[发明专利]渐进累积破坏的模拟演示仪器

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量摩擦力的实验装置，尤其是涉及一种渐进累积破坏的模拟演示仪器。

背景技术：

土工构筑物的渐进累积破坏是应变软化型岩土材料较为普遍且重要的破坏模式，包括超固结粘土的边坡失稳和基坑坍塌，填埋场沿底部衬垫系统界面的滑移等。应变软化型岩土材料主要包括超固结粘土、密实砂、脆性岩石及填埋场衬垫系统界面，其典型的应力应变关系一般可分为弹性阶段、软化阶段及残余阶段等三个阶段(如图1所示)：弹性阶段剪应力随应变增加而增加，当达到峰值强度后，进入软化阶段，此时剪应力随应变增加而减少，最后达到残余阶段，剪应力保持不变。渐进累积破坏即为应变软化型岩土材料在加载过程中一种复杂的力学响应：(1)加载时土工构筑物中产生不均匀的应变及应力，导致岩土体各处的抗剪强度发挥不一致；(2)各个土体单元的破坏不是同时产生的，而是一个由局部破坏逐渐扩展以致整体贯通而形成破坏面的过程。

上述应变软化及渐进累积破坏现象可以利用该渐进累积破坏模拟演示仪形象地演示出来。

发明内容

本发明的目的在于提供一种渐进累积破坏模拟演示仪器，它可以形象地演示三个单元体在水平推力作用下渐进累积破坏的整个过程。

本发明所采用的技术方案是：

本发明包括控制定滑轮，定滑轮，电子测力计，三块铁块，三块高强磁铁，两个滑筒，两根弹簧，铝合金轨道，钢丝绳，导向筒；在铝合金轨道的两端分别安装控制定滑轮和定滑轮，在控制定滑轮和定滑轮之间的铝合金轨道安装第一铁块、第二铁块和第三铁块，设置在三块铁块下端的导向块与铝合金轨道形成滑动配合，从定滑轮朝向控制定滑轮方向的第一铁块、第二铁块和第三铁块的前端分别依次安装第一高强磁铁、第二高强磁铁和第三高强磁铁，三块高强磁铁均设置在铝合金轨道下面，第一铁块、第二铁块和第三铁块的中心分别开有贯通的中心孔，第一铁块朝向定滑轮的一端焊接导向筒，导向筒孔中设置电子测力计，第二铁块的两端分别焊接第一滑筒和第二滑筒，第一滑筒外圆柱面套有第一弹簧后插入第一铁块中心孔中，第二滑筒外圆柱面套有第二弹簧后插入第三铁块中心孔中，电子测力计的一端固定在导向筒靠近定滑轮的一端，电子测力计的另一端连接钢丝绳，钢丝绳依次穿过导向筒内孔、第一铁块、第一滑筒、第二铁块、第二滑筒和第三铁块的中心孔后，绕控制定滑轮，再穿过铝合金轨道内并绕过定滑轮，最后扣在导向筒上。

所述的第一铁块与第二铁块首尾相距80-100cm，第二铁块与第三铁块首尾相距50-70cm。

本发明具有的有益效果是：

1)铁块模拟土体单元，连接铁块之间的弹簧模拟土体单元之间的相互作用。

2)本发明运用铁块与轨道之间的摩擦力模拟土体单元的剪应力，并以磁铁与铁块之间距离改变时两者摩擦力的变化模拟土体单元剪应力的应变软化：将高强磁铁固定在铝合金轨道内部，当铁块由远至近靠近磁铁时，铁块与轨道之间的吸力逐渐增加，导致其摩擦力逐渐增加，当铁块中心到达磁铁中心时，其摩擦力达到最大值，该过程对应于应力应变曲线中的弹性阶段；当铁块继续向前滑移时，铁块与轨道之间的吸力逐渐减少，导致其摩擦力也逐渐减少，该过程对应于应力应变曲线中的软化阶段；当铁块远离磁铁足够距离即铁块与磁铁之间吸力为零时，铁块与轨道之间的摩擦力降低到稳定的动摩擦力，该过程对应于应力应变曲线中的残余阶段。

3)电子测力计及各铁块之间的弹簧可测得整个滑移过程中三个铁块共同承担的作用力及每个铁块之间的相互作用力。

4)摇动手轮可观察单个单元的应变软化过程以及三个单元从局部破坏到整体破坏的渐进累积破坏过程。

附图说明

图1是剪应力与应变(或剪切位移)的关系图

图2是本发明的结构原理主视图。

图3是图1的俯视图。

图4是推力与剪切位移的关系图。

图中：1、控制滑轮，2、定滑轮，3、手轮，4、电子测力计，5、第一铁块，6、第二铁块，7、第三铁块，8、第一高强磁铁，9、第二高强磁铁，10、第三高强磁铁，11、第一滑筒，12、第一弹簧，13、第二滑筒，14、第二弹簧，15、铝合金轨道，16、钢丝绳，17、导向筒，18、导向块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。