一种模拟滑坡界面摩擦效应的装置的制作方法

本实用新型涉及边坡、滑坡工程模拟技术领域，特别是涉及一种模拟滑坡界面摩擦效应的装置。

背景技术：

在大型滑坡过程中，滑面间的摩擦效应对滑体的运动过程有直接影响。如果滑面间摩擦力大，则对滑体有较大阻碍作用，滑体滑移距离可能很短，速度小，破坏力也不大；反之，如滑面间摩擦力小，则滑体可能速度较大、滑动距离远，破坏力也大。

滑面间摩擦效应受诸多因素影响，包括岩土体类型、土体物理力学性质、滑面间法向力、摩擦力、孔隙水效应等因素。滑面间存在复杂的摩擦界面效应。为了弄清楚滑面间的复杂界面效应，目前最有效的方法是模型试验。而目前关于探讨大型滑坡界面摩擦效应的试验方法和试验装置还不成熟，不能有效的模拟在滑动过程中滑体与基床间的法向力以及滑面摩擦力的演变过程等问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述问题，本实用新型提供了一种模拟滑坡界面摩擦效应的装置，解决了现有技术中研究滑坡界面摩擦效应的模拟试验装置不成熟的问题。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：

提供一种模拟滑坡界面摩擦效应的装置，其包括下筒体和叠放于下筒体上方的上筒体，在下筒体与上筒体接触的一端设置有圆环凹槽，上筒体上设置有与圆环凹槽对应的圆环凸台。上筒体通过上底座连接于施力装置上，在上底座与施力装置接触处设置有压力传感器。下筒体通过电机驱动旋转，下筒体与电机之间连接有扭矩传感器。

进一步地，在圆环凹槽中填设有第一土层，在圆环凸台的端面上固定设置有第二土层。

进一步地，上底座为实心圆盘，其上设置有贯穿其厚度的若干与施力装置对应的安装孔。

进一步地，上筒体通过上夹具连接于上底座上，上夹具包括与上底座连接的上法兰盘以及固定于上法兰盘上的上条形块，上条形块上设置有沿其长度方向贯穿的上U型槽，上筒体的顶端设置有与上U型槽过盈连接的上筒体凸台。

进一步地，扭矩传感器一端与电机同轴连接，另一端通过下夹具连接于下筒体底端。

进一步地，下夹具包括与联轴器连接的下法兰盘以及固定于下法兰盘上的下条形块，下条形块上设置有沿其长度方向贯穿的下U型槽，下筒体的底端设置有与下U型槽过盈连接的下筒体凸台。

进一步地，压力传感器的型号为BF801M-B。

进一步地，扭矩传感器为动态扭矩传感器。

本实用新型的有益效果为：通过将采集的两个土层的土样分别固定于上、下筒体上，然后通过上、下筒体之间的相互转动来模拟自然界中发生滑坡情况下土层之间相互滑动的过程，结构简单、加工制造容易，节省了试验成本。

通过使用现有常用传感器来采集第一土层受到的正压力、转矩和转速信息，从而达到研究土层的摩擦力和摩擦系数大小的目的，成本低且技术成熟，采集的信息可靠。

通过本装置的试验可以模拟不同土层之间在不同滑坡规模、不同滑动速度条件下的滑坡界面摩擦效应，来达到研究不同土体发生滑坡地质灾害的特征，还可以判断发生滑坡后的危害距离以及危害程度，从而可以防范于未然，减少人们的生命财产损失。

附图说明

图1为模拟滑坡界面摩擦效应的装置的结构示意图。

图2为图1中上筒体与下筒体接触处的剖面示意图。

其中，1、下筒体；11、圆环凹槽；12、第一土层；14、下夹具；141、下法兰盘；142、下条形块；143、下U型槽；15、下筒体凸台；2、上筒体；21、圆环凸台；22、第二土层；23、上底座；24、上夹具；241、上法兰盘；242、上条形块；243、上U型槽；25、上筒体凸台；3、压力传感器；4、扭矩传感器，5、电机；6、联轴器。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

如图1、图2所示，该模拟滑坡界面摩擦效应的装置包括下筒体1和叠放于下筒体1上方的上筒体2，在下筒体1与上筒体2接触的一端设置有圆环凹槽11，上筒体2上设置有与圆环凹槽11对应的圆环凸台21，在圆环凹槽11中填设有第一土层12，在圆环凸台21的端面上粘接有第二土层22。

第一土层12和第二土层22分别对应需要试验的、取自易发生滑坡地带的下层和上层土样。上筒体2与下筒体1重叠时，圆环凸台21卡入圆环凹槽11中，使得第二土层22与第一土层紧密接触。

上筒体2的顶端设置有一条形的上筒体凸台25，该上筒体凸台25过盈卡接于上夹具24的上U型槽243中，上U型槽243设置于上条形块242中，上条形块242镶嵌于上法兰盘241中并通过焊接固定，上法兰盘241上沿圆周均布有4个与上底座23连接的螺栓孔。上底座23为一实心圆盘，其中心部位固定有型号为BF801M-B的压力传感器3。

施力装置为压力试验机，压力试验机的压头压于上底座23上，压力传感器3将测得的压力值输出到显示设备上供实验人员读取。

下筒体1的底端设置有一条形的下筒体凸台15，下筒体凸台15过盈卡接于下夹具14上的下U型槽143中，下U型槽143设置于下条形块142中，下条形块142镶嵌于下法兰盘141中并通过焊接固定，下法兰盘141上沿圆周均布有4个螺栓孔。

扭矩传感器4选用竖直安装的单法兰式的动态扭矩传感器，其型号为HCNJ-101。该型号的扭矩传感器4一端的法兰与下法兰盘141通过螺栓紧固连接，另一端通过联轴器6与电机5的输出轴同轴连接。扭矩传感器4既能够测得电机5输出扭矩也能测得电机5的输出转速，扭矩和转速参数通过信号输出线传输到显示设备上显示。

通过本装置试验土层之间摩擦效应的原理：压力试验机对上筒体2施压，通过压力传感器3测得的压力值加上上筒体2及其以上设备的自重便是第一土层12上土样受到的正压力；在上筒体2从静止到平稳转过程中的转矩等于所实验土层之间的平均动摩擦力乘以圆环凹槽11的平均半径，通过扭矩传感器4测得的扭矩值(即转矩)可求得第一土层12和第二土层22之间的平均动摩擦力；由于该平均动摩擦力等于动摩擦系数与正压力的乘积，从而求得试验中土样的动摩擦系数；保持压力试验机所施力大小不变，改变电机5的转速，从而达到改变输出转矩的大小来判断摩擦力是否改变，从而判断土层之间的相互运动对动摩擦力系数的影响。

第一土层12和第二土层22之间的相互运动对应试验土样在滑坡过程中的相互运动。通过判断土样的性质来研究滑坡地质灾害发生的动力行为及机理，从而判断发生滑坡后的可能危害程度。

同理，还可通过对土样进行调配，比如配置不同含水率的土体，来研究不同含水率条件下土层间的摩擦效应。通过改变下筒体的旋转速度或者改变压力试验机的正压力可模拟不同滑坡规模以及不同滑动速度条件下滑坡界面的摩擦效应。