一种分析滚石运动轨迹的物理实验装置的制作方法

本发明涉及室内物理模拟实验装置技术领域，尤其涉及一种分析滚石运动轨迹的物理实验装置。

背景技术：

滚石是指个别块石因某种原因从边坡和陡崖表面失稳后经下落、回弹、跳跃、滚动或滑动等运动方式中的一种或几种的组合沿着坡面向下快速运动，最后在较平缓的地带或障碍物附近静止下来的一个动力学过程。当滚石运动范围内有人类活动或人类构筑的设施并引起一定的损失时，就构成了滚石灾害。特殊的地质地貌条件以及频繁的地震活动、特殊的气候条件、人类活动等直接或间接地成为滚石事件的触发因素。滚石是我国山区常发生的一种自然灾害，特别是西部山区交通干线、输油(气)管线沿线、山区城镇、输变电线路、水电站场址等地随处可见，分布范围极广，发生突然，频率高，防不胜防，对其危害范围内的各种构筑物、人类活动构成了严重的威胁。

作为山区基本建设中常遇到的一种工程地质灾害，滚石灾害防治结构的设计依据主要是边坡滚石的运动轨迹。由此可见，要对滚石灾害进行防治，首先要做的是确定滚石的运动轨迹，以现场调查为基础估算滚石的飞行距离，飞行高度和撞击速度以及对防护结构的撞击能量大小等参数，而为滚石防护设计提供可靠的依据。

由于影响滚石运动的参数本身就具有不确定性，使得滚石运动轨迹的计算变得非常复杂，因此我们引入物理模型对滚石的运动进行模拟，以便找出滚石运动轨迹的相关规律。

正是基于上述原因，本发明设计了一种分析滚石运动轨迹的物理实验装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种分析滚石运动轨迹的物理实验装置，能够有效解决数学模型难以解决的滚石运动轨迹问题。

为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：

本发明公开了一种分析滚石运动轨迹的物理实验装置，包括承载框架、箱体、边坡模拟装置、液压缸，所述承载框架呈方框形结构，所述箱体呈顶部开口的方形结构设置于所述承载框架的内侧，其前壁底部设有呈方形的开口；所述边坡模拟装置呈倾斜设置于所述箱体内，其底端与所述开口的底部两侧铰接；所述液压缸的底部固定于所述箱体的内腔底部，其输出端的外端与所述边坡模拟装置的后壁铰接。

所述边坡模拟装置的表面设有若干能够沿着垂直于所述边坡模拟装置表面方向伸缩的电子液压伸缩滑块。

所述承载框架上固定有降水模拟装置，所述降水模拟装置包括固定于所述承载框架两侧的管道，所述管道的底部设有与之连通的喷嘴，所述喷嘴设置于所述边坡模拟装置的上方。

所述承载框架的前端顶部中间、一侧边顶部和所述管道的中部上均设有朝向边坡模拟装置的全自动高速摄像仪。

所述开口的底部两侧设有用于测量滚石速度的红外线测速仪。

所述承载框架的外部设有边坡特征编辑器和数据信息收集装置，所述边坡特征编辑器分别与所述电子液压伸缩滑块、降水模拟装置和液压缸连接用于综合调控；所述数据信息收集装置分别与所述全自动高速摄像仪和红外线测速仪连接用于数据综合收集。

所述箱体采用半透明材料制成。

本发明的有益效果在于：

1.可移动，可在不同场地进行实验，满足各种模拟需求；

2.适应性强，可模拟情况不同的边坡情况；

3.数据立体化，滚石下落的运动状态和运动性质更加直观的记录；

4.机械化，装置的操作调控更加方便简单；

5.方便清理，支持连续多次实验和分组对比实验。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的部分结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

参见图1-2。

本发明公开了一种分析滚石运动轨迹的物理实验装置，包括承载框架1、箱体2、边坡模拟装置3、液压缸10，所述承载框架1呈方框形结构，所述箱体2呈顶部开口的方形结构设置于所述承载框架1的内侧，其前壁底部设有呈方形的开口21；所述边坡模拟装置3呈倾斜设置于所述箱体2内，其底端与所述开口21的底部两侧铰接；所述液压缸10的底部固定于所述箱体2的内腔底部，其输出端的外端与所述边坡模拟装置3的后壁铰接，通过承载框架1使得本实验装置保证了在装置固定时，实验装置的稳定、牢靠，减小了对实验数据的外部影响；又使装置在非固定的情况下方便移动，可以在不同的环境下进行试验；所述箱体2采用半透明材料制成，箱体2前壁底部开口且透明，使得本实验装置可以暴露在外，更加方便试验者观察，同时，透明箱的开口可以避免滚石下落造成的冲击破坏，更加安全，此外，装置内部的沙石泥土可以从开口处清理排出，为多次试验和分组试验创造了条件；承载框架1和箱体2紧密贴合，通过液压缸10的输出端伸缩能够调节边坡模拟装置3的倾斜角度。

所述边坡模拟装置3的表面设有若干能够沿着垂直于所述边坡模拟装置3表面方向伸缩的电子液压伸缩滑块4，通过控制各个电子液压伸缩滑块4的伸缩可以尽可能的模拟坡面的形状特。

所述承载框架1上固定有降水模拟装置6，所述降水模拟装置6包括固定于所述承载框架1两侧的管道61，所述管道61的底部设有与之连通的喷嘴62，所述喷嘴62设置于所述边坡模拟装置3的上方，管道61与外部的水源连接，给予喷嘴62供水，可模拟降水或湿坡情况下的滚石运动。

所述承载框架1的前端顶部中间、一侧边顶部和所述管道61的中部上均设有朝向边坡模拟装置3的全自动高速摄像仪5，使数据记录更加立体，可以更直观的记录滚石的运动轨迹。

所述开口21的底部两侧设有用于测量滚石速度的红外线测速仪9，可以更加精确的测出滚石滚出的最终速度，避免摄像仪的局限。

所述承载框架1的外部设有边坡特征编辑器7和数据信息收集装置8，所述边坡特征编辑器7分别与所述电子液压伸缩滑块4、降水模拟装置6和液压缸10连接用于综合调控；所述数据信息收集装置8分别与所述全自动高速摄像仪5和红外线测速仪9连接用于数据综合收集。

工作过程：启动试验机准备模拟实验；操作边坡特征编辑器7模拟边坡；填充泥土砂石完善边坡，根据需要调节降水；将实验滚石置于边坡模拟装置3顶部的凹槽处操作边坡特征编辑器7微调顶部滑块使滚石滚落，通过数据信息收集装置8收集数据、分析结果。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

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