一种用于室内试验的滚石释放装置及试验方法与流程

本发明涉及一种用于室内试验的滚石释放装置及试验方法。

技术背景

随着国家建设快速发展，建于山区的大型、特大型水利水电工程、交通、市政道路和隧道等工程与日俱增，在这种地方存在大量危岩体和高陡边坡。西南山区是我国地质灾害最严重的地区之一，随着我国西部大开发战略的逐步实施，为加快西部地区发展，国家用于西部的基础建设的投资也在逐步加大，其中公路与铁路更是建设的重中之重。危岩失稳崩塌地质灾害显著增加，严重威胁到施工区域的交通、线路及人员的安全，工程防灾减灾形势也日趋严峻。危岩崩塌是一个严重的全球性山地灾害问题，具有突发、快速、强致灾等基本特性，亟待进一步深入研究。

目前滚石的运动及其他方面规律的研究主要包括数值模拟、现场试验和室内试验。针对室内试验，滚石的释放目前尚无较为高效的释放装置，以往的室内试验滚石释放装置较为简单，主要靠人力操作，效率低下，缺乏实用性。此外，以往的装置无法实现落石在三维空间任意释放位置的调整，或是装置安全性差，容易发生安全事故。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中存在的技术问题，提供一种用于室内试验的滚石释放装置，该装置利用三级滑轨对滚石释放箱在水平方向的位置进行调整以及滚石的释放和释放角度的调整，滚石释放箱上方连接升降气缸，可实现对滚石释放箱高度的调整。

本发明的另一个目的是提供一种滚石释放试验方法，该试验方法是利用上述释放装置，有效满足了试验要求，提高了试验效率，大大方便了实验操作。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种用于室内试验的滚石释放装置，包括支架、水平定位装置、滚石释放箱、滑动支撑板、高度调节装置、滚石释放装置以及边坡体；其中，水平定位装置固定在支架的上方，用于调整滚石释放处的水平位置；

滑动支撑板安装在水平定位装置的上方，高度调节装置和滚石释放装置均安装在滑动支撑板上，滚石释放箱安装在所述高度调节装置的下端，用于调整滚石释放箱的高度；

滚石释放箱的一个侧面开口，滚石释放箱的底板位于开口的一端固定，底板的其他位置游离，试件放置于底板的上方，滚石释放装置的下端与底板游离端连接，滚石释放装置带动底板绕着固定端作翻转运动，翻转到设定角度后，试件在自身重力的作用下滑落到边坡体上。

优选的，所述滚石释放装置为提拉气缸，底板的游离部分与提拉气缸之间连接有伸缩杆，进一步优选的，所述伸缩杆为螺纹伸缩杆。

进一步优选的，所述滚石释放装置与滑动支撑板之间设置有导轨。导轨用于调整滚石释放装置与高度调节装置的相对位置，在翻转滚石释放箱的底板的时候，保证伸缩杆处于竖直方向，避免伸缩杆受到剪切力，延长伸缩杆的使用寿命。

优选的，所述高度调节装置为升降气缸。高度调节装置可以为其他的能调节滚石释放箱的设备，如液压缸、气缸、丝杠以及链和轮配合结构等。

优选的，所述水平定位装置包括第一级滑轨和第二级滑轨，第一级滑轨安装在支架的上方，第二级滑轨安装在第一级滑轨的上方，第一级滑轨和第二级滑轨大体垂直放置。

进一步优选的，所述第二级滑轨的侧面与伸缩结构连接，为第二级滑轨的运动提供动力。

更进一步优选的，所述伸缩结构为液压油缸或气缸。

优选的，所述边坡体的两侧分别设置有第一挡板和第二挡板。

可以限制滚石的运动方向，防止滚石偏离运动轨道，对工作人员造成伤害。

进一步优选的，所述第一挡板和第二挡板为透明的。方便进行观察。

更进一步优选的，所述第一挡板和第二挡板均有钢化玻璃制成。

优选的，所述滚石释放箱与高度调节装置之间活动连接，可相对于高度调节装置作水平旋转运动。

一种滚石释放试验方法，包括如下步骤：

1)组装试验装置，将试验试件放置于滚石释放箱内；

2)启动水平定位装置，将滚石释放箱的水平位置进行调整；

3)启动高度调整装置，对滚石释放箱的高度进行调整；

4)启动滚石释放装置，带动滚石释放箱的底板进行翻转，释放试验试件。

一种滚石释放试验方法，包括如下具体步骤：

1)组装试验装置，将试验试件放置于滚石释放箱内；

2)气压站调节升降气缸内的气压调整滚石释放箱的高度；

3)启动水平定位装置，将滚石释放箱的水平位置进行调整；

4)滚石释放箱的底板通过伸缩杆与提拉气缸连接，气压站调节提拉气缸的气压，调整滚石释放箱底板的翻转角度，对试验试件进行释放。

本发明的有益效果为：

1、本发明的水平定位装置包括第一级滑轨和第二级滑轨，第一级滑轨和第二级滑轨大体垂直设置，可以调节滚石释放箱沿x轴和y轴方向上的滑移，实现滚石释放箱的水平定位；

2、本发明的滚石释放箱通过连接杆与升降气缸的下方相连，升降气缸固定于滑动钢板之上，滑动钢板安装在水平定位装置上，可同时实现滚石释放箱沿竖直方向的定位和沿水平方向的定位；

3、滚石释放箱的底板可翻转，底板与提拉气缸相连，可以通过调节提拉气缸的气压实现底板的翻转，并且可以对试验试件进行释放，简化了装置的结构，并且保证了试件释放的安全性和自动性。

4、本发明的气缸和油缸的运动分别由气压站和油压站控制，减少人力操作，提高了实验效率。

附图说明

图1为滚石释放装置的定位系统的结构示意图；

图2为滚石释放箱的高度调整和试件释放装置的结构示意图；

图3和图4为装置的整体结构示意图；

图5(a)、图5(b)和图5(c)为滚石释放箱的高度调整和释放的原理示意图。

其中，1、升降气缸，2、升降气缸活塞，3、提拉气缸，4、提拉气缸活塞，5、滑动支撑板，6、导轨，7、第二级滑轨，8、第一级滑轨，9、滑块，10、螺纹伸缩杆，11、底板，12、滚石释放箱，13、液压油缸，14、三角架，15、钢化玻璃，16、边坡体，17、底座，18、钢框架，19、背部挡墙。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明做进一步说明：

如图3和图4所示，一种用于室内试验的滚石释放装置，包括支架、水平定位装置、滚石释放箱12、滑动支撑板5、高度调节装置、滚石释放装置以及边坡体16；其中，水平定位装置固定在支架的上方，用于调整滚石释放处的水平位置；

滑动支撑板5安装在水平定位装置的上方，高度调节装置和滚石释放装置均安装在滑动支撑板5上，滚石释放箱12安装在所述高度调节装置的下端，用于调整滚石释放箱12的高度。

此处的支架为钢框架18，起到支撑作用，在钢框架18上镶嵌有钢化玻璃15，钢化玻璃15透明，可以较好地进行观察，同时边坡体16位于滚石释放箱12的下方，且相对于水平位置倾斜设置。边坡体16的两侧分别设置所述钢化玻璃15，可以对试验试件起到阻挡的作用，防止试验试件偏离运动轨道。

水平定位装置包括第一级滑轨8和第二级滑轨7，第一级滑轨8安装在支架的上方，第一级滑轨8为两条平行设置的滑轨，第二级滑轨7安装在第一级滑轨8的两条滑轨上，且与第一级滑轨8的两条滑轨之间配合安装，第一级滑轨和第二级滑轨大体垂直放置。

钢框架18的背面设置背部挡墙19，背部挡墙19的上方设置液压油缸13，液压油缸13通过三角支架进行支撑。液压油缸13与第二级滑轨7的侧面连接，提供推力，使第二级滑轨7沿第一级滑轨8运动。滑动支撑板5活动安装在第二级滑轨7的上方，提供推力，可以使滑动支撑板5沿第二级滑轨7运动。滚石释放箱12在滑动支撑板的带动下，实现了水平方向的定位。

如图1和图2所示，滚石释放箱12的一个侧面开口，滚石释放箱12的底板11位于开口的一端固定，底板11的其他位置游离，试验试件放置于底板11的上方，滚石释放装置为提拉气缸3，底板11的游离部分与提拉气缸3之间连接有伸缩杆，提拉气缸3带动底板11绕着固定端作翻转运动，旋转到设定角度后，将试验试件释放到边坡体16上。所述伸缩杆优选为螺纹伸缩杆10。

所述滚石释放装置与滑动支撑板5之间设置有导轨6。导轨6用于调整滚石释放装置与高度调节装置的相对位置，在翻转滚石释放箱的底板的时候，保证伸缩杆处于竖直方向，避免伸缩杆受到剪切力，延长伸缩杆的使用寿命。

所述高度调节装置为升降气缸。高度调节装置可以为其他的能调节滚石释放箱的设备，如液压缸、气缸、丝杠以及链和轮配合结构等。

如图5(a)、图5(b)和图5(c)可知，对滚石释放箱12的高度进行调节，并对试件进行释放的原理为：

使滚石释放箱12的高度调低：

起始状态：升降气缸1中不充气，提拉气缸3中充气；

开始动作：气压站对升降气缸1中进行充气，使升降气缸活塞2下降，带动滚石释放箱12下降；提拉气缸3与滚石释放箱12之间的螺纹伸缩杆10在滚石释放箱12的作用下伸长；当滚石释放箱12下降到设定高度时，提拉气缸3放气，使提拉气缸活塞4上升，带动底板11发生翻转，将底板11上的试验试件释放到边坡体16上。

使滚石释放箱12的高度调高：

起始状态：升降气缸1中不充气，提拉气缸3中充气；

开始动作：气压站对升降气缸1中进行放气，使升降气缸活塞2上升，带动滚石释放箱12上升；提拉气缸3与滚石释放箱12之间的螺纹伸缩杆10在滚石释放箱12的作用下收缩；当滚石释放箱12下降到设定高度时，提拉气缸3放气，使提拉气缸活塞4上升，带动底板11发生翻转，将底板11上的试验试件释放到边坡体16上。

一种用于室内试验的新型滚石释放装置，操作方法包括以下几步：

(1)搭建背部挡墙19和下部支撑钢框架18，钢框架18上镶嵌钢化玻璃15。

(2)在支撑钢框架18上方布设两条第一级滑轨8，沿y轴方向设置。

(3)在第一级滑轨8上方安装钢板，钢板与滑轨之间布设滑块9。

(4)钢板上表面布设第二级滑轨7，沿x轴方向设置。

(5)在第二级滑轨7上方安装滑动支撑板5，升降气缸1通过螺栓固定在滑动钢板5上。

(6)升降气缸1下方与滚石释放箱12相连，调节升降气缸1内气压控制滚石释放箱12竖直z方向的高度。

(7)释放箱底板11后方通过螺纹伸缩杆10与提拉气缸3相连，提拉气缸3通过螺栓固定在升降气缸1后方滑块上。

(8)升降气缸1后方滑块下方布设两条导轨6，提拉气缸3可相对于升降气缸1做y方向滑移。

(9)滑动钢板5后方安装液压油缸13，通过三角架14与背部挡墙19相连。

(10)调节油压提供推力使上部装置整体沿第一级滑轨8做y轴方向滑移。

(11)调节提拉气缸3内气压实现滚石释放箱底板11的翻转和试件的释放。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。