[发明专利]一种滑坡物理模型试验手动齿条式自重加载装置

说明书

技术领域

本发明属于地质灾害模型试验领域，具体地指一种滑坡物理模型试验手动齿条式自重加载装置。

背景技术

滑坡物理模型试验属于地质力学模型试验的范畴，其理论起源于20世纪初期建立的结构模型试验，目前已逐渐发展并延伸出了滑坡现场模型试验、滑坡底摩擦模型试验、滑坡框架式模型试验、滑坡离心模型试验和滑坡综合模型试验等诸多研究方向。其中，滑坡框架式模型试验是指在通常的重力场内，通过在框架模型槽内采用满足相似判据的相似材料制作模型，在模型满足主要边界条件相似的情况下测量其变形和各力学特性参数。该试验既能直观地观察到滑体在滑动过程中的运动特征，也能定量地获得滑坡的应力、应变、位移等参数，可从定性和定量的角度阐明滑坡孕育和演化的机制。

在滑坡框架式模型试验条件下，滑坡物理模型一般是在外力作用条件下发生变形或破坏。外力作用的主要方式有：机械震动或爆破形式模拟的地震波；改变框架内部水位高度模拟库水位波动造成的渗流作用；降雨模拟器模拟降雨条件下的渗流作用；人工堆载的方式在滑坡物理模型后缘提供滑坡推力；在滑坡后缘布置钢板，并在液压千斤顶或MTS液压伺服推力装置作用下施加滑坡推力等。

其中，对于滑坡物理模型后缘施加推力的方式还存在如下局限或缺陷：

（1）现有滑坡物理模型后缘的推力加载与控制系统往往结构复杂、操作繁琐，难以满足快速、稳定、持续的滑坡后缘推力加载要求；

（2）现有采用人工堆载的方式虽然可以在滑坡后缘施加稳定的作用力，但对滑坡推力的大小及方向难以精确控制，所施加外力的边界条件与实际情况不符。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种滑坡物理模型试验手动齿条式自重加载装置，能够方便、快速地调节滑坡物理模型后缘推力加载的大小和方向，使施加的推力与滑坡实际边界条件相符合，且通过标定重物的自重实现加载，加载力稳定持久。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种滑坡物理模型试验手动齿条式自重加载装置，包括底板、滑动面调节机构和推力加载机构；所述滑动面调节机构位于底板上，滑动面调节机构包括滑动面板、两组相互啮合的齿条和齿轮、两根传动轴、两组相互啮合的蜗轮和蜗杆、两个摇柄以及导向座，所述导向座固定于底板上，导向座的前部和后部分别设有竖向的导向槽，一组齿条位于导向座前部的导向槽内，另一组齿条位于导向座后部的导向槽内，每组齿轮与一个蜗轮通过传动轴设置在导向座上，每一蜗杆分别与一个摇柄连接，用于在摇柄的带动下转动，所述滑动面板的前端与导向座前部的一组齿条顶部铰接、后端支设在导向座后部的一组齿条上；所述推力加载机构包括用于承载重物的加载平台，加载平台的底面与滑动面板的顶面滑动配合、可沿滑动面板前后滑动。

上述技术方案中，所述加载平台的底面为光滑面，所述滑动面板的顶面两侧设有边棱，用于加载平台的导向，两个边棱分别设有一列孔且孔两两相对，相对的两孔内设置有滑杆，加载平台的底面与滑动面板的顶面通过所述滑杆滑动配合。

上述技术方案中，所述加载平台的后端设有插锁，用于加载平台与滑动面板的临时固定。

上述技术方案中，所述滑动面板的底面开有滑槽，所述导向座后部导向槽内的一组齿条顶端设有滑动连接块，滑动连接块位于滑槽内，用于滑动连接块的导向。

上述技术方案中，所述相互啮合的蜗轮和蜗杆满足自锁条件。

上述技术方案中，每组相互啮合的齿条和齿轮包括两根齿条及相应的两个齿轮。

上述技术方案中，所述齿条和齿轮、蜗轮和蜗杆满足传动比关系：蜗杆转动一周，依次带动蜗轮、齿轮转动，齿条平移一个齿的距离。

上述技术方案中，所述底板下方设有若干行走轮。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）该加载装置可应用于滑坡框架式模型试验，通过后缘自重式可控加载模拟滑坡内部推力，实现滑坡非完整地质力学模型的研究，极大的减少了完整地质力学模型的制作强度；

（2）该加载装置完全由手动调节实现，结构简单，易于操作，成本低廉；

（3）该加载装置通过两组齿条实现了加载高度和加载角度的连续、精确、持续控制，使得施加的推力与实际边界条件符合良好；

（4）该加载装置适用于不同高度的滑坡物理模型推力加载，针对不同滑面高度的滑坡模型无需逐一制作不同高度的加载装置；

（5）该加载装置适用于不同滑面角度的滑坡物理模型，无需逐一制作不同角度的加载装置；