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CN108956945B - 一种碎屑堆积体结构分析试验设备 - Google Patents

一种碎屑堆积体结构分析试验设备 Download PDF

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CN108956945B CN201810666240.3A CN201810666240A CN108956945B CN 108956945 B CN108956945 B CN 108956945B CN 201810666240 A CN201810666240 A CN 201810666240A CN 108956945 B CN108956945 B CN 108956945B
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Abstract

本发明公开了一种碎屑堆积体结构分析试验设备，包括采样管、管封和橡皮圈；所述管封和橡皮圈用于采样后封闭采样管的管口；还包括铁质连接件、磁石和透明板；所述铁质连接件的下部连接到采样管的上部；所述磁石位于透明板的上表面，将铁质连接件的上部夹持在透明板的下表面。本发明的有益效果在于，填补了滑坡类物理模型试验中碎屑体精细化堆积结构分析的空白，为此类型物理模型试验中碎屑体堆积机理的深入探讨提供了可能。设备结构简单、装卸方便，在满足试验操作的同时在很大程度上简化了设备制作和操作难度。试验设备性价比高，操作灵活性大，能够以低廉的成本满足试验的功能需求，便于批量生产并广泛推广使用。

Description

一种碎屑堆积体结构分析试验设备
技术领域
本发明涉及滑坡地质灾害相关的试验技术领域，特别是一种碎屑堆积体结构分析试验设备。
背景技术
巨型岩崩-碎屑流属于滑坡灾害之一，高陡岩质山体在地震、降雨或人工破坏等外在因素诱发下发生岩体失稳破坏，在受重力作用下向下高速运动过程中发生破碎，形成碎屑流，最终堆积在山体坡脚，往往会对下游重要结构物以及人员安全形成极大威胁，造成灾难性事件。高速碎屑流的堆积过程一直是国内外学者的研究热点，且物理模型试验目前是揭示碎屑体堆积机理的重要手段，然而试验技术的实施受设备的限制较大，有效且合理的试验设备对试验结果尤为重要。
已有的巨型岩崩-碎屑流的研究成果表明，碎屑流高速远程过程中与运动路径相互作用，并受制于堆积区地形起伏的影响，形成不同的堆积地貌及堆积结构，而堆积体内部结构差异是研究碎屑流运动机理的重要地质证据，同时对后续次生灾害演化具有重要影响。例如，碎屑体中“下部颗粒细、上部颗粒粗”这种反粒序结构可能促进碎屑流运动更远的距离；又例如碎屑流常堵塞河谷，形成滑坡坝，导致河流中断形成堰塞湖，而碎屑流堆积体不同位置，不同深度的颗粒大小、粒径级配等内部结构直接控制滑坡坝稳定性，影响坝体内部渗流场及溃坝模式。因此，对碎屑流堆积体在不同关键位置进行竖向堆积结构的取样分析尤为重要。
目前室内斜槽试验中，对碎屑流模拟中碎屑堆积体的分析主要是堆积体表面肉眼观察，以及进行粗略的分区域、分层筛分，获取其粒径级配，无法直接观察堆积体内部真实堆积结构及竖向粒径分布特征。且粗略的分区域、分层筛分无法获取堆积体内部结构特征，不能对关键位置的碎屑进行精细取样和粒径分析，远远无法满足试验需求。因此，碎屑流物理模型试验急需一种合理的设备对碎屑堆积体进行有效取样并进行内部堆积结构的直接观测，同时获取关键位置的粒径级配，以此满足碎屑堆积体内部真实结构的分析需求，并提升试验结构的精度和合理性。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对滑坡物理模型试验中碎屑堆积体细观结构分析的试验设备，来解决如何有效采集碎屑体样本并直观展示碎屑体内部竖向堆积结构特征，进一步精确得到碎屑体不同位置处的粒径级配。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种碎屑堆积体结构分析试验设备，包括采样管、管封和橡皮圈；所述管封和橡皮圈用于采样后封闭采样管的管口；还包括铁质连接件、磁石和透明板；所述铁质连接件的下部连接到采样管的上部；所述磁石位于透明板的上表面，将铁质连接件的上部夹持在透明板的下表面。
进一步地，还包括加强磁石；所述加强磁石与磁石的磁性相反，下部连接到铁质连接件的上部；所述磁石将加强磁石上部夹持在透明板的下表面。
进一步地，所述管封包括与采样管的管口相配合的封闭片，封闭片边缘连接有与采样管侧面相配合的半圆环状固定片。
进一步地，所述铁质连接件设有通气孔。
进一步地，所述采样管和透明板均设置有刻度线；所述铁质连接件的上部封闭，上表面为平面且设置有“十”字准心；所述磁石中部设有开孔。如有加强磁石，则加强磁石中部也设有开孔。
进一步地，所述透明板的侧边还对称设置有至少一对非铁质材料把手。
进一步地，所述采样管和透明板均为玻璃材质。
本发明的有益效果在于，
(1)填补了滑坡类物理模型试验中碎屑体精细化堆积结构分析的空白，为此类型物理模型试验中碎屑体堆积机理的深入探讨提供了可能。
(2)试验设备结构简单、装卸方便，在满足试验操作的同时在很大程度上简化了设备制作和操作难度。
(3)试验设备性价比高，所采用的原材料均为常见低价材料，取材方便，自制容易，可重复使用，且操作灵活性大，能够以低廉的成本满足试验的功能需求，便于批量生产并广泛推广使用。
附图说明
图1为本发明的整体结构俯视轴测图。
图2为本发明的整体结构仰视轴测图。
图3为本发明的分解示意图。
图4为铁质连接件的结构示意图。
图5-1、图5-2和图5-3为采样装置在水平位置上自由调节的示意图。
图中：1-采样装置，11-采样管(含刻度)，12-管封，13-橡皮圈(筋)，2-连接装置，21-铁质连接件，211-矩形通气孔1，212-矩形通气孔2，213-螺纹螺栓孔，22-螺栓，23-强力磁石，3-采样点控制装置，31-玻璃板(含刻度)，32-把手，33-螺栓(含橡胶垫圈)，34-螺母。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步描述。
参阅图1和图2，本发明提供的一种碎屑堆积体细观结构分析试验设备，包括采样装置1、连接装置2和采样点控制装置3三个组成单元，三个组成单元的详细结构如下：
参阅图3，采样装置1包括采样管(含刻度)11、管封12以及橡皮圈(筋)13。管封12水平插入管口并将其封闭，橡皮圈(筋)13将采样管(含刻度)11和管封12紧固，保证管封12不能脱落。采样管(含刻度)11顶部留有螺栓孔与连接装置2通过螺栓22连接。
采样装置中管封为水平插入管底，管封上部圆环的最佳形状为半圆环状，可以保证水平插入管底的同时与橡皮圈之间有充分的接触面积。管封为强度和高度较高但质量较小的不锈钢片。
橡皮圈包括高强度橡皮圈或高强度橡皮筋两种：橡皮圈可提前套在采样管顶部位置，当采样管完成取样并水平插入管封后，将橡皮圈从顶部移至底部，以此固定管封；橡皮筋则是在插入管封后，用其多次缠绕管封并打结实现管封紧固在采样管管口处。
参阅图3和图4，连接装置2包括铁质连接件21、螺栓22和强力磁石23。铁质连接件21包含2对矩形通气孔211和212(共4个)，两对矩形通气孔中心连线相互垂直而不再同一平面，在管轴方向上呈上下错位状态。两对矩形孔可以使采样管内与管外实现气压互通，保证采样管下压时可及时排除管内气体，减小下压阻力。两对矩形孔的中心连线相互垂直但不在同一平面，在竖向呈错位状态，可防止连接件的开孔位置处强度被较大削减。
铁质连接件21包含4个螺纹状螺栓孔213，螺栓孔213与采样管(含刻度)11顶部螺栓孔的位置一一对应，且螺栓孔213的螺纹与螺栓22相匹配，可通过改锥旋转安装和拆卸。铁质连接件的螺丝连接孔需要设置为螺纹状，螺纹与螺丝匹配，玻璃采样管可不设螺纹，避免采样管发生局部破裂。
铁质连接件顶部为封闭实体，保证与强力磁石之间有较大吸力接触面，若吸力不够时，可在连接件顶部安装与强力磁石磁极相反的磁石增加吸引力，以保证连接件与采样点控制装置有效连接。
铁质连接件顶部有“十”字准心，可与带刻度玻璃板上的刻度线进行精准定位。
参阅图3采样点控制装置3由玻璃板(含刻度)31、把手32、螺栓(含橡胶垫圈)33和螺母34。一个采样点控制装置3至少包含一对对称布置的把手(2个)，单个把手32包含4个螺栓孔，且该螺栓孔与玻璃板31上的螺栓孔位置一一对应。螺栓(含橡胶垫圈)33与螺母34配对工作，将把手32与玻璃板31连接在一起。
采样点控制装置至少包含2个把手，把手需成对对称布置，具体数量由玻璃板的大小而定。把手与玻璃板之间宜采用螺栓栓接，并在玻璃板上下位置处安装橡胶垫圈，避免螺栓紧固造成玻璃板局部破坏。把手及螺栓应采用非铁质材料(如木材、陶瓷)，避免与连接装置中强力磁石相互作用。
采样管使用方法为：首先将管封12取开，透明采样管11竖向插入碎屑堆积体内，所有关键位置点处的采样管均插入后，通过连接装置2将采样管11与采样点控制装置3连接，然后清除采样管外碎屑体，将管封12水平横向插入采样管11下端，用橡皮筋13紧固封闭端口，完成采样。
试验设备中采样点位置控制及调节操作为：利用铁质连接件21和强力磁石23之间的吸力将铁质连接件21紧固在玻璃板(含刻度)31的某一设计位置处，然后利用螺栓22将采样装置1与连接装置2紧密相连，以此可控制采样装置1在碎屑堆积体中的具体采样点位置；当采样点位置发生变化时，通过移动强力磁石23带动铁质连接件21在玻璃板(含刻度)31范围内自由移动，以此满足具有不同堆积特征的碎屑堆积体的采样需求。如图5-1、图5-2和图5-3所示，可实现采样装置1在玻璃板(含刻度)31范围内的自由水平移动及任意形状的排布。当然，可实现的排布状态不局限于图5展示的3种状态。
由上述技术方案可知，本发明主要的功能如下：
(1)对碎屑堆积体定点取样：针对不同碎屑堆积体可通过采样点控制装置来定点选取关键位置点的碎屑体样本，进而为堆积结构的精细化分析提供基础数据。
(2)直观展示碎屑堆积体细观结构：采样管本身带有刻度，且刻度尺寸可根据试验粒径级配进行选择，对此，提取出的某个点位处堆积体的竖向细观结构可直接呈现在试验者面前，并利用摄像等技术进行记录，同时也可通过电镜技术进一步深入分析。
(3)精确分析碎屑堆积体的粒径级配：完成碎屑堆积体细观结构的直接分析之后，可通过控制采样管管封将采样管内的碎屑体在高度上等分为若干份，然后对每一份分别进行筛分分析，以此深入分析碎屑堆积体各关键点在竖向的粒径级配分布规律。
本发明主要的技术创新点包括：采样点位置可自由调节、采样管口可有效封闭、采样管可方便装卸，具体如下：
(1)采样点位置可自由调节，对于不同形态的堆积体而言，试验人员关注的采样点不同，因此需要采样管在采样点控制装置中玻璃板上课实现水平自由移动，本发明中磁石与铁质连接件之间具有较强的吸力，可隔玻璃板实现采样点的有效固定连接同时实现自由移动；
(2)采样管口可有效封闭，由于碎屑体与采样管侧壁之间的摩擦力较小，需要采完样品之后进行有效的封口处理，采样装置中将管封设置为水平插入，尽量避免碎屑体过多漏出，然后利用强力橡皮筋将其紧固；
(3)采样管可方便装卸，采样管插入时可整体插入也可单独插入，最终采样完成后可整体提起也可单独提起，因此要求采样管与连接装置之间可方便装配与拆卸，本发明中采用2对穿孔螺丝将采样管有效固定，并方便装卸。

Claims (5)

1.一种碎屑堆积体结构分析试验设备，其特征在于，包括采样管、管封和橡皮圈；所述管封和橡皮圈用于采样后封闭采样管的管口；还包括铁质连接件、磁石和透明板；所述铁质连接件的下部连接到采样管的上部；所述磁石位于透明板的上表面，将铁质连接件的上部夹持在透明板的下表面；还包括加强磁石；所述加强磁石与磁石的磁性相反，下部连接到铁质连接件的上部；所述磁石将加强磁石上部夹持在透明板的下表面；所述管封包括与采样管的管口相配合的封闭片，封闭片边缘连接有与采样管侧面相配合的半圆环状固定片。
2.如权利要求1所述的一种碎屑堆积体结构分析试验设备，其特征在于，所述铁质连接件设有通气孔。
3.如权利要求1所述的一种碎屑堆积体结构分析试验设备，其特征在于，所述采样管和透明板均设置有刻度线；所述铁质连接件的上部封闭，上表面为平面且设置有“十”字准心；所述磁石和加强磁石中部均设有开孔。
4.如权利要求1所述的一种碎屑堆积体结构分析试验设备，其特征在于，所述透明板的侧边还对称设置有至少一对非铁质材料的把手。
5.如权利要求1所述的一种碎屑堆积体结构分析试验设备，其特征在于，所述采样管和透明板均为玻璃材质。
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