一种堆积体崩塌失稳实验用塑型结构的制作方法

本实用新型涉及次生地质灾害崩滑领域，具体涉及一种小型离散体快速堆积成型的自稳定装置，主要用于室内研究崩积体稳定性试验所需的一种快速固定成型技术。

背景技术：

堆石崩积体主要以堆石为主，是使地震荷载触其崩塌、滑溃后堆积于坡脚形成物质组构分异、堆积形态随机、滑溃崩塌突然的天然地质体，其单元体一般是力学、水力学性质十分异常复杂的非均匀、各向异性介质——岩体。堆石崩积体的基本元素与天然岩体类似，都是经构造、风化、卸载等地质作用后发育尺寸多样、错落交切的裂隙岩体，只比天然岩体多了很多发育完全的裂隙。各种裂隙使天然岩体被分为许多的岩体，形成了堆石崩积体。由于各部分岩体不稳定，且数量众多，一旦稳定性被破坏，会在重力作用下向四周滚落，极易给临近人居、道路造成安全事故并使周围电力设备瘫痪。堆积体崩塌失稳是山区最常见地质灾害之一，崩积体的实验方法分为室外试验和室内实验两种；室外实验是现场原位实验，室内实验是简化模拟实验，室内实验的优点有在于能够模拟复杂的加载路径与精确的量测系统，实验场所安全，实验方便。由以上可见，研究堆石崩积体不同堆积形态在震动条件下对其稳定性影响的客观规律，是解决工程建设问题及防灾预警次生地质灾害等问题的一个重要研究方向，有效的滑溃前兆识别、灾变临界判断，灾源稳定评价对次生地质灾害防控具有重要的理论指导意义与工程实用价值。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种堆积体崩塌失稳实验用塑型结构，来实现堆石崩积体的快速成型，以确保在模拟堆积体崩塌失稳实验时所取得的实验数据的精确性。本实用新型通过下述技术方案实现：

一种堆积体崩塌失稳实验用塑型结构，包括摆放壳体、上顶气缸以及支撑板，竖直放置的上顶气缸输出端上连接有顶杆，所述顶杆上端部与摆放壳体的底部连接，在所述摆放壳体侧壁上开有通孔，支撑板与所述摆放壳体的侧壁接触，且支撑板的上表面与所述通孔的底面齐平；还包括与所述支撑板处于同一水平位置的调节传送带、底板，且在调节传送带上设有侧挡板，底板上设有多个推进气缸，推进气缸输出端的轴线与所述调节传送带的传动方向相垂直，且在每一个所述推进气缸的输出端上均设有推板，在支撑板上设有推动气缸，且在推动气缸输出端上设有卡板，在所述通孔底面开有两端开放的矩形槽，活动板滑动设置在矩形槽内，且在活动板背对推动气缸的一端设有限位板，限位板将通孔的端部完全遮挡，摆放壳体的两侧分别设有销孔，在活动板的两侧壁上分别开有与销孔对中的限位孔，定位销端部活动贯穿销孔后进入至限位孔内。在室内研究堆石崩积体不同堆积形态在震动条件下对其稳定性影响的客观规律，需要对块石堆放呈不同形态，一般地，是由人工对预制好的矩形混凝土块石进行堆放成型，但是在堆放过程中需要耗费大量工时，并且成型的堆石体由于块与块之间、层与层之间均存在较大的间隙，导致在实验时所获取的实验数据精确性降低，无法满足实验需求；对此，申请人设计出一种块石快速摆放结构，能够对块石进行有效地堆积成型，并且在最大程度上降低块石之间的间隙，增加成型后的堆石体的稳定性，确保实验所得数据能够对研究堆石崩积体不同堆积形态在震动条件下对其稳定性影响的客观规律提供有力支撑。

具体操作时，将块石依次摆放于调节传送带上，块石成排摆放后，底板上的推进气缸启动，推板带动成排的块石移动至支撑板上，而通过调整上顶气缸，使得摆放壳体侧壁上的通孔下表面与支撑板上表面齐平，推进气缸继续移动，使得多个块石同时进入至通孔内，而通孔的宽度有限，使得在支撑板上会滞留部分块石无法进入至通孔，在多个推进气缸将与之对应的块石推动至通孔指定位置后，所有的推进气缸均复位，推动气缸开始工作，进而带动卡板对滞留在支撑板上的块石清理，推动气缸复位后，重复上述执行动作，直至通孔底面上完全铺设上块石；重新调整上顶气缸，使得位于最底层的块石层上表面与支撑板的上表面齐平，同样的，通过不断调节推进气缸、推动气缸以及上顶气缸，确保块石逐层堆放在通孔内；且当所有块石完成堆积后，解除定位销对活动板的固定，然后将活动板从通孔中移出，再通过举升设备将成型的堆石体整体移动至实验器具上，以实现对堆石体在震动条件下的稳定性测试。通过调节传送带、推进气缸以及推动气缸的配合，能够实现块石在通孔内的快速摆放，且利用摆放壳体可升降的特性，使得块石逐层叠加在通孔内部，其中根据实验要求，通孔可采取多种不同的形状，以为实验提供丰富的试样，成型后的堆石体可通过转运活动板来实现位置的改变，与传统的人工堆放方式相比，极大缩短了块石的堆放时间，提高了堆放效率；并且，当通孔内每一层中每一个排的块石的个数不同时，在该排块石进入通孔之前，通过调节传送带，可以调整该排块石与通孔之间的对应位置，确保进入通孔内的块石数量达到最大值，同时保证每一个块石之间紧密接触。

需要进一步指出的是，在推进气缸每一次推进时，块石需要移动至通孔的指定位置，且在推进时，活动板被定位销固定在通孔底部，且通孔背向支撑板的端部被限位板所遮挡，即进入至通孔内的块石在被推进气缸推动至指定位置时，限位板能够有效阻挡块石移出通孔，进而确保块石能够将通孔填充完成。

在所述通孔内壁上附着有与通孔匹配的主气囊。进一步地，在块石在堆放完成后，通孔内壁上的主气囊在注入气体后能够对堆石体进行挤压，进而消除每一个块石之间存在的间隙，以排除在震动条件下堆石体崩塌时的外在干扰因素，确保实验数据的可靠性。

在所述主气囊的外壁上依次设有初级气囊、二级气囊，所述初级气囊由多个相互连通的矩形初级气袋构成，所述二级气囊由多个相互连通的矩形二级气袋构成，且当初级气囊、二级气囊完全铺展开后，初级气袋的宽度大于所述二级气袋的宽度。进一步地，在当堆石体的形状并非标准的立方体时，块石无法将通孔完全填充，主气囊在对堆石体进行挤压时部分块石极易出现错位，最终导致成型的堆石体发生形变，对此，申请人在主气囊的内侧壁上设有初级气囊，初级气囊的内侧壁上设有二级气囊，且当初级气囊、二级气囊完全铺展开后，初级气袋的宽度大于所述二级气袋的宽度，即能够针对不同形状的通孔，针对不同的堆石体进行有效的挤压，同时通过逐级对主气囊、初级气囊以及二级气囊进行充气，能有效避免堆石体发生形变。

所述通孔的纵向截面为矩形、半圆形或三角形。作为优选，通孔的纵向截面形状可为矩形、半圆形或是三角形，以满足室内实验的堆石体在震动条件下模拟自然状态下的堆石体的崩塌失稳情况。

还包括上端开放的输料筒以及输送带，在所述输料筒的外侧壁上设有与其内部连通的出料口，出料口与输送带的一端对接，输送带的另一端与所述调节传送带对接，在所述输料筒内设有隔离板，隔离板将所述输料筒分隔成上下两个部分，且在输料筒的上部设置有圆台，在圆台外壁下端设有拨叉，圆台底部设有驱动轴，驱动轴依次活动贯穿隔离板、输料筒底部后向下延伸，且所述圆台的小直径端正对输料筒的开放端，且在所述输料筒的下部设有螺旋传送带，在隔离板上设有与螺旋传送带上端入口连通的送料孔，螺旋传送带的下端出口与出料口连通，且在出料口内设有用于封闭出料口的电磁阀。进一步地，本技术方案还设有输料筒，使用时将多个块石放置于输料筒内，通过外部的电机带动驱动轴转动，圆台以及拨叉开始带动输料筒内的块石移动，且块石在拨叉的带动下通过送料口进入至螺旋传送带中，经过出料口进入至输送带上，输送带将块石转运至调节传送带上，当调节传送带上的块石摆放完成后，再由推进气缸执行下一步操作；块石通过拨叉的搅动进入至送料孔后，依次经过螺旋传送带、输送带后移动至调节传送带上，调节传送带能对排布成一排的块石的初始位置进行微调，确保块石最终能将通孔的内部空间合理占用。

在所述输料筒的侧壁上设有与输料筒上部连通的回料口，且在回料口与所述支撑板端部之间设有回收传送带，当所述推动气缸带动卡板将滞留在支撑板上的块石推出支撑板后进入至回收传送带上，且由回收传送带将块石传送至输料筒内。进一步地，滞留在支撑板上的块石被卡板推入回收传送带上，由回收传送带将其传送至输料筒内，避免支撑板上滞留的块石干扰推进气缸的正常工作，并且确保块石堆放有序进行。

在所述隔离板上还设有与送料孔连通的过渡槽，所述过渡槽呈圆弧形且过渡槽所在圆与隔离板同心，所述过渡槽的槽深沿所述圆台转动方向递增。进一步地，为确保块石能够快速进入至送料孔内，同时降低圆台以及拨叉的空转几率，本技术方案在隔离板上表面设有过渡槽，且过渡槽的槽深沿所述圆台转动方向递增，当拨叉带动块石在输料筒内转动时，在拨叉掠过过渡槽之前，块石先滑入过渡槽内，过渡槽能够对块石进行导向限位，避免在块石与块石之间的相互挤压作用下，块石始终在输料筒内转动而不能正常进行下料。

在所述摆放壳体底面开有螺孔，且在所述顶杆上段的外圆周壁上设有与螺孔配合的螺纹。作为优选，摆放壳体上的通孔个数设置相对灵活，能够设置成单个，同样能设置成多个，当通孔个数设置成多个时，且多个通孔由上至下依次设置在摆放壳体的同一个侧壁上，每一个通孔的形状各不相同，确保不同形状的堆石体均能在同一个摆放壳体上成型；当摆放壳体上的通孔设置成单个时，在不同形状的堆石体成型时，只需通过旋转摆放壳体与顶杆的相对位置，即可实现上顶气缸与摆放壳体之间的对接，同时还能降低在逐层摆放块石时上顶气缸的负载。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型能够对块石进行块石有效地堆积成型，并且在最大程度上降低块石之间的间隙，增加成型后的堆石体的稳定性，确保实验所得数据能够对研究堆石崩积体不同堆积形态在震动条件下对其稳定性影响的客观规律提供有力支撑；

2、本实用新型在主气囊的内侧壁上设有初级气囊，初级气囊的内侧壁上设有二级气囊，且当初级气囊、二级气囊完全铺展开后，初级气袋的宽度大于所述二级气袋的宽度，即能够针对不同形状的通孔，针对不同的堆石体进行有效的挤压，同时通过逐级对主气囊、初级气囊以及二级气囊进行充气，能有效避免堆石体发生形变；

3、本实用新型在隔离板上表面设有过渡槽，且过渡槽的槽深沿所述圆台转动方向递增，当拨叉带动块石在输料筒内转动时，在拨叉掠过过渡槽之前，块石先滑入过渡槽内，过渡槽能够对块石进行导向限位，避免在块石与块石之间的相互挤压作用下，块石始终在输料筒内转动而不能正常进行下料。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的俯视图；

图3为摆放壳体的结构示意图；

图4为气囊的结构示意图；

图5为输料筒的结构示意图；

图6为隔离板的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-摆放壳体，2-输料筒，3-回收传送带，4-输送带，5-推进气缸，6-底板，7-推板，8-块石，9-侧挡板，10-调节传送带，11-底座，12-上顶气缸，13-支撑板，14-顶杆、15-推动气缸、16-卡板、17-通孔、18-活动板、19-隔离板、20-圆台、21-主气囊、22-初级气囊、23-二级气囊、24-螺孔、25-定位销、26-送料孔、27-拨叉、28-螺旋传送带、29-驱动轴、30-出料口、31-电磁阀、32-过渡槽。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1~6所示，本实施例包括摆放壳体1、上顶气缸12以及支撑板13，竖直放置的上顶气缸12输出端上连接有顶杆14，所述顶杆14上端部与摆放壳体1的底部连接，在所述摆放壳体1侧壁上开有通孔17，支撑板13与所述摆放壳体1的侧壁接触，且支撑板13的上表面与所述通孔17的底面齐平；还包括与所述支撑板13处于同一水平位置的调节传送带10、底板6，且在调节传送带10上设有侧挡板9，底板6上设有多个推进气缸5，推进气缸5输出端的轴线与所述调节传送带10的传动方向相垂直，且在每一个所述推进气缸5的输出端上均设有推板7，在支撑板13上设有推动气缸15，且在推动气缸15输出端上设有卡板16，在所述通孔17底面开有两端开放的矩形槽，活动板18滑动设置在矩形槽内，且在活动板18背对推动气缸15的一端设有限位板，限位板将通孔17的端部完全遮挡，摆放壳体1的两侧分别设有销孔，在活动板18的两侧壁上分别开有与销孔对中的限位孔，定位销25端部活动贯穿销孔后进入至限位孔内。

堆放时，将块石8依次摆放于调节传送带10上，块石8成排摆放后，底板6上的推进气缸5启动，推板7带动成排的块石8移动至支撑板13上，而通过调整底座11上表面的上顶气缸12，使得摆放壳体1侧壁上的通孔17下表面与支撑板13上表面齐平，推进气缸5继续移动，使得多个块石8同时进入至通孔17内，而通孔17的宽度有限，使得在支撑板13上会滞留部分块石8无法进入至通孔17，在多个推进气缸5将与之对应的块石8推动至通孔17指定位置后，所有的推进气缸5均复位，推动气缸15开始工作，进而带动卡板16对滞留在支撑板13上的块石8清理，推动气缸15复位后，重复上述执行动作，直至通孔17底面上完全铺设上块石8；重新调整上顶气缸12，使得位于最底层的块石8层上表面与支撑板13的上表面齐平，同样的，通过不断调节推进气缸5、推动气缸15以及上顶气缸12，确保块石8逐层堆放在通孔17内；且当所有块石8完成堆积后，解除定位销25对活动板18的固定，然后将活动板18从通孔17中移出，再通过举升设备将成型的堆石体整体移动至实验器具上，以实现对堆石体在震动条件下的稳定性测试。通过调节传送带10、推进气缸5以及推动气缸15的配合，能够实现块石8在通孔17内的快速摆放，且利用摆放壳体1可升降的特性，使得块石8逐层叠加在通孔17内部，其中根据实验要求，通孔17可采取多种不同的形状，以为实验提供丰富的试样，成型后的堆石体可通过转运活动板18来实现位置的改变，与传统的人工堆放方式相比，极大缩短了块石8的堆放时间，提高了堆放效率；并且，当通孔17内每一层中每一个排的块石8的个数不同时，在该排块石8进入通孔17之前，通过调节传送带10，可以调整该排块石8与通孔17之间的对应位置，确保进入通孔17内的块石8数量达到最大值，同时保证每一个块石8之间紧密接触。

需要进一步指出的是，在推进气缸5每一次推进时，块石8需要移动至通孔17的指定位置，且在推进时，活动板18被定位销25固定在通孔17底部，且通孔17背向支撑板13的端部被限位板所遮挡，即进入至通孔17内的块石8在被推进气缸5推动至指定位置时，限位板能够有效阻挡块石8移出通孔17，进而确保块石8能够将通孔17填充完成。

作为优选，通孔17的纵向截面形状可为矩形、半圆形或是三角形，以满足室内实验的堆石体在震动条件下模拟自然状态下的堆石体的崩塌失稳情况。

作为优选，在所述摆放壳体1底面开有螺孔24，且在所述顶杆14上段的外圆周壁上设有与螺孔24配合的螺纹。摆放壳体1上的通孔17个数设置相对灵活，能够设置成单个，同样能设置成多个，当通孔17个数设置成多个时，且多个通孔17由上至下依次设置在摆放壳体1的同一个侧壁上，每个通孔17的形状各不相同，确保不同形状的堆石体均能在同一个摆放壳体1上成型；当摆放壳体1上的通孔17设置成单个时，在不同形状的堆石体成型时，只需通过旋转摆放壳体1与顶杆14的相对位置，即可实现上顶气缸12与摆放壳体1之间的对接，同时还能降低在逐层摆放块石8时上顶气缸12的负载。

实施例2

如图1~6所示，本实施例在实施例1的基础之上，在所述通孔17内壁上附着有与通孔17匹配的主气囊21；在所述主气囊21的外壁上依次设有初级气囊22、二级气囊23，所述初级气囊22由多个相互连通的矩形初级气袋构成，所述二级气囊23由多个相互连通的矩形二级气袋构成，且当初级气囊22、二级气囊23完全铺展开后，初级气袋的宽度大于所述二级气袋的宽度。

在块石8开始堆积前，通孔17内壁上的主气囊21在注入气体处于半充气状态；在块石8处于堆积时，通孔17内壁上的主气囊21对堆石体处于挤压状态，进而消除每一个块石8之间存在的间隙；在块石8堆放完成后，通孔17内壁上的主气囊21在注入气体后能够对堆石体进行挤压，进而消除每一个块石8之间存在的间隙，以排除在震动条件下堆石体崩塌时的外在干扰因素，确保实验数据的可靠性；在当堆石体的形状并非标准的立方体时，块石8无法将通孔17完全填充，主气囊21在对堆石体进行挤压时部分块石8极易出现错位，最终导致成型的堆石体发生形变，对此，申请人在主气囊21的内侧壁上设有初级气囊22，初级气囊22的内侧壁上设有二级气囊23，且当初级气囊22、二级气囊23完全铺展开后，初级气袋的宽度大于所述二级气袋的宽度，即能够针对不同形状的通孔17，针对不同的堆石体进行有效的挤压，同时通过逐级对主气囊21、初级气囊22以及二级气囊23进行充气，能有效避免堆石体发生形变。

实施例3

如图1~6所示，本实施例在实施例1的基础之上还包括上端开放的输料筒2以及输送带4，在所述输料筒2的外侧壁上设有与其内部连通的出料口30，出料口30与输送带4的一端对接，输送带4的另一端与所述调节传送带10对接，在所述输料筒2内设有隔离板19，隔离板19将所述输料筒2分隔成上下两个部分，且在输料筒2的上部设置有圆台20，在圆台20外壁下端设有拨叉27，圆台20底部设有驱动轴29，驱动轴29依次活动贯穿隔离板19、输料筒2底部后向下延伸，且所述圆台20的小直径端正对输料筒2的开放端，且在所述输料筒2的下部设有螺旋传送带28，在隔离板19上设有与螺旋传送带28上端入口连通的送料孔26，螺旋传送带28的下端出口与出料口30连通，且在出料口30内设有用于封闭出料口30的电磁阀31；在所述输料筒2的侧壁上设有与输料筒2上部连通的回料口，且在回料口与所述支撑板13端部之间设有回收传送带3，当所述推动气缸15带动卡板16将滞留在支撑板13上的块石8推出支撑板13后进入至回收传送带3上，且由回收传送带3将块石8传送至输料筒2内。

本实施例中还设有输料筒2，使用时将多个块石8放置于输料筒2内，通过外部的电机带动驱动轴29转动，圆台20以及拨叉27开始带动输料筒2内的块石8移动，且块石8在拨叉27的带动下通过送料口进入至螺旋传送带28中，经过出料口30进入至输送带4上，输送带4将块石8转运至调节传送带10上，当调节传送带10上的块石8摆放完成后，电磁阀31关闭，同时圆台20停止转动，然后再由推进气缸5执行下一步操作；块石8通过拨叉27的搅动进入至送料孔26后，依次经过螺旋传送带28、输送带4后移动至调节传送带10上，调节传送带10能对排布成一排的块石8的初始位置进行微调，确保块石8最终能将通孔17的内部空间合理占用。滞留在支撑板13上的块石8被卡板16推入回收传送带3上，由回收传送带3将其传送至输料筒2内，避免支撑板13上滞留的块石8干扰推进气缸5的正常工作，并且确保块石8堆放有序进行。

其中，本实施例在所述隔离板19上还设有与送料孔26连通的过渡槽32，所述过渡槽32呈圆弧形且过渡槽32所在圆与隔离板19同心，所述过渡槽32的槽深沿所述圆台20转动方向递增。为确保块石8能够快速进入至送料孔26内，同时降低圆台20以及拨叉27的空转几率，本技术方案在隔离板19上表面设有过渡槽32，且过渡槽32的槽深沿所述圆台20转动方向递增，当拨叉27带动块石8在输料筒2内转动时，在拨叉27掠过过渡槽32之前，块石8先滑入过渡槽32内，过渡槽32能够对块石8进行导向限位，避免在块石8与块石8之间的相互挤压作用下，块石8始终在输料筒2内转动而不能正常进行下料。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。