一種施加動態(tài)荷載的大型相似實驗系統(tǒng)中防止二次撞擊的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于相似模擬實驗技術領域，具體涉及隧道、巷道等地下工程的頂板施加動態(tài)荷載實驗過程中防止落錘二次撞擊的裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，越來越多的城市大力發(fā)展地下工程，使得人們關注施工過程的穩(wěn)定性及安全性。隧道、深部巷道等頂板的動態(tài)荷載具有復雜性、瞬態(tài)性及不確定性，是造成地下工程失穩(wěn)的主要影響之一。在相似實驗過程中，通過重錘的下落沖擊來模擬頂板上施加的動態(tài)荷載，在這一過程中需要控制重錘的二次撞擊，以確保實驗結果的準確性。
[0003]從能量角度來說，重錘下落撞擊承壓柱伴隨著能量之間的轉化，重力勢能轉化為動能和熱能，使得重錘彈起一定高度，在重力作用下二次撞擊承壓柱。從力學本質上來說，巖體工程施工是圍巖-結構-支護等多相耦合的問題，是應力場不斷調整變化的過程，每一次對巖體的擾動都會使應力進行重新分布，引起耦合場中復雜的力學機制演化，從這個意義上來說重錘每沖擊一次就會引起一次應力重分布，因此，在相似實驗過程中如何有效控制二次撞擊是一個具有重要意義的現(xiàn)實課題。
[0004]目前國內外在防止二次撞擊這方面的研究主要包括機械式、氣動式、電磁式、液壓式等。如電磁鐵自動捕捉，防止試樣被二次沖擊;半自動氣動夾緊裝置，下落高度計算機自動控制及重錘的升降等。現(xiàn)有的防二次撞擊裝置大都適用于小型沖擊實驗機，缺乏相似實驗系統(tǒng)中針對大型沖擊實驗防落錘二次撞擊的裝置。
[0005]由此可見，現(xiàn)有技術有進一步提高與拓展的空間。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明為避免上述現(xiàn)有技術的不足之處，提供了一種原理清晰、操作簡便的施加動態(tài)荷載的大型相似實驗系統(tǒng)中防止二次撞擊的裝置。
[0007]本發(fā)明所采用的技術方案為:
[0008]—種施加動態(tài)荷載的大型相似實驗系統(tǒng)中防止二次撞擊的裝置，其特征在于，包括實驗臺、重錘、導軌、承壓柱、搖桿系統(tǒng)等。實驗臺上表面放置兩根相互平行的導軌，重錘卡接在導軌上，沿導軌上下自由滑動。在實驗臺上兩導軌中間設置承壓柱。兩根導軌上分別安裝搖桿系統(tǒng)，主要包括傘帽、搖桿、銷軸、限位塊等。搖桿系統(tǒng)頂端帶有傘帽，搖桿系統(tǒng)通過搖桿中部的孔洞與銷軸固定在導軌上，搖桿系統(tǒng)底端與彈簧相連接，彈簧另一端通過導軌中凹槽部分與外壁連接。搖桿和銷軸上分別有一個限位塊且相互垂直，用以阻擋搖桿因底部彈簧的拉力而使其上部產(chǎn)生向兩導軌之間的位移。傘帽底面到承壓柱頂端面的垂直距離等于重錘上表面與下表面之間的垂直距離。
[0009]所述實驗過程中施加動態(tài)荷載的大小通過改變重錘的重量和重錘下落的高度來實現(xiàn)。
[0010]所述實驗臺上開設有用于固定導軌及承壓柱的孔槽。
[0011]所述導軌內部開設有安裝搖桿系統(tǒng)和彈簧的凹槽。
[0012]所述重錘的截面呈H型。
[0013]所述重錘、承壓柱的重心位于同一條直線上。
[0014]所述搖桿系統(tǒng)頂端的傘帽為圓錐形。
[0015]所述搖桿中點上開設有安裝銷軸的孔洞，孔洞尺寸與銷軸尺寸相適。
[0016]所述與搖桿系統(tǒng)底端相接的彈簧初始處于張緊狀態(tài)。
[0017]所述搖桿初始狀態(tài)剛好嵌入導軌的凹槽內，其最外面的邊沿和導軌的內壁平齊。
[0018]所述兩導軌之間距離適當，應滿足當搖桿下半段向兩導軌之間產(chǎn)生位移時，搖桿系統(tǒng)底端不會觸碰到承壓柱。
[0019]所述水平限位塊位于搖桿上，豎直限位塊位于銷軸上，相互垂直的限位塊的具體位置要適中，使得在兩個限位塊接觸時，搖桿系統(tǒng)剛好處于豎直位置。
[0020]本發(fā)明還提供了一種模擬頂板施加動態(tài)荷載的方法，該方法包括如下步驟:
[0021]步驟1:選取實驗臺；
[0022]步驟2:在實驗臺上放置兩根距離合適且相互平行的導軌，導軌中間放置承壓柱；
[0023]步驟3:選取2套搖桿系統(tǒng)，滿足系統(tǒng)頂端為帶圓錐形傘帽，系統(tǒng)通過搖桿中部的孔洞與銷軸固定在導軌上，系統(tǒng)底端與彈簧相接，彈簧另一端通過導軌中凹槽部分與外壁連接;水平限位塊安裝在搖桿上，豎直限位塊安裝在銷軸上，用于阻擋搖桿向兩導軌中間產(chǎn)生位移；
[0024]步驟4:選取一個H型截面的重錘，使重錘卡接在導軌上自由滑動；
[0025]步驟5:初始狀態(tài)下，重錘位置位于傘帽以上，在限位塊及張緊彈簧的作用下，搖桿剛好嵌入導軌的凹槽內，其最外面的邊沿和導軌的內壁平齊。緩慢釋放重錘，重錘下落過程中會觸碰傘帽，產(chǎn)生擠壓力，使傘帽及搖桿上半段進入導軌內，使得重錘順利下落，沖擊承壓柱。當重錘沖擊到承壓柱上的瞬間，重錘對傘帽的擠壓力消失，在張緊彈簧的作用下，搖桿系統(tǒng)恢復到初始狀態(tài)，傘帽底端面剛好與重錘上表面接觸，將重錘固定在承壓柱上，防止重錘從承壓柱上彈起，從而在大型相似實驗中解決落錘二次撞擊的問題。
[0026]所述步驟I中，實驗臺上開設有用于固定導軌及承壓柱的孔槽。
[0027]所述步驟2中，導軌內部開設有安裝搖桿系統(tǒng)和彈簧的凹槽。
[0028]所述步驟2中，兩導軌間距離合適，應滿足搖桿下半段向兩導軌之間產(chǎn)生位移時，搖桿系統(tǒng)底端不觸碰承壓柱。
[0029]所述步驟3中，傘帽底端面到承壓柱頂端面的垂直距離等于重錘頂端面與下端面之間的垂直距離;相互垂直的限位塊的具體位置要適中，使得在兩個限位塊接觸時，搖桿正好處于豎直位置。
[0030]所述步驟5中，重錘重心與承壓柱重心位于同一直線上。
[0031]采用上述技術方案，本發(fā)明取得的有益效果為:
[0032]1、本發(fā)明可以模擬大型隧道、深部巷道等工程頂板施加的動態(tài)荷載，解決了現(xiàn)有相似實驗系統(tǒng)中缺乏針對大型沖擊實驗防落錘二次撞擊的問題。
[0033]2、本發(fā)明為模擬大型相似實驗系統(tǒng)中頂板施加動態(tài)荷載，提出了一種原理清晰、結構簡單，操作可行，效果顯著的裝置。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明中裝置的結構示意圖。
[0035]圖2為本發(fā)明中搖桿系統(tǒng)裝配示意圖。
[0036]其中，
[0037]1、實驗臺2、導軌3、重錘4、承壓柱5、傘帽6、搖桿7、水平限位塊8、銷軸9、豎直限位塊10、彈簧11、巷道。
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖和具體的實施過程對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0039]如圖1、2所示，一種施加動態(tài)荷載的大型相似實驗系統(tǒng)中防止二次撞擊的裝置，包括實驗臺、導軌、重錘、承壓柱、搖桿系統(tǒng)等。實驗臺上表面放置兩根相互平行的導軌，兩導軌中間設置承壓柱。所述實驗臺上開設有用于固定導軌及承壓柱的孔槽，所述導軌上開設安裝搖桿系統(tǒng)和彈簧的凹槽。H型重錘卡接在導軌上，沿導軌上下自由滑動，所述重錘與承壓柱的重心位于同一直線上。兩根導軌上分別安裝搖桿系統(tǒng)，主要包括傘帽、搖桿