一种测定松散颗粒运动过程中侧向应力与应变的装置的制作方法

本实用新型属于工程应用力学技术领域，具体涉及一种测定松散颗粒运动过程中侧向应力与应变的装置。

背景技术：

碎屑流是一种常见的地质灾害，具有极强的破坏能力，发生时通常会给人们的生命和财产安全带来严重威胁。碎屑流是一种松散颗粒运动的地质现象，目前在对松散颗粒运动的数值模拟中，采用最多的理论模型为深度平均的连续理论模型。而在深度平均的连续理论模型中，由于采用了深度平均的假设，侧向应力只能通过侧向应力系数乘以底面应力得到，且为一个平均值，却无法得到侧向应力沿深度方向的分布情况，从而无法更为准确的得到松散颗粒运动过程中各项应力细致的分布情况。同时，由于松散颗粒本构模型的不够完善，限制了松散颗粒运动过程中应力与应变之间关系的定性与定量化研究。因而，迫切需要找到一种测定松散颗粒运动过程中侧向应力与应变的试验仪器来开展相关的研究工作。

技术实现要素：

本实用新型提供一种测定松散颗粒运动过程中侧向应力与应变的装置，用于模拟松散颗粒运动过程并对其运动过程中侧向应力与应变进行测定。

本实用新型的技术方案如下：

一种测定松散颗粒运动过程中侧向应力与应变的装置，包括支架、流通斜槽、刚性挡板、固定装置和土压力传感器，所述流通斜槽由两个侧面和一个底面构成，所述流通斜槽安装在所述支架上，所述流通斜槽与水平面之间设有夹角；所述刚性挡板包括立板和底板，所述立板垂直设置在所述底板的中部，所述刚性挡板放置在所述流通斜槽底面上，所述固定装置用于将所述刚性挡板定位在所述流通斜槽上；所述流通斜槽的侧面和所述刚性挡板的立板上设有所述土压力传感器。

所述的测定松散颗粒运动过程中侧向应力与应变的装置，其优选方案为，所述支架为可调高度立柱，通过调节所述支架的高度来控制所述流通斜槽与水平面的夹角大小。

所述的测定松散颗粒运动过程中侧向应力与应变的装置，其优选方案为，所述固定装置为穿过所述流通斜槽侧面的螺栓。

所述的测定松散颗粒运动过程中侧向应力与应变的装置，其优选方案为，所述流通斜槽的底部开口一侧，在地面上设有激光位移传感器，所述激光位移传感器正对所述刚性挡板，用以测得所述刚性挡板的运动速度。

所述的测定松散颗粒运动过程中侧向应力与应变的装置，其优选方案为，所述激光位移传感器外接采集与测试系统。

所述的测定松散颗粒运动过程中侧向应力与应变的装置，其优选方案为，还设有高速数字摄像机。

利用上述装置测定松散颗粒运动过程中侧向应力与应变的方法，具体步骤如下：

步骤一：将支架放置于试验场地，并将流通斜槽固定于支架上，通过调整支架高度，使流通斜槽与水平面成一定角度；利用所述固定装置将刚性挡板固定在流通斜槽底面上方，使其垂直于流通斜槽底面；

步骤二：在所述刚性挡板上方放置松散颗粒，并启动激光位移传感器及采集与测试系统，检查激光位移传感器发射的激光是否对准刚性挡板；

步骤三：抽出所述固定装置，松散颗粒与刚性挡板共同沿流通斜槽向下运动；

步骤四：在松散颗粒与刚性挡板共同运动过程中，通过流通斜槽侧面上设置的土压力传感器，测得松散颗粒运动过程中垂直主运动方向侧向应力，通过刚性挡板上设置的土压力传感器，测得松散颗粒运动过程中主运动方向侧向应力；

步骤五：通过所述激光位移传感器和所述采集与测试系统，测得松散颗粒与刚性挡板共同运动过程中刚性挡板不同时刻的位移；所述高速数字摄像机能够记录松散颗粒与刚性挡板共同运动的过程及形态；

步骤六：用所述位移对时间求导，计算得到运动速度，再对所述位移求导，计算得到单位时间侧向应变；

步骤七：通过调整支架高度，改变流通斜槽与水平面的夹角或者松散颗粒的初始高度，得到在不同控制条件下松散颗粒的运动过程，进而得到各控制因素对松散颗粒运动过程中侧向应力与应变的影响曲线。

本实用新型的有益效果为：本实用新型可以通过调节刚性挡板的固定高度来控制松散颗粒初始放置高度，还可以通过调节支架高度来调节流通斜槽与水平面之间的夹角，从而实现不同控制条件下松散颗粒沿流通斜槽运动的试验，并通过所设置的土压力传感器和激光位移传感器，得到松散颗粒运动过程中侧向应力与位移，再对测得的试验数据进行计算和处理，得到松散颗粒运动过程中主运动方向的侧向应变，进而弥补了现有对松散颗粒运动过程中侧向应力与应变测试的不足。本实用新型具有操作简便，设计灵活，测量方便，分析准确的特点；通过试验得到松散颗粒运动过程中侧向应力与应变，可以提高对松散颗粒运动过程中侧向应力与应变的认识与研究水平，为松散颗粒本构模型的研究提供理论与试验依据。

附图说明

图1为测定松散颗粒运动过程中侧向应力与应变的装置的结构示意图；

图中：1-采集与测试系统，2-激光位移传感器，3-支架，4-流通斜槽，5-土压力传感器，6-松散颗粒，7-刚性挡板，8-固定装置，9-高速数字摄像机。

具体实施方式

如图1所示，一种测定松散颗粒运动过程中侧向应力与应变的装置，包括支架3、流通斜槽4、刚性挡板7、固定装置8和土压力传感器5，所述流通斜槽4由两个侧面和一个底面构成，所述流通斜槽4安装在所述支架3上，所述流通斜槽4与水平面之间设有夹角；所述刚性挡板7包括立板和底板，所述立板垂直设置在所述底板的中部，所述刚性挡板7放置在所述流通斜槽4底面上，所述固定装置8用于将所述刚性挡板7定位在所述流通斜槽4上；所述流通斜槽4的侧面和所述刚性挡板7的立板上设有所述土压力传感器5。所述支架3为可调高度立柱，通过调节所述支架3的高度来控制所述流通斜槽4与水平面的夹角大小。所述固定装置8为穿过所述流通斜槽4侧面的螺栓。所述流通斜槽4的底部开口一侧，在地面上设有激光位移传感器2，所述激光位移传感器2正对所述刚性挡板7，用以测得所述刚性挡板7的运动速度。所述激光位移传感器2外接采集与测试系统1。所述流通斜槽4外设有高速数字摄像机9。

利用上述装置测定松散颗粒运动过程中侧向应力与应变的方法，具体步骤如下：

步骤一：将支架3放置于试验场地，并将流通斜槽4固定于支架3上，通过调整支架3高度，使流通斜槽4与水平面成一定角度；利用所述固定装置8将刚性挡板7固定在流通斜槽4底面上方，使其垂直于流通斜槽4底面；

步骤二：在所述刚性挡板7上方放置松散颗粒6，并启动激光位移传感器2及采集与测试系统1，检查激光位移传感器2发射的激光是否对准刚性挡板7；

步骤三：抽出所述固定装置8，松散颗粒6与刚性挡板7共同沿流通斜槽4向下运动；

步骤四：在松散颗粒6与刚性挡板7共同运动过程中，通过流通斜槽4侧面上设置的土压力传感器5，测得松散颗粒6运动过程中垂直主运动方向侧向应力，通过刚性挡板7上设置的土压力传感器5，测得松散颗粒6运动过程中主运动方向侧向应力；

步骤五：通过所述激光位移传感器2和所述采集与测试系统1，测得松散颗粒6与刚性挡板7共同运动过程中刚性挡板7不同时刻的位移；所述高速数字摄像机9记录松散颗粒6与刚性挡板7共同运动的过程及形态；

步骤六：用所述位移对时间求导，计算得到运动速度，再对所述位移求导，计算得到单位时间侧向应变；

步骤七：通过调整支架3高度，改变流通斜槽4与水平面的夹角或者松散颗粒6的初始高度，得到在不同控制条件下松散颗粒6的运动过程，进而得到各控制因素对松散颗粒6运动过程中侧向应力与应变的影响曲线。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。