测定松散颗粒运动过程中冲击拦挡带作用力的装置及方法与流程

本发明属于属于工程应用力学技术领域，具体涉及一种测定松散颗粒运动过程中冲击拦挡带作用力的装置及方法。

背景技术：

碎屑流是一种常见的地质灾害，具有极强的破坏能力，发生时通常会给人们的生命和财产安全带来严重威胁。为了对碎屑流灾害进行有效的防治，缓冲拦挡带结构通常会被人们广泛的采用。碎屑流是一种松散颗粒运动的地质现象，会对沿程底面设置的缓冲拦挡带产生冲击作用。缓冲拦挡带设置的数量与位置会对碎屑流的运动过程产生一定影响。目前还没有系统的研究沿程底面缓冲拦挡带对碎屑流动力过程的影响，以及碎屑流冲击缓冲拦挡带的作用机理。因此，迫切需要找到一种可以测定松散颗粒运动过程中冲击缓冲拦挡带作用力的装置来开展相关的研究工作。

技术实现要素：

本发明提供一种测定松散颗粒运动过程中冲击拦挡带作用力的装置及方法，用于模拟松散颗粒运动过程并对其运动过程中经过多个缓冲拦挡带时的冲击力及变化过程进行测定。

本发明的技术方案如下：

测定松散颗粒运动过程中冲击拦挡带作用力的装置，包括流通斜槽、可调高度支架、闸门、闸门夹片、缓冲拦挡带、缓冲拦挡带储备箱、拦挡带高度调节装置、薄片板和固定土压力传感器；所述流通斜槽由两个侧面和一个底面构成；所述流通斜槽安装在所述可调高度支架上，所述流通斜槽与水平面之间设有夹角；所述闸门放置在所述流通斜槽底面上，所述闸门夹片用于将所述闸门固定在所述流通斜槽上；所述缓冲拦挡带储备箱安装在所述流通斜槽下部，多个所述缓冲拦挡带能够放置于所述缓冲拦挡带储备箱内；所述拦挡带高度调节装置用于调整所述缓冲拦挡带与所述缓冲拦挡带储备箱之间的高度差；所述薄片板铺设于所述缓冲拦挡带及流通斜槽底面上；所述固定土压力传感器设置于所述缓冲拦挡带及所述流通斜槽的侧面上。

进一步地，所述的测定松散颗粒运动过程中冲击拦挡带作用力的装置，其中所述可调高度支架包括上架、下架和定位螺栓，所述上架与下架通过套管连接，所述定位螺栓用于将所述上架与下架之间定位。

进一步地，所述的测定松散颗粒运动过程中冲击拦挡带作用力的装置，其中所述拦挡带高度调节装置为多个调整螺栓，所述缓冲拦挡带储备箱底部设有多个螺纹孔，所述调整螺栓拧入所述螺纹孔中顶在所述缓冲拦挡带的底部以用于调整所述缓冲拦挡带与所述缓冲拦挡带储备箱之间的高度差。

进一步地，所述的测定松散颗粒运动过程中冲击拦挡带作用力的装置，其中所述闸门包括立板和底板，所述立板垂直设置在所述底板的中部。

进一步地，所述的测定松散颗粒运动过程中冲击拦挡带作用力的装置，其中所述薄片板为可折叠且带有粗糙面的板，所述薄片板通过螺钉固定在所述流通斜槽底面上。

测定松散颗粒运动过程中冲击拦挡带作用力的方法，利用上述的测定松散颗粒运动过程中冲击拦挡带作用力的装置，具体步骤如下：

步骤一：将所述可调高度支架放置于试验场地，并将所述流通斜槽固定于所述可调高度支架上，通过调整所述可调高度支架的高度，使所述流通斜槽与水平面成一定角度；利用所述闸门夹片将所述闸门固定在所述流通斜槽底面上方，使其垂直于所述流通斜槽底面；松散颗粒放置在所述闸门斜上方；

步骤二：在所述流通斜槽下半部分放置所述缓冲拦挡带储备箱，并用所述拦挡带高度调节装置调节露出所述缓冲拦挡带储备箱的所述缓冲拦挡带的高度及个数；

步骤三：将所述薄面板折叠成合适的形状，在所述流通斜槽底面及露出所述缓冲拦挡带储备箱的所述缓冲拦挡带表面铺设所述薄片板，并用所述螺钉予以固定；

步骤四：将所述固定土压力传感器固定于露出所述缓冲拦挡带储备箱的所述缓冲拦挡带铺设的所述薄片板上及其附近的所述流通斜槽侧面上；

步骤五：打开所述闸门夹片，抽出所述闸门，松散颗粒沿所述流通斜槽向下运动；

步骤六：在松散颗粒运动过程中，通过露出所述缓冲拦挡带储备箱的所述缓冲拦挡带的薄片板上设置的固定土压力传感器，测得所述松散颗粒运动过程中在不同位置对所述缓冲拦挡带的冲击力；通过露出所述缓冲拦挡带储备箱的所述缓冲拦挡带附近的所述流通斜槽侧面设置的固定土压力传感器，测得所述松散颗粒运动过程中主运动方向的侧向冲击力；

步骤七：通过调整所述可调高度支架的高度，改变所述流通斜槽与水平面的夹角或者所述松散颗粒的初始高度，得到在不同控制条件下所述松散颗粒对所述缓冲拦挡带的冲击力，进而得到冲击力时程曲线。

步骤八：通过调节所述缓冲拦挡带储备箱中参与实际缓冲拦挡的所述缓冲拦挡带的高度及个数，控制所述缓冲拦挡带的实际参与面积，得到不同高度缓冲拦挡带、不同个数缓冲拦挡带、不同位置缓冲拦挡带对所述松散颗粒运动过程中的缓冲耗能作用。

本发明的有益效果为：本发明可以通过调节闸门的固定高度来控制松散颗粒初始放置高度，还可以通过调节套管支架高度来调节流通斜槽与水平面之间的夹角，从而实现不同控制条件下松散颗粒沿流通斜槽运动的试验，并通过所设置的固定土压力传感器，得到松散颗粒运动过程中对不同位置缓冲拦挡带的冲击力，再对测得的试验数据进行统计学计算和处理，得到松散颗粒运动过程中对缓冲拦挡带的冲击力位置变化曲线，进而弥补了现有对松散颗粒运动过程中缓冲拦挡带耗能作用的测试的不足。本发明具有操作简便、可拆卸、可组合、功能多样、测量方便、分析准确、可重复性强的特点。改善了以往装置由于设计、构造等因素造成的有限高度、个数、倾斜角度和多次改装模拟的情况。通过试验得到松散颗粒运动过程中对不同位置、不同高度、多次不同个数缓冲拦挡带冲击力变化，可以提高对松散颗粒运动过程中缓冲拦挡带冲击力的认识与研究水平，为实际工程中缓冲拦挡带的设计提供理论与试验依据。

附图说明

图1为测定松散颗粒运动过程中冲击拦挡带作用力的装置结构图；

图2为图1中a处放大图。

图中：1-流通斜槽，2-松散颗粒，3-闸门，4-闸门夹片，5-可调高度支架，6-定位螺栓，7-薄片板，8-螺钉，9-缓冲拦挡带储备箱，10-缓冲拦挡带，11-拦挡带高度调节装置，12-固定土压力传感器。

具体实施方式

如图1、2所示，测定松散颗粒运动过程中冲击拦挡带作用力的装置，包括流通斜槽1、可调高度支架5、闸门3、闸门夹片4、缓冲拦挡带10、缓冲拦挡带储备箱9、拦挡带高度调节装置11、薄片板7和固定土压力传感器12；所述流通斜槽1由两个侧面和一个底面构成；所述流通斜槽1安装在所述可调高度支架5上，所述流通斜槽1与水平面之间设有夹角；所述闸门3放置在所述流通斜槽1底面上，所述闸门夹片4用于将所述闸门3固定在所述流通斜槽1上；所述缓冲拦挡带储备箱9安装在所述流通斜槽1下部，多个所述缓冲拦挡带10能够放置于所述缓冲拦挡带储备箱9内；所述薄片板7铺设于所述缓冲拦挡带10及流通斜槽1底面上；所述固定土压力传感器12设置于所述缓冲拦挡带10及所述流通斜槽1的侧面上。所述可调高度支架5包括上架、下架和定位螺栓6，所述上架与下架通过套管连接，所述定位螺栓6用于将所述上架与下架之间定位。所述拦挡带高度调节装置11为多个调整螺栓，所述缓冲拦挡带储备箱9底部设有多个螺纹孔，所述调整螺栓拧入所述螺纹孔中顶在所述缓冲拦挡带10的底部以用于调整所述缓冲拦挡带10与所述缓冲拦挡带储备箱9之间的高度差。所述闸门3包括立板和底板，所述立板垂直设置在所述底板的中部。所述薄片板7为可折叠且带有粗糙面的板，所述薄片板7通过螺钉8固定在所述流通斜槽1底面上。

测定松散颗粒运动过程中冲击拦挡带作用力的方法，利用上述的测定松散颗粒运动过程中冲击拦挡带作用力的装置，具体步骤如下：

步骤一：将所述可调高度支架5放置于试验场地，并将所述流通斜槽1固定于所述可调高度支架5上，通过调整所述可调高度支架5的高度，使所述流通斜槽1与水平面成一定角度；利用所述闸门夹片4将所述闸门3固定在所述流通斜槽1底面上方，使其垂直于所述流通斜槽1底面；松散颗粒2放置在所述闸门3斜上方；

步骤二：在所述流通斜槽1下半部分放置所述缓冲拦挡带储备箱9，并用所述拦挡带高度调节装置11调节露出所述缓冲拦挡带储备箱9的所述缓冲拦挡带10的高度及个数；所述缓冲拦挡带10为多个可调高度的拦挡结构，可选择放置于所述缓冲拦挡带储备箱9内，也可选择提出若干个放置于所述缓冲拦挡带储备箱9上，通过调节参与缓冲拦挡带10的个数和高度来控制其实际参与拦挡面积的位置与大小；

步骤三：将所述薄面板7折叠成合适的形状，在所述流通斜槽1底面及露出所述缓冲拦挡带储备箱9的所述缓冲拦挡带10表面铺设所述薄片板7，并用所述螺钉8予以固定；

步骤四：将所述固定土压力传感器12固定于露出所述缓冲拦挡带储备箱9的所述缓冲拦挡带10铺设的所述薄片板7上及其附近的所述流通斜槽1侧面上；

步骤五：打开所述闸门夹片4，抽出所述闸门3，松散颗粒2沿所述流通斜槽1向下运动；

步骤六：在松散颗粒2运动过程中，通过露出所述缓冲拦挡带储备箱9的所述缓冲拦挡带10的薄片板7上设置的固定土压力传感器12，测得所述松散颗粒2运动过程中在不同位置对所述缓冲拦挡带10的冲击力；通过露出所述缓冲拦挡带储备箱9的所述缓冲拦挡带10附近的所述流通斜槽1侧面设置的固定土压力传感器12，测得所述松散颗粒2运动过程中主运动方向的侧向冲击力；

步骤七：通过调整所述可调高度支架5的高度，改变所述流通斜槽1与水平面的夹角或者所述松散颗粒2的初始高度，得到在不同控制条件下所述松散颗粒2对所述缓冲拦挡带10的冲击力，进而得到冲击力时程曲线。

步骤八：通过调节所述缓冲拦挡带储备箱9中参与实际缓冲拦挡的所述缓冲拦挡带10的高度及个数，控制所述缓冲拦挡带10的实际参与面积，得到不同高度缓冲拦挡带10、不同个数缓冲拦挡带10、不同位置缓冲拦挡带10对所述松散颗粒2运动过程中的缓冲耗能作用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。