一种拱坝教学演示模型

1.本发明涉及拱坝教学模型领域，具体涉及一种拱坝教学演示模型。


背景技术：

2.拱坝是一种建筑在峡谷中的拦水坝，做成水平拱形，凸边面向上游，两端紧贴着峡谷壁。也指一种在平面上向上游弯曲，呈曲线形、能把一部分水平荷载传给两岸的挡水建筑，是一个空间壳体结构。
3.申请公布号cn111636360a公开了一种用于制作碾压混凝土拱坝振动台模型的装置，其包括混凝土山体、若干个螺纹固定的拱形钢模板，拱形钢模板组成的拱坝整体。
4.在该专利中，各个拱形钢模板是相互固定的，整个拱坝振动台模型主要是设计了逐层拼装的组合钢模板装置，在浇筑模型坝体时可以实现从下到上依序浇筑坝体模型，实现对分层碾压施工特点的模拟。
5.但是拱坝不仅仅只有对上述的分层碾压施工特点这一种模拟，还有水压力荷载模拟、温度荷载等模拟，上述这些模拟现有专利的模型不能实现。所以，仍需设计另一种拱坝教学演示模型，实现上述的模拟，用于教学。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术中的不足，本发明提出一种拱坝教学演示模型，其为了解决如何设计一种能模拟不同于分层碾压施工的拱坝教学模型的技术问题。
7.为了实现上述目的，本发明的一种拱坝教学演示模型，包括沙盘、坝体模型、左侧山体模型、右侧山体模型，所述坝体模型与左侧山体模型固定连接，坝体模型与右侧山体模型滑动连接，右侧山体模型包括：
8.移动山体模型a；
9.移动山体模型b，相对滑动地设置在移动山体模型a上，坝体模型相对滑动地设置在移动山体模型b上；移动山体模型b的滑动方向、坝体模型的滑动方向一致；
10.所述演示模型还包括：
11.第一伸缩杆，第一伸缩杆固定在沙盘上，第一伸缩杆的伸缩方向垂直于移动山体模型b的滑动方向，第一伸缩杆的活塞杆与移动山体模型a固定连接；
12.机器视觉仪器，朝向右侧山体模型和坝体模型，用于拍摄右侧山体模型和坝体模型的位移照片。
13.进一步地，所述演示模型还包括：第二伸缩杆，第二伸缩杆固定在移动山体模型a上，第二伸缩杆的活塞杆与移动山体模型b固定连接，第二伸缩杆的伸缩方向与移动山体模型b的滑动方向一致。
14.利用第二伸缩杆拉着移动山体模型b移动，移动山体模型b移动后，坝体模型与移动山体模型b连接的一端也随之变形，机器视觉仪器拍下移动山体模型b变形的照片，用于展示教学，可以实现模拟坝肩稳定。
15.进一步地，推杆装置，固定在沙盘上，推杆装置的伸缩方向与移动山体模型b的滑动方向一致，推杆装置通过伸缩与坝体模型接触；
16.触摸屏，与推杆装置电性连接，用于供操作者设置推杆装置的推力。
17.利用推杆装置在坝体模型的凸面中部位置施加推力，让坝体模型相对于移动山体模型b滑动，利用机器视觉仪器拍下坝体模型位移、变形的照片，用于展示教学，可以实现模拟水压力荷载。
18.进一步地，所述坝体模型包括：
19.多个分块单元体，各个分块单元体按横、纵两个方向排布成多行多列的整体；
20.若干个横孔，每个横孔同时设置在一行的多个分块单元体上；
21.若干个拱向弹簧，每个拱向弹簧同时处于一行的多个分块单元体的横孔中，每行分块单元体与拱向弹簧固定连接；
22.若干个纵孔，每个纵孔同时设置在一列的多个分块单元体上；
23.若干个梁向弹簧，每个梁向弹簧同时处于一列的多个分块单元体的纵孔中，每列分块单元体与梁向弹簧固定连接。
24.坝体模型是由一个个分块单元体按行、列排布的，各个分体单元之间又是通过拱向弹簧和纵向弹簧连接的，所以在进行各种模拟时，各个分体单元之间会产生形变，与现有技术cn111636360a公开了一种用于制作碾压混凝土拱坝振动台模型的装置的坝体模型是通过螺栓固定在一起相比，各个分体单元之间会产生形变更符合实际坝体模型受力变形情况，采用本技术的模型进行模拟说明时，学生更容易理解。
25.进一步地，所述移动山体模型b上固定连接有滑动轨道，坝体模型上固定有滑块，滑块相对滑动地设置在滑动轨道上。
26.一种简单的连接关系，将坝体模型与移动山体模型b之间建立了滑动连接的关系。
27.进一步地，所述推杆装置共有若干行，各行的推杆装置分别与各行的分块单元体接触。
28.推杆装置同时与各行的分块单元体接触，让各行的分块单元体受力均匀，不会产生局部形变，如果推杆装置只是对一行的分块单元体施加力，分块单元体就会局部受力，从而坝体模型就会产生局部形变，局部形变不属于坝体模型模拟实验中的形变，被机器视觉仪器捕捉后并展示后，容易给学生造成不必要的误解。
29.进一步地，所述移动山体模型b的滑动摩擦力，大于滑块的滑动摩擦力。
30.推杆装置推动坝体模型移动时，由于移动山体模型b的摩擦力大，所以受推杆装置的作用力，滑块容易在滑动轨道中滑动，而山体模型b不移动，这样，推杆装置的模拟、第二伸缩杆两者的模拟就会相互分开，互不干扰。
31.进一步地，每个所述分块单元体由六块5毫米厚的高密度工程塑料abs板块切割后拼接构成。
32.abs这种材料耐热性、耐低温和耐化学药品性都比较强，同时和其他材料相比还具有很好的抗冲性，易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，可以使坝体模型在受到荷载时保持稳定不被破坏。
33.进一步地，每行所述推杆装置的横向断面呈“t”形，推杆装置与坝体模型的接触面呈弧形。
34.端面呈弧形，让推杆装置更容易贴合坝体模型的凸面，让推杆装置的作用力，更能全面的作用在坝体模型的表面上，更有利于推杆装置对坝体模型的推力均匀施加。
35.进一步地，所述横孔和纵孔中均填充石膏，石膏凝固后将拱向弹簧、梁向弹簧分别与每行、每列的分块单元体固定连接。
36.不仅仅起到了将拱向弹簧、梁向弹簧分别与每行、每列的分块单元体固定连接的作用，还填充了分块单元体内部，让分块单元体更加坚固，不易变形，更耐用。
37.有益效果：设置有推杆装置，用于模拟水压力荷载；设置有第一伸缩杆，用于模拟温度载荷；设置有第二伸缩杆，用于模拟坝肩稳定。这些模拟，公布号cn111636360a公开了一种用于制作碾压混凝土拱坝振动台模型的装置均不能模拟。
附图说明
38.图1是本实施例的整体的结构示意图。
39.图2是分块单元体与拱向弹簧、梁向弹簧的连接结构示意图。
40.图3是移动山体模型b相对于移动山体模型a移动后的结构示意图。
41.图4是坝体模型与移动山体模型b的相对位置关系结构示意图。
42.1、坝体模型；2、分块单元体；3、横孔；4、纵孔；5、拱向弹簧；6、梁向弹簧；7、移动山体模型a；8、移动山体模型b；9、滑动轨道；10、滑块；11、推杆装置；12、第一伸缩杆；13、第二伸缩杆；
具体实施方式
43.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.见图1和图2，一种拱坝教学演示模型，包括坝体模型1，坝体模型1是根据实体拱坝整体数据等比例缩小形成的。坝体模型1包括四十五块分块单元体2，分块单元体2以五行九列的方式排列分布。每个分块单元体2又是由六块5毫米厚的高密度工程塑料abs(丙烯腈(a)、丁二烯(b)、苯乙烯(s)三种单体的三元共聚物)板块依据数据切割后拼接构成。
45.之所以使用abs塑料，是因为这种材料耐热性、耐低温和耐化学药品性都比较强，同时和其他材料相比，还具有很好的抗冲性，易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，可以使坝体模型1在受到荷载时保持稳定不被破坏。
46.相邻之间的两个分块单元体2的表面要相互接触，相邻的两个分块单元体2的接触面打孔。
47.具体地，在一行的各个分块单元体2中，相邻分块单元体2之间的表面在横向方向上接触；在一列的各个分块单元体2，相邻分块单元体2之间的表面在纵向方向上接触。所以，每个分块单元体2上均同时具有一横一纵两个方向上的孔，记为横孔3和纵孔4。以坝体模型1来看，坝体模型1共有5个横孔3，9个纵孔4。横孔3两端并没有沿横向贯穿坝体模型1，只是贯穿中间区域的各个分块单元体2；纵孔4的两端也没有沿纵向贯穿坝体模型1，也只是贯穿中间区域的各个分块单元体2。
48.同一行的各个分块单元体2的各个横孔3中共同设有一个拱向弹簧5，即，以一行分块单元体2来看，该行中的拱向弹簧5同时穿设在该行的各个分块单元体2的各个横孔3中，但是，以坝体模型1来看，拱向弹簧5的两端末端并不从坝体模型1的左右两端穿出，也就是说，拱向弹簧5完全处于同一行的各个分块单元体2的各个横孔3中，各个分块单元体2的横孔3中均填充石膏，石膏凝固后将各个横向的分块单元体2与拱向弹簧5固定。其他行的各个分块单元体2，也用上述方式固定。
49.之所以采用填充石膏的方式固定分块单元体2、拱向弹簧5以及梁向弹簧6，是因为石膏考虑到石膏的特性，石膏可以填充分块单元体2的横孔3和纵孔4中，石膏本身凝固后比较坚硬，让分块单元体2内部被石膏填充后，分体单元体2就会更加地坚固，不易变形，更耐用。
50.同理，同一列的各个分块单元体2的各个纵孔4中共同设有一个梁向弹簧6，即，以一列分块单元体2来看，该列中的梁向弹簧6同时穿设在该列的各个分块单元体2的各个纵孔4中，但是，以坝体模型1来看，梁向弹簧6的上下两端的末端并不从坝体模型1的上下两端穿出，也就是说，梁向弹簧6完全处于同一列的各个分块单元体2的各个纵孔4中，各个分块单元体2的纵孔4中填充石膏，石膏凝固后将各个纵向的分块单元体2与梁向弹簧6固定。其他列的各个分块单元体2，也用上述方式固定。
51.该演示模型还包括，两个山体模型。
52.见图1，两个山体模型分别设于坝体模型1的左右两侧。左侧的山体模型与坝体模型1的左岸坝肩固定连接，胶粘固定或者其他方式；并且左侧的山体模型是通过粘接或者其他方式固定在沙盘中的。
53.见图1和图3，右侧的山体模型包括移动山体模型a7和移动山体模型b8。移动山体模型a7在后，移动山体模型b8在前。
54.移动山体模型b8相对滑动的设置在移动山体模型a7上，移动山体模型b8上一体设置有一根杆(未示出)，移动山体模型a7中开设有一个槽，移动山体模型a7依靠槽套设在移动山体模型b8的杆外侧，移动山体模型b8依靠杆、槽之间的滑动，实现相对于移动山体模型a7滑动。即，移动山体模型b8能沿沙盘移动，移动方向为图1中的前后方向，图3中x方向。
55.该演示模型还包括滑动轨道9，滑动轨道9的竖向断面形状为“匚”形，开口向左，滑动轨道9的右端表壁通过螺栓固定在移动山体模型b8的左侧表壁上。滑动轨道9的长度方向就是前后方向，即图3中x方向。
56.坝体模型1的右端一体设置有一个滑块10，滑块10卡设在滑动轨道中，而且，滑块10相对滑动地设置在滑动轨道9中。
57.该演示模型还包括推杆装置11、触摸屏、机器视觉仪器。
58.推杆装置11设置于坝体模型1的“凸面”一侧，推杆装置11与山体模型、坝体模型1并没有任何的连接关系，推杆装置11通过粘接或者其他方式固定在沙盘中。
59.推杆装置11共有五组横向断面为t形的推杆，每个推杆可以采用gx-dc/e10系列的推杆，按行分布，共五行。推杆装置11与触摸屏电性连接，操作者在触摸屏上的控制面板手动输入控制命令的信息，如：推杆推出时的推力。受触摸屏上设置的命令控制，推杆装置11进行相应的动作。
60.t形推杆的前端略微弯曲呈弧形，为了更贴切地与坝体模型1的凸面接触。推杆装
置11接收了触摸屏的控制信息后，五行推杆同时向坝体模型1的凸面伸长，每行的推杆接触每行的分块单元体2，推杆装置11对坝体模型1的施力点，大致位于坝体模型1的凸面一侧的中间位置。
61.由于，坝体模型1的右岸坝肩与移动山体模型b8之间是通过滑块10、滑动轨道9滑动连接的，所以推杆装置11会推动坝体模型1的右岸坝肩移动，即，坝体模型1的右岸坝肩相对于滑动轨道9移动。
62.注意，此过程中，移动山体模型b8几乎不会前后移动，因为移动山体模型b8重量较大，移动山体模型b8所产生的阻力要远大于，滑动轨道9对滑块10的阻力，推杆装置11产生的推力还未使移动山体模型b8移动，就已经使滑块10在滑动轨道9中移动了。
63.机器视觉仪器与led大屏之间电性连接，可以采用yl-1109的机器视觉仪器，机器视觉仪器与前述各个设备均没有连接关系。机器视觉仪器通过螺栓安装于沙盘中，朝向坝体模型1和右侧的山体模型。机器视觉仪器能不断地拍摄坝体模型1位置和形状的变化照片，机器视觉仪器将拍摄的图片发送给led大屏，用于展示教学。
64.当坝体变形后，分块单元体2中拱向弹簧5和梁向弹簧6受到相应的压应力或者拉应力而变形，也同时利用机器视觉观察拱向弹簧5和梁向弹簧6的伸缩变形情况。
65.见图1，该演示模型还包括第一伸缩杆12。
66.第一伸缩杆12通过螺栓或者其他方式固定在沙盘中，处于移动山体模型a7的右侧，第一伸缩杆12的活塞杆左右方向移动，第一伸缩杆12的活塞杆左端与前述移动山体模型a7的右表壁粘接或者其他方式固定，移动山体模型a7在第一伸缩杆12的作用下左右移动，移动山体模型b8也随移动山体模型a7的左右移动而移动。
67.见图1-图4，该演示模型还包括第二伸缩杆13。
68.第二伸缩杆13通过螺栓或者其他方式固定在移动山体模型a7的左侧表壁上，第二伸缩杆13的活塞杆朝前，第二伸缩杆13的活塞杆通过螺栓或者其他的方式固定在移动山体模型b8的左侧表壁上。在第二伸缩杆13的活塞杆动力下，移动山体模型b8相对于移动山体模型a7前后滑动，滑动轨道9随移动山体模型b8的前后移动而移动。第一伸缩杆12和第二伸缩杆13均可以采用jc7f系列的电动推杆。
69.注意，此过程中，由于滑动轨道9与滑块10之间的摩擦力，所以滑动轨道9的移动会引起滑块10在移动轨道中小范围的移动，从而坝体模型1右端坝肩也有小范围的移动，此过程称为坝体模型1右端滑动面平移。
70.本实施例共有3种荷载模拟，可以用于教学展示。
71.1.模拟水压力荷载：
72.此模拟中，操作人员通过触摸屏设置推杆装置11的推力大小，推杆装置11伸长后对坝体模型1的“凸面”中间位置施加推力，坝体模型1的右侧坝肩通过滑块10相对于滑动轨道9移动，利用机器视觉仪器记录坝体的变形情况，传至led大屏展示，用于教学。
73.2.模拟温度载荷：
74.此模拟中，采用第一伸缩杆12左右伸缩，第一伸缩杆12通过移动山体模型a7带动移动山体模型b8左右移动，移动山体模型b8又通过滑动轨道9、滑块10来移动坝体模型1的右端，坝体模型1的右端受力，分块单元体2间的拱向弹簧5和梁向弹簧6受到相应的压应力或者拉应力而变形，利用机器视觉仪器一起观察拱向弹簧5和梁向弹簧6的伸缩变形情况，
传至led大屏展示，用于教学。
75.3.模拟坝肩稳定：
76.此模拟中，通过第二伸缩杆13前后伸缩，第二伸缩杆13会带着移动山体模型b8前后移动，此过程中，滑块10在滑动轨道9中产生一定距离的滑动，利用机器视觉仪器观察坝体模型1在移动山体模型b8移动下的位移情况和形变情况，传至led大屏展示，用于教学。
77.本实施例与现有技术cn111636360a公开了一种用于制作碾压混凝土拱坝振动台模型的装置相比，能进行模拟水压力荷载、模拟温度载荷、以及模拟坝肩稳定，现有技术是对分层碾压施工特点的模拟，两者有本质上的区别，和各自不同的技术效果。
78.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。