一种可调多功能高速碎屑流动摩擦试验装置的制作方法

本实用新型涉及一种可调多功能高速碎屑流动摩擦试验装置。

背景技术：

高速远程滑坡碎屑流(高速碎屑流)是一种突发性地质灾害，常常具有体积大、速度快、滑程远和破坏强的特点。由于高速远程碎屑流运动过程的复杂性，以及现有观测技术的局限性，因此很难观察到实际碎屑流内部变化情况和监测到滑动面摩擦力数据。这使得物理模型实验被广泛应用于高速远程碎屑流的运动机理研究中。而现有的试验装置多为简单可变角度的滑槽，颗粒物质仅能从静止下滑，达不到实际情况下的高速运动，更不能观察高速运动中底部摩擦引起的碎屑流颗粒的破碎变化和碰撞分离。总之，目前的试验装置只能揭示碎屑流的运动速度和堆积形态间的关系，却无法揭示高速远程碎屑流在运动过程中表现出的摩擦破碎现象、颗粒碰撞分离现象，更无法测定不同法向压力和不同运动速度下的滑动面动摩擦系数的变化；从而不能为碎屑流灾害的防治提供准确、可靠的试验依据。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种使用上述的可调多功能碎屑流运动破碎试验装置进行碎屑流运动破碎试验的方法，该方法能直观的揭示高速碎屑流在运动过程中表现出的摩擦破碎现象、颗粒碰撞分离现象。

本实用新型实现其发明目的，所采用的技术方案是：一种可调多功能碎屑流运动破碎试验装置，其特征在于:

竖向的钢板底部铰接于地面，钢板的上部与可伸缩的连杆的顶端铰接，连杆的底端铰接于地面；钢板的工作面从下至上依次固定有电机、减速器、扭矩传感器和轴承，电机轴通过减速器、扭矩传感器与主轴的下端相连，主轴的上端通过轴承与支架下部相连，支架的上部固定有空心的圆盘。

圆盘上部对称放置两个正方形的、无底无盖、且透明的模型箱；模型箱顶部的四个角均与上连杆的下端铰接，上连杆的上端向上穿过龙门架横梁的横向通槽；且两个模型箱的内嵌有承压钢盖；龙门架横梁上固定有千斤顶，千斤顶的顶杆对准承压钢盖的中部；高速摄像机通过摄像机连接杆安装于模型箱的侧 面。

本实用新型的工作过程和使用方法是：

a、调节连杆的长度及上连杆与横梁的连接位置，及上连杆与横梁的连接位置，将钢板及圆盘、模型箱的倾斜角度调整至试验所需的角度；

b、将模型箱内部的承压钢盖取出，再将岩石碎屑颗粒放置于模型箱内，重新盖上钢盖；启动千斤顶使其顶杆顶住钢盖，并向钢盖加压到所需荷载；

c、启动电机，带动圆盘按设定速度转动，与龙门架横梁相连的模型箱则不能随之转动，模型箱与圆盘发生相对运动，模型箱内的岩石碎屑颗粒与圆盘发生相对运动和摩擦，进行碎屑流运动破碎的试验；

试验过程中，扭矩传感器实时记录圆盘的扭矩，以得到圆盘与岩石碎屑颗粒间的动摩擦力；同时，高速摄像机实时捕捉并记录模型箱内粒径不同的岩石碎屑颗粒的动态行为，以观察其摩擦破碎现象、碰撞分离现象，直至试验结束。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、通过调节连杆的长度可实现钢板及圆盘、模型箱的倾斜角度调整，调整电机的速度实现对岩石碎屑颗粒与圆盘间相对速度的调节，进而模拟出不同斜坡倾角碎屑流的情况；从而能实现不同倾斜角度、不同运动速度高速碎屑流运动的破碎模拟试验。

二、试验过程中，扭矩传感器实时记录圆盘的扭矩，即能得到圆盘与岩石碎屑颗粒间的动摩擦力；同时，模型箱外侧的高速摄像机能实时捕捉并记录到透明的模型箱内不同粒径的岩石碎屑颗粒的动态行为，可以直观观测在高速运动中由底摩擦引起的碎屑流底部颗粒的动力破碎和竖向分离情况，进而揭示其摩擦破碎现象、碰撞分离现象，从而能为碎屑流灾害的防治提供更准确、可靠的试验依据。

三、改变圆盘材料、装入模型箱内的岩石碎屑颗粒种类及千斤顶的载荷值，即可研究滑动面粗糙度和摩擦系数，岩石种类，竖向压力荷载变化等对碎屑流运动形态的影响。

进一步，本实用新型的可伸缩的连杆为三根，支架为三角支架。

这样，对钢板和圆盘的支撑既牢固又简便。

进一步，本实用新型的模型箱为带钢制骨架的透明防弹钢化玻璃模型箱， 模型箱箱壁底部开有密封槽，密封槽内嵌有密封条。

这样，可避免或减少岩石碎屑颗粒从模型箱底部向外甩出。

进一步，本实用新型的龙门架罩在防爆玻璃的防护罩内。

这样，撒漏在圆盘上的岩石碎屑颗粒高速旋转甩出后，不会对人造成伤害。

进一步，本实用新型的圆盘上表面粘贴有摩擦介质材料垫。

更换不同的摩擦介质材料垫，即可改变滑动面的摩擦系数，从而更方便的研究滑动面粗糙度和摩擦系数对碎屑流运动形态的影响。

进一步，本实用新型的吹风机通过风机连杆固定于龙门架的横梁上，吹风机的风口对准圆盘。

这样，撒漏在圆盘上的岩石碎屑颗粒能及时被吹走，防止细小颗粒附着在滑动面上，影响摩擦力的测定。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

附图说明：

图1是本实用新型实施例竖板垂直时的正视结构示意图。

图2是本实用新型实施例竖板倾斜时的正视图。

具体实施方式

实施例

图1-图2示出，本实用新型的一种实施方式为：一种可调多功能碎屑流运动破碎试验装置，其特征在于：

竖向的钢板2底部铰接于地面，钢板2的上部与可伸缩的连杆14的顶端铰接，连杆14的底端铰接于地面；钢板2的工作面从下至上依次固定有电机1、减速器4、扭矩传感器5和轴承6，电机1的轴依次通过减速器4、扭矩传感器5与主轴的下端相连，主轴的上端通过轴承6与支架7下部相连，支架7的上部固定有空心的圆盘8；

圆盘8上部对称放置两个正方形的、无底无盖、且透明的模型箱9；模型箱9顶部的四个角均与对应的上连杆12的下端铰接，上连杆12的上端穿过龙门架15横梁的通孔并通过连接螺帽12a固定于横梁上；且两个模型箱9的上部嵌有承压钢盖10；龙门架15横梁上固定有千斤顶13，千斤顶13的顶杆对准承压钢盖10的中部；高速摄像机11通过摄像机连接杆安装于模型箱9的侧面。

本例的可伸缩的连杆14为三根，支架7为三角支架。

本例的模型箱9为带钢制骨架的透明防弹钢化玻璃模型箱，模型箱9箱壁底部开有密封槽，密封槽内嵌有密封条。

本例的龙门架15罩在防爆玻璃的防护罩内。

本例的圆盘8上表面粘贴有摩擦介质材料垫23。

本例的龙门架15的横梁通过风机连杆与横梁下方的吹风机17相连，吹风机17的风口对准圆盘8。

使用本例的可调多功能碎屑流运动破碎试验装置进行碎屑流运动破碎试验的方法，包括以下步骤：

a、调节连杆14的长度及上连杆12与横梁的连接位置，及上连杆12与横梁的连接位置，将钢板2及圆盘8、模型箱9的倾斜角度调整至试验所需的角度；

b、将模型箱9内部的承压钢盖10取出，再将岩石碎屑颗粒放置于模型箱9内，重新盖上承压钢盖10；启动千斤顶13使其顶杆顶住承压钢盖10，并向承压钢盖10加压到所需荷载；

c、启动电机1，带动圆盘8按设定速度转动，与龙门架15横梁相连的模型箱9则不能随之转动，模型箱9与圆盘8发生相对运动，模型箱9内的岩石碎屑颗粒与圆盘8发生相对运动和摩擦，进行碎屑流运动破碎的试验；

试验过程中，扭矩传感器5实时记录圆盘8的扭矩，以得到圆盘8与模型箱9内的岩石碎屑颗粒间的动摩擦力；同时，高速摄像机11实时捕捉并记录模型箱9内粒径不同的岩石碎屑颗粒的动态行为，以观察其摩擦破碎现象、碰撞分离现象，直至试验结束。