一种施加动态荷载的大型相似实验系统中防止二次撞击的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于相似模拟实验技术领域，具体涉及隧道、巷道等地下工程的顶板施加动态荷载实验过程中防止落锤二次撞击的装置。
【背景技术】
[0002]近年来，越来越多的城市大力发展地下工程，使得人们关注施工过程的稳定性及安全性。隧道、深部巷道等顶板的动态荷载具有复杂性、瞬态性及不确定性，是造成地下工程失稳的主要影响之一。在相似实验过程中，通过重锤的下落冲击来模拟顶板上施加的动态荷载，在这一过程中需要控制重锤的二次撞击，以确保实验结果的准确性。
[0003]从能量角度来说，重锤下落撞击承压柱伴随着能量之间的转化，重力势能转化为动能和热能，使得重锤弹起一定高度，在重力作用下二次撞击承压柱。从力学本质上来说，岩体工程施工是围岩-结构-支护等多相耦合的问题，是应力场不断调整变化的过程，每一次对岩体的扰动都会使应力进行重新分布，引起耦合场中复杂的力学机制演化，从这个意义上来说重锤每冲击一次就会引起一次应力重分布，因此，在相似实验过程中如何有效控制二次撞击是一个具有重要意义的现实课题。
[0004]目前国内外在防止二次撞击这方面的研究主要包括机械式、气动式、电磁式、液压式等。如电磁铁自动捕捉，防止试样被二次冲击;半自动气动夹紧装置，下落高度计算机自动控制及重锤的升降等。现有的防二次撞击装置大都适用于小型冲击实验机，缺乏相似实验系统中针对大型冲击实验防落锤二次撞击的装置。
[0005]由此可见，现有技术有进一步提高与拓展的空间。
【发明内容】
[0006]本发明为避免上述现有技术的不足之处，提供了一种原理清晰、操作简便的施加动态荷载的大型相似实验系统中防止二次撞击的装置。
[0007]本发明所采用的技术方案为:
[0008]—种施加动态荷载的大型相似实验系统中防止二次撞击的装置，其特征在于，包括实验台、重锤、导轨、承压柱、摇杆系统等。实验台上表面放置两根相互平行的导轨，重锤卡接在导轨上，沿导轨上下自由滑动。在实验台上两导轨中间设置承压柱。两根导轨上分别安装摇杆系统，主要包括伞帽、摇杆、销轴、限位块等。摇杆系统顶端带有伞帽，摇杆系统通过摇杆中部的孔洞与销轴固定在导轨上，摇杆系统底端与弹簧相连接，弹簧另一端通过导轨中凹槽部分与外壁连接。摇杆和销轴上分别有一个限位块且相互垂直，用以阻挡摇杆因底部弹簧的拉力而使其上部产生向两导轨之间的位移。伞帽底面到承压柱顶端面的垂直距离等于重锤上表面与下表面之间的垂直距离。
[0009]所述实验过程中施加动态荷载的大小通过改变重锤的重量和重锤下落的高度来实现。
[0010]所述实验台上开设有用于固定导轨及承压柱的孔槽。
[0011]所述导轨内部开设有安装摇杆系统和弹簧的凹槽。
[0012]所述重锤的截面呈H型。
[0013]所述重锤、承压柱的重心位于同一条直线上。
[0014]所述摇杆系统顶端的伞帽为圆锥形。
[0015]所述摇杆中点上开设有安装销轴的孔洞，孔洞尺寸与销轴尺寸相适。
[0016]所述与摇杆系统底端相接的弹簧初始处于张紧状态。
[0017]所述摇杆初始状态刚好嵌入导轨的凹槽内，其最外面的边沿和导轨的内壁平齐。
[0018]所述两导轨之间距离适当，应满足当摇杆下半段向两导轨之间产生位移时，摇杆系统底端不会触碰到承压柱。
[0019]所述水平限位块位于摇杆上，竖直限位块位于销轴上，相互垂直的限位块的具体位置要适中，使得在两个限位块接触时，摇杆系统刚好处于竖直位置。
[0020]本发明还提供了一种模拟顶板施加动态荷载的方法，该方法包括如下步骤:
[0021]步骤1:选取实验台；
[0022]步骤2:在实验台上放置两根距离合适且相互平行的导轨，导轨中间放置承压柱；
[0023]步骤3:选取2套摇杆系统，满足系统顶端为带圆锥形伞帽，系统通过摇杆中部的孔洞与销轴固定在导轨上，系统底端与弹簧相接，弹簧另一端通过导轨中凹槽部分与外壁连接;水平限位块安装在摇杆上，竖直限位块安装在销轴上，用于阻挡摇杆向两导轨中间产生位移；
[0024]步骤4:选取一个H型截面的重锤，使重锤卡接在导轨上自由滑动；
[0025]步骤5:初始状态下，重锤位置位于伞帽以上，在限位块及张紧弹簧的作用下，摇杆刚好嵌入导轨的凹槽内，其最外面的边沿和导轨的内壁平齐。缓慢释放重锤，重锤下落过程中会触碰伞帽，产生挤压力，使伞帽及摇杆上半段进入导轨内，使得重锤顺利下落，冲击承压柱。当重锤冲击到承压柱上的瞬间，重锤对伞帽的挤压力消失，在张紧弹簧的作用下，摇杆系统恢复到初始状态，伞帽底端面刚好与重锤上表面接触，将重锤固定在承压柱上，防止重锤从承压柱上弹起，从而在大型相似实验中解决落锤二次撞击的问题。
[0026]所述步骤I中，实验台上开设有用于固定导轨及承压柱的孔槽。
[0027]所述步骤2中，导轨内部开设有安装摇杆系统和弹簧的凹槽。
[0028]所述步骤2中，两导轨间距离合适，应满足摇杆下半段向两导轨之间产生位移时，摇杆系统底端不触碰承压柱。
[0029]所述步骤3中，伞帽底端面到承压柱顶端面的垂直距离等于重锤顶端面与下端面之间的垂直距离;相互垂直的限位块的具体位置要适中，使得在两个限位块接触时，摇杆正好处于竖直位置。
[0030]所述步骤5中，重锤重心与承压柱重心位于同一直线上。
[0031]采用上述技术方案，本发明取得的有益效果为:
[0032]1、本发明可以模拟大型隧道、深部巷道等工程顶板施加的动态荷载，解决了现有相似实验系统中缺乏针对大型冲击实验防落锤二次撞击的问题。
[0033]2、本发明为模拟大型相似实验系统中顶板施加动态荷载，提出了一种原理清晰、结构简单，操作可行，效果显著的装置。
【附图说明】
[0034]图1为本发明中装置的结构示意图。
[0035]图2为本发明中摇杆系统装配示意图。
[0036]其中，
[0037]1、实验台2、导轨3、重锤4、承压柱5、伞帽6、摇杆7、水平限位块8、销轴9、竖直限位块10、弹簧11、巷道。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和具体的实施过程对本发明作进一步的详细说明。
[0039]如图1、2所示，一种施加动态荷载的大型相似实验系统中防止二次撞击的装置，包括实验台、导轨、重锤、承压柱、摇杆系统等。实验台上表面放置两根相互平行的导轨，两导轨中间设置承压柱。所述实验台上开设有用于固定导轨及承压柱的孔槽，所述导轨上开设安装摇杆系统和弹簧的凹槽。H型重锤卡接在导轨上，沿导轨上下自由滑动，所述重锤与承压柱的重心位于同一直线上。两根导轨上分别安装摇杆系统，主要包括伞帽、摇杆