專利名稱：一種漸進累積破壞的模擬演示儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種漸進累積破壞的模擬演示儀器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種測量摩擦力的實驗裝置，尤其是涉及一種漸進累積破壞的 模擬演示儀器。
背景技術(shù)：
[0002]土工構(gòu)筑物的漸進累積破壞是應(yīng)變軟化型巖土材料較為普遍且重要的破壞模 式，包括超固結(jié)粘土的邊坡失穩(wěn)和基坑坍塌，填埋場沿底部襯墊系統(tǒng)界面的滑移等。應(yīng) 變軟化型巖土材料主要包括超固結(jié)粘土、密實砂、脆性巖石及填埋場襯墊系統(tǒng)界面，其 典型的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系一般可分為彈性階段、軟化階段及殘余階段等三個階段(如圖1所 示)彈性階段剪應(yīng)力隨應(yīng)變增加而增加，當(dāng)達到峰值強度后，進入軟化階段，此時剪 應(yīng)力隨應(yīng)變增加而減少，最后達到殘余階段，剪應(yīng)力保持不變。漸進累積破壞即為應(yīng)變 軟化型巖土材料在加載過程中一種復(fù)雜的力學(xué)響應(yīng)(1)加載時土工構(gòu)筑物中產(chǎn)生不均 勻的應(yīng)變及應(yīng)力，導(dǎo)致巖土體各處的抗剪強度發(fā)揮不一致；( 各個土體單元的破壞不 是同時產(chǎn)生的，而是一個由局部破壞逐漸擴展以致整體貫通而形成破壞面的過程。[0003]上述應(yīng)變軟化及漸進累積破壞現(xiàn)象可以利用該漸進累積破壞模擬演示儀形象地 演示出來。發(fā)明內(nèi)容[0004]本實用新型的目的在于提供一種漸進累積破壞模擬演示儀器，它可以形象地演 示三個單元體在水平推力作用下漸進累積破壞的整個過程。[0005]本實用新型所采用的技術(shù)方案是[0006]本實用新型包括控制定滑輪，定滑輪，電子測力計，三塊鐵塊，三塊高強磁 鐵，兩個滑筒，兩根彈簧，鋁合金軌道，鋼絲繩，導(dǎo)向筒；在鋁合金軌道的兩端分別 安裝控制定滑輪和定滑輪，在控制定滑輪和定滑輪之間的鋁合金軌道安裝第一鐵塊、第 二鐵塊和第三鐵塊，設(shè)置在三塊鐵塊下端的導(dǎo)向塊與鋁合金軌道形成滑動配合，從定滑 輪朝向控制定滑輪方向的第一鐵塊、第二鐵塊和第三鐵塊的前端分別依次安裝第一高強 磁鐵、第二高強磁鐵和第三高強磁鐵，三塊高強磁鐵均設(shè)置在鋁合金軌道下面，第一鐵 塊、第二鐵塊和第三鐵塊的中心分別開有貫通的中心孔，第一鐵塊朝向定滑輪的一端 焊接導(dǎo)向筒，導(dǎo)向筒孔中設(shè)置電子測力計，第二鐵塊的兩端分別焊接第一滑筒和第二滑 筒，第一滑筒外圓柱面套有第一彈簧后插入第一鐵塊中心孔中，第二滑筒外圓柱面套有 第二彈簧后插入第三鐵塊中心孔中，電子測力計的一端固定在導(dǎo)向筒靠近定滑輪的一 端，電子測力計的另一端連接鋼絲繩，鋼絲繩依次穿過導(dǎo)向筒內(nèi)孔、第一鐵塊、第一滑 筒、第二鐵塊、第二滑筒和第三鐵塊的中心孔后，繞控制定滑輪，再穿過鋁合金軌道內(nèi) 并繞過定滑輪，最后扣在導(dǎo)向筒上。[0007]所述的第一鐵塊與第二鐵塊首尾相距80-100cm，第二鐵塊與第三鐵塊首尾相距 50-70cm。[0008]本實用新型具有的有益效果是[0009]1)鐵塊模擬土體單元，連接鐵塊之間的彈簧模擬土體單元之間的相互作用。[0010]幻本實用新型運用鐵塊與軌道之間的摩擦力模擬土體單元的剪應(yīng)力，并以磁 鐵與鐵塊之間距離改變時兩者摩擦力的變化模擬土體單元剪應(yīng)力的應(yīng)變軟化將高強磁 鐵固定在鋁合金軌道內(nèi)部，當(dāng)鐵塊由遠至近靠近磁鐵時，鐵塊與軌道之間的吸力逐漸增 加，導(dǎo)致其摩擦力逐漸增加，當(dāng)鐵塊中心到達磁鐵中心時，其摩擦力達到最大值，該過 程對應(yīng)于應(yīng)力應(yīng)變曲線中的彈性階段；當(dāng)鐵塊繼續(xù)向前滑移時，鐵塊與軌道之間的吸力 逐漸減少，導(dǎo)致其摩擦力也逐漸減少，該過程對應(yīng)于應(yīng)力應(yīng)變曲線中的軟化階段；當(dāng)鐵 塊遠離磁鐵足夠距離即鐵塊與磁鐵之間吸力為零時，鐵塊與軌道之間的摩擦力降低到穩(wěn) 定的動摩擦力，該過程對應(yīng)于應(yīng)力應(yīng)變曲線中的殘余階段。[0011]3)電子測力計及各鐵塊之間的彈簧可測得整個滑移過程中三個鐵塊共同承擔(dān)的 作用力及每個鐵塊之間的相互作用力。[0012]4)搖動手輪可觀察單個單元的應(yīng)變軟化過程以及三個單元從局部破壞到整體破 壞的漸進累積破壞過程。


[0013]圖1是剪應(yīng)力與應(yīng)變(或剪切位移)的關(guān)系圖[0014]圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)原理主視圖。[0015]圖3是圖1的俯視圖。[0016]圖4是推力與剪切位移的關(guān)系圖。[0017]圖中1、控制滑輪，2、定滑輪，3、手輪，4、電子測力計，5、第一鐵塊， 6、第二鐵塊，7、第三鐵塊，8、第一高強磁鐵，9、第二高強磁鐵，10、第三高強磁 鐵，11、第一滑筒，12、第一彈簧，13、第二滑筒，14、第二彈簧，15、鋁合金軌道， 16、鋼絲繩，17、導(dǎo)向筒，18、導(dǎo)向塊。
具體實施方式
[0018]
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。[0019]如圖2、圖3所示，本實用新型控制定滑輪1，定滑輪2，電子測力計4，三塊鐵 塊5、6、7，三塊高強磁鐵8、9、10,兩個滑筒11、13，兩根彈簧(12、14)，鋁合金軌 道15，鋼絲繩16，導(dǎo)向筒17和導(dǎo)向塊18。在鋁合金軌道15的兩端分別安裝控制定滑輪 1和定滑輪2，在控制定滑輪1和定滑輪2之間的鋁合金軌道15安裝第一鐵塊5、第二鐵 塊6和第三鐵塊7，設(shè)置在三塊鐵塊下端的導(dǎo)向塊與鋁合金軌道15形成滑動配合，從定滑 輪2朝向控制定滑輪1方向的第一鐵塊5、第二鐵塊6和第三鐵塊7的前端分別依次安裝 第一高強磁鐵8、第二高強磁鐵9和第三高強磁鐵10，三塊高強磁鐵均設(shè)置在鋁合金軌道 15下面，第一鐵塊5、第二鐵塊6和第三鐵塊7的中心分別開有貫通的中心孔，第一鐵塊 5朝向定滑輪2的一端焊接導(dǎo)向筒17，導(dǎo)向筒17孔中設(shè)置電子測力計4，第二鐵塊6的兩 端分別焊接第一滑筒11和第二滑筒13，第一滑筒11外圓柱面套有第一彈簧12后插入第 一鐵塊5中心孔中，第二滑筒13外圓柱面套有第二彈簧14后插入第三鐵塊7中心孔中， 電子測力計4的一端固定在導(dǎo)向筒17靠近定滑輪2的一端，電子測力計4的另一端連接鋼絲繩16，鋼絲繩16依次穿過導(dǎo)向筒17內(nèi)孔、第一鐵塊5、第一滑筒11、第二鐵塊6、 第二滑筒13和第三鐵塊7的中心孔后，繞控制定滑輪1，再穿過鋁合金軌道15內(nèi)并繞過 定滑輪2，最后扣在導(dǎo)向筒17上。[0020]所述的第一鐵塊5與第二鐵塊6首尾相距80-100cm，第二鐵塊6與第三塊鐵塊 7首尾相距50-70cm。[0021]將本實用新型裝置依照發(fā)明內(nèi)容所述安裝完成，逆時針慢速搖動手輪3，使第一 鐵塊5慢速向前滑動，電子測力計4讀數(shù)持續(xù)增加，當(dāng)?shù)谝昏F塊5中心達到第一高強磁鐵 8中心上方時，電子測力計4讀數(shù)第一次達到極大值，繼續(xù)推動第一鐵塊5，電子測力計4 讀數(shù)減少，當(dāng)?shù)谝昏F塊5脫離第一高強磁鐵8影響區(qū)時，電子測力計4讀數(shù)達到穩(wěn)定的最 小值，此時第一鐵塊5已達到殘余階段；繼續(xù)逆時針搖動手輪3，當(dāng)?shù)谝昏F塊5與第二鐵 塊6上的第一彈簧12接觸時，第二鐵塊6受到第一鐵塊5傳遞的推力而向前滑移，電子 測力計4讀數(shù)繼續(xù)增加，當(dāng)?shù)诙F塊6中心達到第二高強磁鐵9中心上方時，電子測力計 4讀數(shù)再一次達到極大值，繼續(xù)搖動手輪3直至電子測力計4讀數(shù)又一次達到穩(wěn)定的較小 值，此時第二鐵塊6到達殘余階段；繼續(xù)搖動手輪3，第二鐵塊6與第三鐵塊7上的第二 彈簧14接觸，第三鐵塊7受到第二鐵塊6傳遞的推力而向前滑移，電子測力計4讀數(shù)繼 續(xù)增加，當(dāng)?shù)谌F塊7中心達到第三塊高強磁鐵10中心上方時，電子測力計4讀數(shù)最后 一次達到極大值，隨后電子測力計4讀數(shù)持續(xù)減少直至達到最后的小值，此時第三鐵塊7 也達到殘余階段，最終三個單元均達到了殘余階段，土體發(fā)生了整體破壞，整個過程模 擬了土體單元從局部破壞到整體破壞的漸進累積破壞過程。在此過程中連續(xù)讀取電子測 力計中的讀數(shù)，可得到推力與剪切位移的關(guān)系，如圖4所示。順時針搖動手輪3回原處， 即可方便地進行下一次實驗。[0022]上述具體實施方式
用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進行限制， 在本實用新型的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本實用新型作出的任何修改和改變， 都落入本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種漸進累積破壞的模擬演示儀器，其特征在于包括控制定滑輪(1)，定滑輪 (2),電子測力計G)，三塊鐵塊(5、6、7)，三塊高強磁鐵(8、9、10)，兩個滑筒(11、 13)，兩根彈簧(12、14)，鋁合金軌道(15)，鋼絲繩(16)和導(dǎo)向筒(17)；在鋁合金軌道 (15)的兩端分別安裝控制定滑輪(1)和定滑輪0)，在控制定滑輪(1)和定滑輪( 之間 的鋁合金軌道(巧)安裝第一鐵塊( 、第二鐵塊(6)和第三鐵塊(7)，設(shè)置在三塊鐵塊下 端的導(dǎo)向塊與鋁合金軌道(1 形成滑動配合，從定滑輪( 朝向控制定滑輪(1)方向的 第一鐵塊(5)、第二鐵塊(6)和第三鐵塊(7)的前端分別依次安裝第一高強磁鐵(8)、第 二高強磁鐵(9)和第三高強磁鐵(10)，三塊高強磁鐵均設(shè)置在鋁合金軌道(1 下面，第 一鐵塊(5)、第二鐵塊(6)和第三鐵塊(7)的中心分別開有貫通的中心孔，第一鐵塊(5) 朝向定滑輪O)的一端焊接導(dǎo)向筒(17)，導(dǎo)向筒(17)孔中設(shè)置電子測力計G)，第二鐵 塊(6)的兩端分別焊接第一滑筒(11)和第二滑筒(1 ，第一滑筒(11)外圓柱面套有第一 彈簧(1 后插入第一鐵塊(5)中心孔中，第二滑筒(1 外圓柱面套有第二彈簧(14)后 插入第三鐵塊(7)中心孔中，電子測力計的一端固定在導(dǎo)向筒(17)靠近定滑輪(2) 的一端，電子測力計⑷的另一端連接鋼絲繩(16)，鋼絲繩(16)依次穿過導(dǎo)向筒(17)內(nèi) 孔、第一鐵塊(5)、第一滑筒(11)、第二鐵塊(6)、第二滑筒(13)和第三鐵塊(7)的中心 孔后，繞控制定滑輪(1)，再穿過鋁合金軌道(1 內(nèi)并繞過定滑輪O)，最后扣在導(dǎo)向筒 (17)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種漸進累積破壞的模擬演示儀器，其特征在于所述的 第一鐵塊(5)與第二鐵塊(6)首尾相距80-100cm，第二鐵塊(6)與第三鐵塊(7)首尾相 距 50-70cm。
專利摘要本實用新型公開了一種漸進累積破壞的模擬演示儀器。在鋁合金軌道的兩端分別安裝控制定滑輪和定滑輪，軌道上安裝三塊鐵塊與軌道形成滑動配合，各鐵塊的前端分別安裝高強磁鐵，各鐵塊開有中心孔，第一鐵塊朝向定滑輪的一端焊接導(dǎo)向筒，孔中設(shè)置電子測力計，第二鐵塊的兩端分別焊接滑筒，兩個滑筒分別套有彈簧后插入前后中心孔中，電子測力計的一端固定在導(dǎo)向筒一端，另一端連接鋼絲繩穿過導(dǎo)向筒、三塊鐵塊和兩個滑筒后，繞控制定滑輪再穿過鋁合金軌道內(nèi)并繞過定滑輪，最后固定在導(dǎo)向筒上。本實用新型可觀察單個單元的應(yīng)變軟化過程以及三個單元從局部破壞到整體破壞的漸進累積破壞過程。
文檔編號G09B23/00GK201812403SQ20102057014
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者林偉岸, 樊蘇璐, 王順玉, 管錚, 詹良通, 閆旭, 陳云敏, 黃艷 申請人:浙江大學(xué)