降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟装置

摘要

本申请提供了降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟装置，属于地灾模拟设备领域，该降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟装置包括支撑调节机构、定位上料机构和降雨模拟机构，所述支撑调节机构包括底架、底板、透明罩和第一液压缸，所述定位上料机构包括电动滑台、支架、第一导杆、第一滑块、第一丝杠、第一伺服电机、第二液压缸、第二导杆和料斗，所述降雨模拟机构包括第二丝杠、第二伺服电机、框架、喷管和第二滑块，两个所述第二滑块对称设置在所述第二丝杠上，若干个所述喷管并列均匀设置在所述框架内部，可以快速便捷地堆筑试验所需全地形地貌，为泥石流形成和运动过程进行全方位模拟试验。

说明书

技术领域

本申请涉及地灾模拟设备领域，具体而言，涉及降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟装置。

背景技术

泥石流使一种具有很强破坏性的地质灾害，不仅严重制约当地经济发展，还对居民的生命财产安全造成巨大的威胁，预报预测是防治泥石流的核心内容之一，从地形地貌和降雨条件入手，全面科学地研究泥石流的形成、产生与发展过程，对于泥石流灾害的防治具有重要意义。由于泥石流源区及松散碎屑物的难以识别性和不确定性，导致难以预报预测由松散物源生成的泥石流，因此常需采集特定地区的岩土样进行试验室模拟，研究降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流的运动过程，为防治此类泥石流灾害提供科学全面的资料数据。

目前，现有的泥石流模拟试验装置多是通过模拟简化的单一坡体并配合降雨模拟以达到相关试验目的，难以进行全地形模拟，滑坡堆积体泥石流形成地区的地形地貌和地质条件较为复杂，导致泥石流的形成机理差别较大，仅通过单一坡体模拟试验难以获取全面科学的数据，因此模拟滑坡堆积体泥石流形成地区的全地形条件并配合降雨模拟进行泥石流形成、运动过程的模拟试验，就显得尤为重要。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟装置，所述降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟装置便于模拟滑坡堆积体泥石流形成地区的全地形地貌，为研究其形成机理提供更加详实、科学和全面的资料数据。

本申请是这样实现的：

本申请提供了降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟装置包括支撑调节机构、定位上料机构和降雨模拟机构。

所述支撑调节机构包括底架、底板、透明罩和第一液压缸，所述底板设置在所述底架上方，四个所述第一液压缸设置在所述底板和所述底架之间，四个所述第一液压缸分别设置在所述底板四角处，所述第一液压缸下端转动连接于所述底架上侧，所述第一液压缸的活塞杆上端转动连接于所述底板下侧，所述透明罩设置在所述底板上侧，所述定位上料机构包括电动滑台、支架、第一导杆、第一滑块、第一丝杠、第一伺服电机、第二液压缸、第二导杆和料斗，两个所述电动滑台对称设置在所述底架两侧，两个所述电动滑台并列设置，两个所述支架并列设置，所述支架下端固定连接于所述电动滑台的滑动端上侧，所述支架上端设置有第一连接块，两个所述第一导杆并列设置，所述第一导杆两端分别固定连接于两个所述第一连接块，所述第一滑块设置在两个所述第一连接块之间，两个所述第一导杆分别滑动贯穿于所述第一滑块，所述第一丝杠设置在两个所述第一连接块之间，所述第一丝杠一端转动连接于一个所述第一连接块，所述第一丝杠另一端转动贯穿于另一个所述第一连接块，所述第一伺服电机设置在另一个所述第一连接块外侧，所述第一伺服电机的输出端固定连接于所述第一丝杠另一端，所述第二液压缸设置在所述第一滑块上侧中部，所述第二液压缸的活塞杆顶端设置有第二连接块，四个所述第二导杆对称设置在所述第二液压缸两侧，所述第二导杆上端固定连接于所述第二连接块一端下侧，所述第二导杆下端滑动贯穿于所述第一滑块，所述料斗设置在所述第一滑块下方，所述料斗两侧分别固定连接于所述第二导杆下端，所述料斗设置在所述透明罩上方，所述降雨模拟机构包括第二丝杠、第二伺服电机、框架、喷管和第二滑块，两个所述第二伺服电机分别设置在所述透明罩一端两侧，两个所述第二丝杠并列对称设置在所述透明罩的上侧沿口两侧外部，所述第二伺服电机传动连接于所述第二丝杠，两个所述第二滑块对称设置在所述第二丝杠上，所述第二丝杠两端分别螺纹贯穿于两个所述第二滑块，两个所述框架对称设置在所述透明罩的沿口上侧，所述框架内端两侧分别固定连接于两个所述第二滑块上侧，若干个所述喷管并列均匀设置在所述框架内部，若干个所述喷管互相连通。

在本申请的一种实施例中，所述底架两端的上侧和下侧分别设置有加固板，所述第一液压缸下端转动连接于所述加固板上侧。

在本申请的一种实施例中，所述底架下侧设置有若干个万向轮，若干个所述万向轮对称设置在所述加固板下侧。

在本申请的一种实施例中，所述料斗的入口两侧分别设置有延伸口，所述第一滑块设置在两个所述延伸口之间。

在本申请的一种实施例中，所述料斗的下端出料口处设置有管口。

在本申请的一种实施例中，所述透明罩的上侧沿口两侧外部设置有四个第三连接块，四个所述第三连接块对称设置。

在本申请的一种实施例中，所述第二丝杠一端转动连接于一个所述第三连接块，所述第二丝杠另一端转动贯穿于另一个所述第三连接块。

在本申请的一种实施例中，所述第二伺服电机设置在另一个所述第三连接块外侧，所述第二伺服电机的输出端固定连接于所述第二丝杠另一端。

在本申请的一种实施例中，所述框架内端两侧分别设置有第四连接块，所述第四连接块固定连接于所述第二滑块上侧。

在本申请的一种实施例中，所述喷管下侧设置有若干个喷嘴，若干个所述喷嘴均匀分布。

在本申请的一种实施例中，所述降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟装置还包括堆料调整机构。

所述堆料调整机构包括螺旋给料机、第三伺服电机、管头、第三液压缸和连接管，所述螺旋给料机的入料口通过所述连接管连通于所述管头，所述管头上侧转动连接于所述管口下侧，所述管头连通于所述管口，所述第三伺服电机固定连接于所述管口外侧，所述第三伺服电机传动连接于所述管头，若干个所述第三液压缸均匀设置在所述连接管周围，所述第三液压缸上端转动连接于所述管头外侧，所述第三液压缸的活塞杆下端转动连接于所述螺旋给料机的入料口周侧。

在本申请的一种实施例中，所述第三伺服电机的输出端下端设置有齿轮，所述管头上端边沿设置有齿圈，所述齿轮和所述齿圈啮合。

在本申请的一种实施例中，所述降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟装置还包括坡面修整机构。

所述坡面修整机构包括转动臂、第四液压缸、直臂、第五液压缸、第六液压缸和铲斗，两个所述转动臂对称设置在所述螺旋给料机两侧，所述转动臂转动连接于所述螺旋给料机外侧，两个所述转动臂靠近所述料斗一端之间设置有连接轴，所述连接轴转动贯穿于所述第四液压缸一端，所述第四液压缸的活塞杆末端转动连接于所述螺旋给料机上侧，所述直臂上端转动连接于所述转动臂远离所述料斗一端，两个所述直臂下端分别转动连接于所述铲斗上侧，所述第五液压缸一端转动连接于所述转动臂外侧，所述第五液压缸的活塞杆末端转动连接于所述直臂外侧，所述第六液压缸一端转动连接于所述直臂外侧，所述第六液压缸的活塞杆末端转动连接于所述铲斗背侧。

在本申请的一种实施例中，所述铲斗的入口下沿开设有若干个斗齿，若干个所述斗齿均匀分布。

在本申请的一种实施例中，所述铲斗背侧下端边沿设置有若干个排齿，若干个所述排齿均匀分布。

本申请的有益效果是：本申请通过上述设计得到的降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟装置，使用时，将整个试验装置移动到合适位置，可根据实际试验需求，通过第一液压缸调整底板和透明罩的倾斜角度，通过第二伺服电机驱动第二丝杠使两个第二滑块带动两个框架向透明罩两端打开，将试验所需的岩土样添入料斗中，通过电动滑台带动支架，并通过第一伺服电机驱动第一丝杠使第一滑块沿第一导杆运动，调整料斗在透明罩上方的位置，按需通过第二液压缸改变第二连接块的高度进而带动第二导杆改变料斗的高度，释放岩土样，堆筑试验所需的模拟地形地貌和坡形坡面，然后使框架复位，布设完毕所需监测设备和传感器后，即可通过喷管模拟降雨，开始降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟试验，如此可以便捷地堆出所需的模拟用全地形地貌，对降雨条件下滑坡堆积体泥石流的形成和运动过程进行全面细致的模拟试验，以获取全面、科学、详实的资料数据，为此类泥石流的防治和研究提供坚实的科学基础。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请实施方式提供的降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟装置立体结构示意图；

图2为本申请实施方式提供的支撑调节机构、定位上料机构和降雨模拟机构结构示意图；

图3为本申请实施方式提供的支撑调节机构和降雨模拟机构结构示意图；

图4为本申请实施方式提供的A处放大结构示意图；

图5为本申请实施方式提供的料斗、堆料调整机构和坡面修整机构结构示意图；

图6为本申请实施方式提供的B处放大结构示意图；

图7为本申请实施方式提供的C处放大结构示意图；

图8为本申请实施方式提供的坡面修整机构结构示意图。

图中：100-支撑调节机构；110-底架；111-加固板；112-万向轮；120-底板；130-透明罩；140-第一液压缸；200-定位上料机构；210-电动滑台；220-支架；221-第一连接块；230-第一导杆；240-第一滑块；250-第一丝杠；260-第一伺服电机；270-第二液压缸；271-第二连接块；280-第二导杆；290-料斗；291-延伸口；292-管口；300-降雨模拟机构；310-第二丝杠；311-第三连接块；320-第二伺服电机；330-框架；331-第四连接块；340-喷管；341-喷嘴；350-第二滑块；400-堆料调整机构；410-螺旋给料机；420-第三伺服电机；421-齿轮；430-管头；431-齿圈；440-第三液压缸；450-连接管；500-坡面修整机构；510-转动臂；511-连接轴；520-第四液压缸；530-直臂；540-第五液压缸；550-第六液压缸；560-铲斗；561-斗齿；570-排齿。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

如图1-图8所示，根据本申请实施例的降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟装置包括支撑调节机构100、定位上料机构200、降雨模拟机构300、堆料调整机构400和坡面修整机构500，定位上料机构200设置在支撑调节机构100上方，便于堆筑试验用模拟地形，降雨模拟机构300设置在支撑调节机构100和定位上料机构200之间，便于模拟人工降雨，堆料调整机构400设置在定位上料机构200下方，可以进一步将采集的试验用岩土样精准堆筑，坡面修整机构500可以在堆筑完毕后，进一步调整模拟地形和修整模拟坡体坡面。

根据本申请的一些实施例，如图2-图4所示，支撑调节机构100包括底架110、底板120、透明罩130和第一液压缸140，底板120设置在底架110上方，四个第一液压缸140设置在底板120和底架110之间，四个第一液压缸140分别设置在底板120四角处，第一液压缸140下端转动连接于底架110上侧，第一液压缸140的活塞杆上端转动连接于底板120下侧，透明罩130设置在底板120上侧，底架110两端的上侧和下侧分别设置有加固板111，第一液压缸140下端转动连接于加固板111上侧，底架110下侧设置有若干个万向轮112，若干个万向轮112对称设置在加固板111下侧，可以根据试验需要，通过第一液压缸140调整底板120的倾斜角度，利于快速堆筑出符合试验要求的模拟地形和坡形。

根据本申请的一些实施例，如图2和图5所示，定位上料机构200包括电动滑台210、支架220、第一导杆230、第一滑块240、第一丝杠250、第一伺服电机260、第二液压缸270、第二导杆280和料斗290，两个电动滑台210对称设置在底架110两侧，两个电动滑台210并列设置，两个支架220并列设置，支架220下端固定连接于电动滑台210的滑动端上侧，支架220上端设置有第一连接块221，两个第一导杆230并列设置，第一导杆230两端分别固定连接于两个第一连接块221，第一滑块240设置在两个第一连接块221之间，两个第一导杆230分别滑动贯穿于第一滑块240，第一丝杠250设置在两个第一连接块221之间，第一丝杠250一端转动连接于一个第一连接块221，第一丝杠250另一端转动贯穿于另一个第一连接块221，第一伺服电机260设置在另一个第一连接块221外侧，第一伺服电机260的输出端固定连接于第一丝杠250另一端，第二液压缸270设置在第一滑块240上侧中部，第二液压缸270的活塞杆顶端设置有第二连接块271，四个第二导杆280对称设置在第二液压缸270两侧，第二导杆280上端固定连接于第二连接块271一端下侧，第二导杆280下端滑动贯穿于第一滑块240，料斗290设置在第一滑块240下方，料斗290两侧分别固定连接于第二导杆280下端，料斗290设置在透明罩130上方，料斗290的入口两侧分别设置有延伸口291，第一滑块240设置在两个延伸口291之间，延伸口291利于将岩土样添入料斗290，减少或避免洒落，通过电动滑台210带动支架220，并通过第一伺服电机260驱动第一丝杠250使第一滑块240沿第一导杆230运动，调整料斗290在透明罩130上方的位置，按需通过第二液压缸270改变第二连接块271的高度进而带动第二导杆280改变料斗290的高度，如此可快速堆筑完成模拟地形地貌和坡体坡面。

根据本申请的一些实施例，如图2-图4所示，降雨模拟机构300包括第二丝杠310、第二伺服电机320、框架330、喷管340和第二滑块350，两个第二伺服电机320分别设置在透明罩130一端两侧，两个第二丝杠310并列对称设置在透明罩130的上侧沿口两侧外部，第二伺服电机320传动连接于第二丝杠310，两个第二滑块350对称设置在第二丝杠310上，第二丝杠310两端分别螺纹贯穿于两个第二滑块350，两个框架330对称设置在透明罩130的沿口上侧，框架330内端两侧分别固定连接于两个第二滑块350上侧，若干个喷管340并列均匀设置在框架330内部，若干个喷管340互相连通，透明罩130的上侧沿口两侧外部设置有四个第三连接块311，四个第三连接块311对称设置，第二丝杠310一端转动连接于一个第三连接块311，第二丝杠310另一端转动贯穿于另一个第三连接块311，第二伺服电机320设置在另一个第三连接块311外侧，第二伺服电机320的输出端固定连接于第二丝杠310另一端，框架330内端两侧分别设置有第四连接块331，第四连接块331固定连接于第二滑块350上侧，喷管340下侧设置有若干个喷嘴341，若干个喷嘴341均匀分布，通过第二伺服电机320驱动第二丝杠310使两个第二滑块350带动两个框架330向透明罩130两端打开，不妨碍通过料斗290输入岩土样进行模拟地形地貌的堆筑，模拟坡体坡面堆筑完成后，使框架330复位，即可通过喷管340和喷嘴341模拟降雨，开始降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟试验。

根据本申请的一些实施例，如图2和图5-图7所示，通过定位上料机构200进行模拟地形地貌和坡体坡面的堆筑时，如不能更加精准地控制岩土样在透明罩130中的落点，则难以快速准确地堆筑完成满足试验所需的模拟地形地貌和坡体坡面，不利于模拟试验的监测，影响最终获取数据的准确性和试验效率，堆料调整机构400包括螺旋给料机410、第三伺服电机420、管头430、第三液压缸440和连接管450，螺旋给料机410的入料口通过连接管450连通于管头430，料斗290的下端出料口处设置有管口292，管头430上侧转动连接于管口292下侧，管头430连通于管口292，第三伺服电机420固定连接于管口292外侧，第三伺服电机420传动连接于管头430，若干个第三液压缸440均匀设置在连接管450周围，第三液压缸440上端转动连接于管头430外侧，第三液压缸440的活塞杆下端转动连接于螺旋给料机410的入料口周侧，第三伺服电机420的输出端下端设置有齿轮421，管头430上端边沿设置有齿圈431，齿轮421和齿圈431啮合，岩土样添加进入料斗290后，待料斗290调整至透明罩130上方合适的位置后，即可开动螺旋给料机410将岩土样输入透明罩130进行模拟地形地貌的堆筑，第三液压缸440可以调整螺旋给料机410的角度，第三伺服电机420驱动管头430可以使螺旋给料机410整体进行一定幅度的转动，如此可以配合定位上料机构200将岩土样更加精准地输入透明罩130，快速准确地完成模拟地形地貌和坡体坡面的堆筑，利于保证降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟试验的准确性和获取数据的完整性和科学性，提高模拟试验的质量和效率。

根据本申请的一些实施例，如图7-图8所示，在透明罩130中堆筑完毕模拟地形地貌和坡体坡面后，由于岩土样是因重力作用下落堆积而成，常难以直接堆筑成严格符合试验要求的模拟坡形，如不能进一步进行修整，则模拟坡体将可能会难以完全满足模拟试验要求，影响试验的准确性和科学性，坡面修整机构500包括转动臂510、第四液压缸520、直臂530、第五液压缸540、第六液压缸550和铲斗560，两个转动臂510对称设置在螺旋给料机410两侧，转动臂510转动连接于螺旋给料机410外侧，两个转动臂510靠近料斗290一端之间设置有连接轴511，连接轴511转动贯穿于第四液压缸520一端，第四液压缸520的活塞杆末端转动连接于螺旋给料机410上侧，直臂530上端转动连接于转动臂510远离料斗290一端，两个直臂530下端分别转动连接于铲斗560上侧，第五液压缸540一端转动连接于转动臂510外侧，第五液压缸540的活塞杆末端转动连接于直臂530外侧，第六液压缸550一端转动连接于直臂530外侧，第六液压缸550的活塞杆末端转动连接于铲斗560背侧，铲斗560的入口下沿开设有若干个斗齿561，若干个斗齿561均匀分布，铲斗560背侧下端边沿设置有若干个排齿570，若干个排齿570均匀分布，向透明罩130中输入岩土样并堆筑模拟地形完毕后，关闭螺旋给料机410，通过定位上料机构200和堆料调整机构400配合调整螺旋给料机410末端的角度和位置，通过第四液压缸520、第五液压缸540和第六液压缸550展开转动臂510、直臂530和铲斗560，进一步为透明罩130中初步堆筑完成的模拟坡形地貌进行整挖，并通过斗齿561和排齿570对模拟坡形进行更加细致的修整，以获得更加精确的模拟地形地貌和坡体坡形，提高降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟试验的科学性、准确性和全面性。

具体的，该降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟装置的工作原理：使用时，将整个试验装置移动到合适位置，可根据实际试验需求，通过第一液压缸140调整底板120和透明罩130的倾斜角度，通过第二伺服电机320驱动第二丝杠310使两个第二滑块350带动两个框架330向透明罩130两端打开，将试验所需的岩土样添入料斗290中，通过电动滑台210带动支架220，并通过第一伺服电机260驱动第一丝杠250使第一滑块240沿第一导杆230运动，调整料斗290在透明罩130上方的位置，按需通过第二液压缸270改变第二连接块271的高度进而带动第二导杆280改变料斗290的高度，待料斗290调整至透明罩130上方合适的位置后，即可开动螺旋给料机410将岩土样输入透明罩130进行模拟地形地貌的堆筑，第三液压缸440可以调整螺旋给料机410的角度，第三伺服电机420驱动管头430可以使螺旋给料机410整体进行一定幅度的转动，如此可以配合定位上料机构200将岩土样更加精准地输入透明罩130，快速准确地完成模拟地形地貌和坡体坡面的堆筑，关闭螺旋给料机410，通过第四液压缸520、第五液压缸540和第六液压缸550展开转动臂510、直臂530和铲斗560，通过定位上料机构200和堆料调整机构400配合调整螺旋给料机410末端和铲斗560的角度和位置，进一步为透明罩130中初步堆筑完成的模拟坡形地貌进行整挖，并通过斗齿561和排齿570对模拟坡形进行更加细致的修整，以获得更加精确的模拟地形地貌和坡体坡形，然后使框架330复位，布设完毕所需监测设备和传感器后，即可通过喷管340和喷嘴341模拟降雨，开始降雨条件下滑坡堆积体形成泥石流运动过程模拟试验，如此可以便捷地堆出所需的模拟用全地形地貌，对降雨条件下滑坡堆积体泥石流的形成和运动过程进行全面细致的模拟试验，以获取全面、科学、详实的资料数据，为此类泥石流的防治和研究提供坚实的科学基础。

需要说明的是，电动滑台210、第一伺服电机260、第二伺服电机320、螺旋给料机410和第三伺服电机420具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。

电动滑台210、第一伺服电机260、第二伺服电机320、螺旋给料机410和第三伺服电机420的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。

以上仅为本申请的优选实施方式而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。