中各標號為:A:模擬降雨裝置、B:加壓裝置、C:模擬實驗容器、1:止水閥、2:力口壓泵、3:降雨器、4:主管、5:流量控制閥、6:流量表、7:支管、8:支撐架、9:降雨器底面、10:噴孔、11:加壓裝置支座、12:活塞、13:進油管、14:壓力表、15:出油管、16:油泵、17:固定螺栓、18:附加傳力板1、19:附加傳力板11、20:螺桿、21:固定傳力板、22:漏雨孔、23:附加傳力板ΠΙ、24:螺桿孔、25:傳力臺、26:后擋板、27:左擋板、28:右擋板、29:前擋板、30:可變坡面角架、31:彈簧、32:散體土樣、33:底板、34:震動臺、35:滑槽、36:基地土樣、37:細鐵絲網(wǎng)、38:滑動板、39:固定螺桿、40:活動鉸鏈。
具體實施方式
本實用新型通過具體實施過程進行說明的，在不脫離本實用新型范圍的情況下，還可以對本實用新型專利進行各種變換及等同代替，因此，本實用新型專利不局限于所公開的具體實施過程，而應當包括落入本實用新型專利權利要求范圍內(nèi)的全部實施方案。實施例1:如圖1-6所示，一種散體材料的室內(nèi)堆壩模型實驗裝置，包括模擬降雨裝置Α、加壓裝置B、模擬實驗容器C、組合傳力板；加壓裝置B上部安設有模擬降雨裝置Α，下部安設有模擬實驗容器C，組合傳力板放置于模擬實驗容器C中散體土樣32的頂部。模擬降雨裝置A包括加壓泵2、主管4、流量控制閥5、流量表6、支撐架8 ;加壓泵2安裝在主管4端部，加壓泵2的進口設有止水閥I，主管4安裝在支撐架8上，流量控制閥5、流量表6安置在主管4上，主管4上設有支管7，支管7上安設有止水閥1，其末端設有4個降雨器3，降雨器3底部設有降雨器底面9、其上開設有噴孔10。加壓裝置B包括加壓裝置支座11、活塞12、油泵16、固定螺栓17 ;加壓裝置支座11通過固定螺栓17固定在地面上，活塞12安裝在加壓裝置支座11上，其通過油泵16上設有的進油管13、出油管15與油泵16連接，油泵16上設有壓力表14。組合傳力板包括附加傳力板I 18、附加傳力板II 19、固定傳力板21、附加傳力板III 23、傳力臺25 ;傳力臺25固定在固定傳力板21上，固定傳力板21通過設于外側面設有的螺桿孔24與附加傳力板I 18、附加傳力板II 19、附加傳力板III23內(nèi)側面的螺桿20連接，固定傳力板21和附加傳力板I 18、附加傳力板II 19、附加傳力板III 23的表面均設有漏雨孔22。模擬實驗容器C包括可變坡裝置、后擋板26、左擋板27、右擋板28、前擋板29、彈簧31、底板33、震動臺34 ;后擋板26、左擋板27、右擋板28、前擋板29與底板33組合成容器壁，彈簧31、震動臺34安置在底板33下側，可變坡裝置安裝在后擋板26上。可變坡裝置包括可變坡面角架30、滑動板38 ;后擋板26設有滑槽35，滑動板38安裝在滑槽35內(nèi)，滑動板38上設有固定螺桿39、活動鉸鏈40，后擋板26通過滑動板38、固定螺桿39及活動鉸鏈40與可變坡面角架30連接，可變坡面角架30上設有細鐵絲網(wǎng)37。左擋板27、右擋板28、前擋板29為透明材料，且可拆卸。加壓裝置B的活塞12與組合傳力板的傳力臺25連接，組合傳力板放置于模擬實驗容器C中散體土樣32的頂部臺階上。后擋板26采用鋼板制成。實施例2:如圖1-6所示，一種散體材料的室內(nèi)堆壩模型實驗裝置，包括模擬降雨裝置A、加壓裝置B、模擬實驗容器C、組合傳力板；加壓裝置B上部安設有模擬降雨裝置A，下部安設有模擬實驗容器C，組合傳力板放置于模擬實驗容器C中散體土樣32的頂部。模擬降雨裝置A包括加壓泵2、主管4、流量控制閥5、流量表6、支撐架8 ;加壓泵2安裝在主管4端部，加壓泵2的進口設有止水閥I，主管4安裝在支撐架8上，流量控制閥5、流量表6安置在主管4上，主管4上設有支管7，支管7上安設有止水閥I，其末端設有6個降雨器3，降雨器3底部設有降雨器底面9、其上開設有噴孔10。加壓裝置B包括加壓裝置支座11、活塞12、油泵16、固定螺栓17 ;加壓裝置支座11通過固定螺栓17固定在地面上，活塞12安裝在加壓裝置支座11上，其通過油泵16上設有的進油管13、出油管15與油泵16連接，油泵16上設有壓力表14。組合傳力板包括附加傳力板I 18、附加傳力板II 19、固定傳力板21、附加傳力板III 23、傳力臺25 ;傳力臺25固定在固定傳力板21上，固定傳力板21通過設于外側面的螺桿孔24與附加傳力板I 18、附加傳力板II 19內(nèi)側面設有的螺桿20連接，固定傳力板21和附加傳力板I 18、附加傳力板II 19的表面均設有漏雨孔22。模擬實驗容器C包括可變坡裝置、后擋板26、左擋板27、右擋板28、前擋板29、彈簧31、底板33、震動臺34 ;后擋板26、左擋板27、右擋板28、前擋板29與底板33組合成容器壁，彈簧31、震動臺34安置在底板33下側，可變坡裝置安裝在后擋板26上?？勺兤卵b置包括可變坡面角架30、滑動板38 ;后擋板26設有滑槽35，滑動板38安裝在滑槽35內(nèi)，滑動板38上設有固定螺桿39、活動鉸鏈40，后擋板26通過滑動板38、固定螺桿39及活動鉸鏈40與可變坡面角架30連接，可變坡面角架30上設有細鐵絲網(wǎng)37。左擋板27、右擋板28、前擋板29為透明材料，且可拆卸。加壓裝置B的活塞12與組合傳力板的傳力臺25連接，組合傳力板放置于模擬實驗容器C中散體土樣32的頂部臺階上。后擋板26采用鋼板制成。實施例3:如圖1-6所示，一種散體材料的室內(nèi)堆壩模型實驗裝置，包括模擬降雨裝置A、加壓裝置B、模擬實驗容器C、組合傳力板；加壓裝置B上部安設有模擬降雨裝置A，下部安設有模擬實驗容器C，組合傳力板放置于模擬實驗容器C中散體土樣32的頂部。模擬降雨裝置A包括加壓泵2、主管4、流量控制閥5、流量表6、支撐架8 ;加壓泵2安裝在主管4端部，加壓泵2的進口設有止水閥I，主管4安裝在支撐架8上，流量控制閥
5、流量表6安置在主管4上，主管4上設有支管7，支管7上安設有止水閥1，其末端設有10個降雨器3，降雨器3底部設有降雨器底面9、其上開設有噴孔10。加壓裝置B包括加壓裝置支座11、活塞12、油泵16、固定螺栓17 ;加壓裝置支座11通過固定螺栓17固定在地面上，活塞12安裝在加壓裝置支座11上，其通過油泵16上設有的進油管13、出油管15與油泵16連接，油泵16上設有壓力表14。組合傳力板包括附加傳力板I 18、附加傳力板II 19、固定傳力板21、附加傳力板III 23、傳力臺25 ;傳力臺25固定在固定傳力板21上，固定傳力板21通過設于外側面的螺桿孔24與附加傳力板I 18、附加傳力板III23內(nèi)側面設有的螺桿20連接，固定傳力板21和附加傳力板I 18、附加傳力板III 23的表面均設有漏雨孔22。模擬實驗容器C包括可變坡裝置、后擋板26、左擋板27、右擋板28、前擋板29、彈簧31、底板33、震動臺34 ;后擋板26、左擋板27、右擋板28、前擋板29與底板33組合成容器壁，彈簧31、震動臺34安置在底板33下側，可變坡裝置安裝在后擋板26上?？勺兤卵b置包括可變坡面角架30、滑動板38 ;后擋板26設有滑槽35，滑動板38安裝在滑槽35內(nèi)，滑動板38上設有固定螺桿39、活動鉸鏈40，后擋板26通過滑動板38、固定螺桿39及活動鉸鏈40與可變坡面角架30連接，可變坡面角架30上設有細鐵絲網(wǎng)37。左擋板27、右擋板28、前擋板29為透明材料，且可拆卸。加壓裝置B的活塞12與組合傳力板的傳力臺25連接，組合傳力板放置于模擬實驗容器C中散體土樣32的頂部臺階上。后擋板26采用鋼板制成。
權利要求1.一種散體材料的室內(nèi)堆壩模型實驗裝置，其特征在于:包括模擬降雨裝置(A)、加壓裝置(B)、模擬實驗容器(C)、組合傳力板；加壓裝置(B)上部安設有模擬降雨裝置(A)，下部安設有模擬實驗容器(C)，組合傳力板放置于模擬實驗容器(C)頂部。
2.根據(jù)權利要求1所述的散體材料的室內(nèi)堆壩模型實驗裝置，其特征在于:所述模擬降雨裝置(A)包括加壓泵(2)、主管(4)、流量控制閥(5)、流量表(6)、支撐架(8);加壓泵(2)安裝在主管(4)端部，加壓泵(2)的進口設有止水閥(1)，主管(4)安裝在支撐架(8)上，流量控制閥(5)、流量表(6)安置在主管(4)上，主管(4)上設有支管(7)，支管(7)上安設有止水閥(I)、其末端設有一個或多個降雨器(3)，降雨器(3)底部設有降雨器底面(9)、其上開設有噴孔(10)。
3.根據(jù)權利要求1所述的散體材料的室內(nèi)堆壩模型實驗裝置，其特征在于:所述加壓裝置(B)包括加壓裝置支座(11)、活塞(12)、油泵(16)、固定螺栓(17);加壓裝置支座(11)通過固定螺栓(17)固定在地面上，活塞(12)安裝在加壓裝置支座(11)上、其通過油泵(16)上設有的進油管(13)、出油管(15)與油泵(16)連接，油泵(16)上設有壓力表(14)。
4.根據(jù)權利要求3所述的散體材料的室內(nèi)堆壩模型實驗裝置，其特征在于:所述組合傳力板包括附加傳力板I (18)、附加傳力板II (19)、固定傳力板(21)、附加傳力板111(23)、傳力臺(25);傳力臺(25)固定在固定傳力板(21)上，固定傳力板(21)通過設于外側面的螺桿孔(24)與附加傳力板I (18)、附加傳力板II (19)、附加傳力板111(23)內(nèi)側面設有的螺桿(20)連接，固定傳力板(21)和附加傳力板I (18)、附加傳力板II (19)、附加傳力板111(23)的表面均設有漏雨孔(22)。
5.根據(jù)權利要求1所述的散體材料的室內(nèi)堆壩模型實驗裝置，其特征在于:所述模擬實驗容器(C)包括可變坡裝置、后擋板(26)、左擋板(27)、右擋板(28)、前擋板(29)、彈簧(31)、底板(33)、震動臺(34);后擋板(26)、左擋板(27)、右擋板(28)、前擋板(29)與底板(33)組合成容器壁，彈簧(31)、震動臺(34)安置在底板(33)下側，可變坡裝置安裝在后擋板(26)上。
6.根據(jù)權利要求5所述的散體材料的室內(nèi)堆壩模型實驗裝置，其特征在于:所述可變坡裝置包括可變坡面角架(30)、滑動板(38);后擋板(26)設有滑槽(35)，滑動板(38)安裝在滑槽(35 )內(nèi)，滑動板(38 )上設有固定螺桿(39 )、活動鉸鏈(40 )，后擋板(26 )通過滑動板(38)、固定螺桿(39)及活動鉸鏈(40)與可變坡面角架(30)連接，可變坡面角架(30)上設有細鐵絲網(wǎng)(37)。
7.根據(jù)權利要求5所述的散體材料的室內(nèi)堆壩模型實驗裝置，其特征在于:所述左擋板(27)、右擋板(28)、前擋板(29)為透明材料、且可拆卸。
8.根據(jù)權利要求4所述的散體材料的室內(nèi)堆壩模型實驗裝置，其特征在于:所述加壓裝置(B)的活塞(12)與組合傳力板的傳力臺(25)連接。
專利摘要本實用新型涉及一種散體材料的室內(nèi)堆壩模型實驗裝置，屬于巖土工程領域。本實用新型包括模擬降雨裝置、加壓裝置、模擬實驗容器、組合傳力板；加壓裝置上部安設有模擬降雨裝置，下部安設有模擬實驗容器，組合傳力板放置于模擬實驗容器中散體土樣的頂部。本實用新型能模擬在不同降雨強度及地震條件下的散體邊坡穩(wěn)定性、同時可以改變降雨的范圍、能改變散體模型頂部臺階的受力面積、可開展復雜條件下的室內(nèi)堆壩模型實驗。
文檔編號G01N33/24GK202929032SQ20122040654
公開日2013年5月8日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權日2012年8月16日
發(fā)明者王光進, 孔祥云 申請人:昆明理工大學