[实用新型]一种小型旋转水槽制备泥石流的正应力测定装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种小型旋转水槽制备泥石流的正应力测定装置，属于岩土工程技术和海洋工程地质领域。

背景技术

小型旋转水槽(旋转水槽直径0.5m以下)可用于制作泥石流。在泥石流底部与水槽槽底接触的地方，由于泥石流对槽底的作用，会产生一定的正应力。该正应力与泥石流的侵蚀效应和冲击效应密切相关，是一个重要的物理参数。

小型旋转水槽具有结构简单、制作方便、成本较低的特点，但正是由于其尺寸小、槽内正应力低，导致其正应力的测定装置具有一定的特殊性，目前还没有针对此正应力的测定装置。

类似的正应力测定装置是国外针对大型旋转水槽(旋转水槽直径2.5m)的正应力测定装置，但由于其构造复杂、体积大，不宜安装在小型旋转水槽上，尤其是位于槽底的称重传感器传力部件垫块穿过水槽壁上孔，采用胶体或油脂使孔周圈的空隙密封，会产生一个附加力作用在传感器上，导致测量精度下降。

对于小型水槽，由于正应力本来就小(不足5kPa)，这个新增的附加力作用在传感器上，导致正应力根本测不准。

目前国内的小型旋转水槽装置目前还没有配备正应力的测定装置。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是：针对现有的制作泥石流的小型旋转水槽实验装置(旋转水槽直径0.5m以下)，目前还没有正应力测定装置的报道；小型水槽底部正应力低(不足5kPa)，要求正应力测量精度高，且用于密封的材料或装置不可对正应力测定产生任何干扰；正应力测定传感器体积必须小，且需要牢固固定在水槽上；水槽的旋转导致正应力测定传感器不可与数据采集仪直接连接。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种小型旋转水槽制备泥石流的正应力测定装置，包括称重传感器、支架、薄膜、空心导电滑环和数据采集仪。

在呈圆环状旋转水槽的周边中心处开有比垫块尺寸大的测试孔，由大于测试孔面积的薄膜覆盖，薄膜的周圈与圆环状旋转水槽内壁粘接密封。

在所述测试孔内置入垫块且不接触测试孔，垫块固定于呈长条形称重传感器的测量端，称重传感器的长度方向与所述圆环状旋转水槽的轴线一致。

位于所述测试孔的外部设置U形支架，U形支架的两竖边上端固定于测试孔的周向两侧的旋转水槽圆环面，U形支架的下底面向圆环状旋转水槽的轴向延长，在延长面上通过垫片与所述称重传感器另一端固定端相固定。

所述称重传感器的导线穿过空心导电滑环与外部的数据采集仪连接。

进一步的，所述称重传感器含有传力部件垫块，垫块通过粘接或螺栓连接在称重传感器测量端上。称重传感器推荐量程为0～150gf，推荐尺寸为41mm×7mm×5mm(长×宽×厚)。

进一步的，由于旋转水槽中有水，所以必须密封，所述密封薄膜尺寸大于圆环状旋转水槽壁上方形孔，覆盖垫块，并且薄膜的底面与垫块的上表面接触，薄膜的周圈与圆环状旋转水槽内壁硅胶粘接密封；薄膜柔性大，厚度不大于0.1mm，其对正应力测量值的影响可以忽略不计，即实现了密封，又避免了大型水槽的密封方法称重传感器传力部件垫块与旋转水槽的胶体或油脂密封引起的附加力。

进一步的，所述U形支架的下底面向旋转水槽的轴向延长的长度与称重传感器的长度相应，螺栓穿过U形支架的下底面延长部位、垫片、称重传感器固定端将三者固定，所述U形支架两端沿旋转水槽切线方向延长部位与旋转水槽圆环面硅胶粘接固定。

进一步的，采用空心导电滑环的信号传递方式。传感器所在的旋转水槽处于旋转运动状态，要将此信号传到与计算机相连的数据采集仪，可以采用有线或者无线的方式。无线的信号传递方式，需要的设备复杂、体积大，造价高，不便于小型旋转水槽设备使用。该发明采用称重传感器导线穿过空心导电滑环与数据采集仪连接，空心导电滑环解决称重传感器导线随旋转水槽旋转的线绕问题，将电信号从与旋转水槽一起旋转的传感器传导到固定于实验台面的数据采集仪。其附加的噪音对于测量精度的影响属于可以接受的范围；推荐空心导电滑环为8线。空心导电滑环设备简单、体积小、造价低，而且信号经过空心导电滑环后的噪音强度可控制在一定范围，满足测量精度要求。

进一步的，数据采集仪为称重传感器供电，同时将称重传感器的电信号转化为计算机可接受的信号。

本发明的有益效果在于：

1)测量精度能满足研究的需要(不足5kPa)，可以排除胶粘等附加外力的影响，选用适当的传感器(精度0.1％)，测量误差小于10Pa。

2)结构简单，制作方便，成本较低。

3)称重传感器和支架体积完全适合小型旋转水槽使用。