边坡落石冲击拦截试验装置的制作方法

1.本技术涉及试验技术领域，具体而言，涉及一种边坡落石冲击拦截试验装置。


背景技术：

2.崩塌落石是我国西南山区常见的地质灾害，由于高能、突发、随机的特点，对坡下建筑物及人民生命财产安全造成了巨大威胁。在被动防治结构中落石冲击力是控制因素，所以对落石冲击力的研究在危岩崩塌研究中有着要的意义。现有的落石冲击试验系统，通过升降设备升降落锤进行重力下落撞击土垫层材料，通过测速仪和力采集对数据进行收集，从而研究了落石高度、重量及缓冲层厚度对冲击力的影响。
3.然而，实际的边坡存在一定的坡角，落石在滚落过程中并不是垂直下落，落石在滚落过程中，由于边坡地表植被，岩土地形的共同影响，会被吸收大量的动力冲击势能。且边坡存在的坡角，导致落石的冲击方向实际是坡面速度和重力下落速度共同作用的抛物线。现有的落石冲击试验系统很难具体对此进行模拟研究。


技术实现要素：

4.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种边坡落石冲击拦截试验装置，吸收边坡方向的落石冲击力，平展下滑将冲击力转化为水平的冲击力和向下的冲击力，并通过气缸压力变化测算局部向下冲击力的大小；测量局部水平冲击力的大小，并通过冲击吸收组件300的展开夹角计算局部总冲击力大小。
5.本技术是这样实现的：本技术提供了一种边坡落石冲击拦截试验装置包括分段吸收组件和冲击吸收组件。
6.所述分段吸收组件包括推力架、浮子套、分段架、第一压缩缸和第一压力变送器，所述浮子套均匀设置于所述推力架上，所述分段架滑动贯穿于所述浮子套内，所述第一压缩缸缸身均匀设置于所述推力架上，所述第一压缩缸活塞杆一端设置于所述分段架上，所述第一压力变送器连通设置于所述第一压缩缸上，所述冲击吸收组件包括下移轨架、滑移架、冲击架、冲击拦网、连接架、第二压缩缸和第二压力变送器，所述下移轨架均匀设置于所述分段架上，所述滑移架滑动贯穿于所述下移轨架之间，所述冲击架一端转动连接于所述分段架上，所述冲击拦网设置于所述冲击架上，所述连接架一端转动连接于所述冲击架另一端，所述连接架另一端转动连接于所述滑移架上，所述第二压缩缸缸身均匀设置于所述推力架上，所述第二压缩缸活塞杆一端设置于所述滑移架上，所述第二压力变送器连通设置于所述第二压缩缸上。
7.在本技术的一种实施例中，所述推力架上均匀设置有定位板，所述第一压缩缸缸身设置于所述定位板上。
8.在本技术的一种实施例中，所述分段架周侧均匀设置有浮脚，所述浮脚滑动贯穿于所述浮子套内，所述第一压缩缸活塞杆一端固定于所述浮脚上，所述浮脚朝向所述定位
板。
9.在本技术的一种实施例中，所述冲击架上设置有网架，所述冲击拦网固定于所述网架上。
10.在本技术的一种实施例中，所述滑移架周侧转动设置有滑移辊轴，所述滑移辊轴滑动贯穿于所述下移轨架之间。
11.在本技术的一种实施例中，所述第二压缩缸缸身设置有安装座，所述安装座固定于所述推力架上。
12.在本技术的一种实施例中，所述第二压缩缸活塞杆一端设置有拉座，所述拉座固定于所述滑移架上。
13.在本技术的一种实施例中，所述分段架上均匀设置有第一转座，所述冲击架一端转动连接于所述第一转座上。
14.在本技术的一种实施例中，所述连接架上设置有第二转座，所述冲击架另一端转动连接于所述第二转座上。
15.在本技术的一种实施例中，所述滑移架上设置有第三转座，所述连接架另一端转动连接于所述第三转座上。
16.在本技术的一种实施例中，所述的一种边坡落石冲击拦截试验装置还包括基础卸料组件和平移吸收组件。
17.所述基础卸料组件包括基桩、桩柱、平移轨架、卸料架和限位滑杆，所述基桩设置于所述推力架外，所述桩柱搭接于所述基桩上，所述平移轨架一端设置于所述桩柱下端内，所述推力架滑动于所述平移轨架表面，所述卸料架设置于所述平移轨架一端，所述限位滑杆均匀设置于所述推力架周侧，所述限位滑杆滑动贯穿于所述桩柱周侧，所述平移吸收组件包括挡背架、减震器、第三压力变送器和测距传感器，所述挡背架设置于桩柱之间，所述减震器固定端均匀设置于所述挡背架上，所述减震器活塞杆一端设置于所述推力架上，所述第三压力变送器连通设置于所述减震器上，所述测距传感器均匀设置于所述挡背架上，所述测距传感器朝向所述推力架。
18.在本技术的一种实施例中，所述推力架上设置有滑轮座，所述滑轮座滑动于所述平移轨架表面，所述平移轨架上设置有定距板，所述卸料架上设置有卸料板。
19.在本技术的一种实施例中，所述挡背架上均匀设置有定向板，所述减震器固定端固定于所述定向板上，所述推力架上设置有顶板，所述减震器活塞杆一端固定于所述顶板上。
20.在本技术的一种实施例中，所述推力架周侧设置有第一限位套，所述桩柱周侧设置有第二限位套，所述限位滑杆分别滑动贯穿于所述第一限位套内和所述第二限位套内。
21.在本技术的一种实施例中，所述挡背架上设置有搭架，所述测距传感器均匀设置于所述搭架上，所述测距传感器朝向所述顶板。
22.本技术的有益效果是：本技术通过上述设计得到的一种边坡落石冲击拦截试验装置，使用时，通过架子在实验场地搭建不同坡角和坡型的斜坡滑道，斜坡滑道铺设岩土和阻尼缠带，模拟自然边坡地表植被和岩土地形。在斜坡滑道顶部平台放置不同重量的滚落石块，将试验装置置于斜坡滑道出口处。放下滚落石块模拟自然边坡落石，在铺设岩土和阻尼缠带的作用下，滚落石块会失去一部分下落势能，滚落石块在斜坡滑道出口受滚落速度和
重力下降速度的影响，运动轨迹成抛物线撞击冲击拦网。
23.传统的力采集系统很难针对这种抛物线轨迹下的落石冲击力进行统计，通过力的分解将一个力化作等效的两个分力。冲击架首先受到落石的冲击影响，从而带动连接架转动展开下压，从而带动滑移架在下移轨架之间滑移下落，从而带动第二压力变送器活塞杆下拉，通过第二压力变送器检测第二压缩缸内气腔压强的变化，从而得出落石竖直向下冲击力的大小。冲击架受到落石的冲击影响，将水平方向的冲击力传递给分段架，分段架通过浮脚滑动贯穿挤压推力架，通过第一压力变送器检测第一压缩缸内气腔压强的变化，从而得出落石水平方向冲击力的大小。
24.冲击架卸去落石冲击力的过程中，当第一压缩缸和第二压缩缸内的气腔膨胀力与落石冲击力分力平衡时，冲击架与连接架转动形成一定夹角，此时冲击架的面法向为落石飞出斜坡滑道的冲击方向，通过夹角、水平分力和竖直分力计算出实际落石边坡滚落的冲击力。实现边坡落石滚落冲击的模拟，精确分析各种坡角、地表植被和岩土地形下落石的滚落冲击轨迹和大小，方便实际边坡拦网防护面积和防护强度的选择，填补边坡斜面滚轮冲击的模拟研究。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术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技术的某些实施例，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。
26.图1是本技术实施方式提供的边坡落石冲击拦截试验装置立体结构示意图；图2为本技术实施方式提供的分段吸收组件立体结构示意图；图3为本技术实施方式提供的分段吸收组件立体结构示意图；图4为本技术实施方式提供的冲击吸收组件立体结构示意图；图5为本技术实施方式提供的基础卸料组件立体结构示意图；图6为本技术实施方式提供的平移吸收组件立体结构示意图。
27.图中：100-分段吸收组件；110-推力架；111-定位板；112-滑轮座；113-顶板；114-第一限位套；120-浮子套；130-分段架；131-浮脚；132-第一转座；140-第一压缩缸；150-第一压力变送器；300-冲击吸收组件；310-下移轨架；320-滑移架；321-滑移辊轴；322-第三转座；330-冲击架；331-网架；340-冲击拦网；350-连接架；351-第二转座；360-第二压缩缸；361-安装座；362-拉座；370-第二压力变送器；500-基础卸料组件；510-基桩；520-桩柱；521-第二限位套；530-平移轨架；531-定距板；540-卸料架；541-卸料板；550-限位滑杆；700-平移吸收组件；710-挡背架；711-定向板；712-搭架；720-减震器；730-第三压力变送器；740-测距传感器。
具体实施方式
28.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
29.为使本技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术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
施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，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，都属于本技术保护的范围。
实施例
30.如图1-图6所示，根据本技术实施例的边坡落石冲击拦截试验装置包括分段吸收组件100、冲击吸收组件300、基础卸料组件500和平移吸收组件700。冲击吸收组件300安装在分段吸收组件100上，分段吸收组件100安装在基础卸料组件500上，平移吸收组件700安装在基础卸料组件500上。冲击吸收组件300吸收边坡方向的落石冲击力，平展下滑将冲击力转化为水平的冲击力和向下的冲击力，并通过气缸压力变化测算局部向下冲击力的大小；分段吸收组件100配合冲击吸收组件300，测量局部水平冲击力的大小，并通过冲击吸收组件300的展开夹角计算局部总冲击力大小；基础卸料组件500配合平移吸收组件700，整体拦截边坡落石，并测量落石对拦网装置整体的水平剪切冲击力。
31.如图2-图6所示，实际的边坡存在一定的坡角，落石在滚落过程中并不是垂直下落，落石在滚落过程中，由于边坡地表植被，岩土地形的共同影响，会被吸收大量的动力冲击势能。且边坡存在的坡角，导致落石的冲击方向实际是坡面速度和重力下落速度共同作用的抛物线。现有的落石冲击试验系统很难具体对此进行模拟研究。
32.分段吸收组件100包括推力架110、浮子套120、分段架130、第一压缩缸140和第一压力变送器150。浮子套120均匀设置于推力架110上，浮子套120与推力架110栓接。分段架130滑动贯穿于浮子套120内，分段架130周侧均匀设置有浮脚131，浮脚131与分段架130焊接。浮脚131滑动贯穿于浮子套120内，对分段架130进行滑动限位。第一压缩缸140缸身均匀设置于推力架110上，推力架110上均匀设置有定位板111，定位板111与推力架110焊接。第一压缩缸140缸身设置于定位板111上，第一压缩缸140与定位板111栓接。第一压缩缸140活塞杆一端设置于分段架130上，第一压缩缸140活塞杆一端固定于浮脚131上，第一压缩缸140与浮脚131栓接。浮脚131朝向定位板111。第一压力变送器150连通设置于第一压缩缸140上，第一压力变送器150与第一压缩缸140螺接。
33.冲击吸收组件300包括下移轨架310、滑移架320、冲击架330、冲击拦网340、连接架350、第二压缩缸360和第二压力变送器370。下移轨架310均匀设置于分段架130上，下移轨架310与分段架130焊接。滑移架320滑动贯穿于下移轨架310之间，滑移架320周侧转动设置有滑移辊轴321，滑移辊轴321与滑移架320轴承连接。滑移辊轴321滑动贯穿于下移轨架310之间。冲击架330一端转动连接于分段架130上，分段架130上均匀设置有第一转座132，第一转座132与分段架130焊接。冲击架330一端转动连接于第一转座132上，冲击架330与第一转座132销轴连接。冲击拦网340设置于冲击架330上，冲击架330上设置有网架331，网架331与冲击架330栓接。冲击拦网340固定于网架331上，冲击拦网340与网架331焊接。
34.其中，连接架350一端转动连接于冲击架330另一端，连接架350上设置有第二转座351，第二转座351与连接架350栓接，冲击架330另一端转动连接于第二转座351上，冲击架330与第二转座351销轴连接。连接架350另一端转动连接于滑移架320上，滑移架320上设置有第三转座322，第三转座322与滑移架320栓接，连接架350另一端转动连接于第三转座322上，连接架350与第三转座322销轴连接。第二压缩缸360缸身均匀设置于推力架110上，第二
压缩缸360缸身设置有安装座361，安装座361固定于推力架110上，安装座361分别与第二压缩缸360和推力架110栓接。第二压缩缸360活塞杆一端设置于滑移架320上，第二压缩缸360活塞杆一端设置有拉座362，拉座362与第二压缩缸360螺接。拉座362固定于滑移架320上，拉座362与滑移架320焊接。
35.其中，第二压力变送器370连通设置于第二压缩缸360上，第二压力变送器370与第二压缩缸360螺接。
36.通过架子在实验场地搭建不同坡角和坡型的斜坡滑道，斜坡滑道铺设岩土和阻尼缠带，模拟自然边坡地表植被和岩土地形。在斜坡滑道顶部平台放置不同重量的滚落石块，将试验装置置于斜坡滑道出口处。放下滚落石块模拟自然边坡落石，在铺设岩土和阻尼缠带的作用下，滚落石块会失去一部分下落势能，滚落石块在斜坡滑道出口受滚落速度和重力下降速度的影响，运动轨迹成抛物线撞击冲击拦网340。
37.传统的力采集系统很难针对这种抛物线轨迹下的落石冲击力进行统计，通过力的分解将一个力化作等效的两个分力。冲击架330首先受到落石的冲击影响，从而带动连接架350转动展开下压，从而带动滑移架320在下移轨架310之间滑移下落，从而带动第二压力变送器370活塞杆下拉，通过第二压力变送器370检测第二压缩缸360内气腔压强的变化，从而得出落石竖直向下冲击力的大小。冲击架330受到落石的冲击影响，将水平方向的冲击力传递给分段架130，分段架130通过浮脚131滑动贯穿挤压推力架110，通过第一压力变送器150检测第一压缩缸140内气腔压强的变化，从而得出落石水平方向冲击力的大小。
38.冲击架330卸去落石冲击力的过程中，当第一压缩缸140和第二压缩缸360内的气腔膨胀力与落石冲击力分力平衡时，冲击架330与连接架350转动形成一定夹角，此时冲击架330的面法向为落石飞出斜坡滑道的冲击方向，通过夹角、水平分力和竖直分力计算出实际落石边坡滚落的冲击力。实现边坡落石滚落冲击的模拟，精确分析各种坡角、地表植被和岩土地形下落石的滚落冲击轨迹和大小，方便实际边坡拦网防护面积和防护强度的选择，填补边坡斜面滚轮冲击的模拟研究。
39.基础卸料组件500包括基桩510、桩柱520、平移轨架530、卸料架540和限位滑杆550，基桩510设置于推力架110外，基桩510为混凝土。桩柱520搭接于基桩510上，桩柱520与基桩510栓接。平移轨架530一端设置于桩柱520下端内，平移轨架530与桩柱520栓接。推力架110滑动于平移轨架530表面，推力架110上设置有滑轮座112，推力架110与滑轮座112栓接。滑轮座112滑动于平移轨架530表面，具体的滑轮座112内转动设置有滑轮，滑轮滑动于平移轨架530表面。平移轨架530上设置有定距板531，定距板531与平移轨架530栓接。卸料架540设置于平移轨架530一端，卸料架540与平移轨架530焊接。卸料架540上设置有卸料板541，卸料板541与卸料架540的焊接，方便落石的滑移。限位滑杆550均匀设置于推力架110周侧。
40.其中，限位滑杆550滑动贯穿于桩柱520周侧，推力架110周侧设置有第一限位套114，第一限位套114与推力架110栓接。桩柱520周侧设置有第二限位套521，第二限位套521与桩柱520栓接。限位滑杆550分别滑动贯穿于第一限位套114内和第二限位套521内。
41.平移吸收组件700包括挡背架710、减震器720、第三压力变送器730和测距传感器740。挡背架710设置于桩柱520之间，挡背架710与桩柱520焊接。减震器720固定端均匀设置于挡背架710上，挡背架710上均匀设置有定向板711，定向板711与挡背架710焊接。减震器
720固定端固定于定向板711上，减震器720与定向板711栓接。减震器720活塞杆一端设置于推力架110上，推力架110上设置有顶板113，顶板113与推力架110焊接。减震器720活塞杆一端固定于顶板113上，减震器720与顶板113栓接。第三压力变送器730连通设置于减震器720上，测距传感器740均匀设置于挡背架710上，挡背架710上设置有搭架712，搭架712与挡背架710焊接。测距传感器740均匀设置于搭架712上，测距传感器740与搭架712螺接。
42.其中，测距传感器740朝向推力架110，测距传感器740朝向所述顶板113。
43.现有的落石冲击试验系统只能对单个冲击点分别进行力采集，然而现实边坡落石很有可能是落石群同时滚落，多个点对拦截装置进行冲击，主要体现在拦截装置所受的横向剪切力上。通过基桩510的混凝土埋地对装置进行基础加固，锁死第一压缩缸140活塞杆活动，松开推力架110和平移轨架530之间的滑动限制，用减震器720代替第一压缩缸140吸收落石的的水平冲击力。落石群整体撞击冲击拦网340，冲击拦网340将同时段的落石水平冲击力传递给推力架110，通过滑轮座112在平移轨架530上的滑动，限位滑杆550在第一限位套114内和第二限位套521内的限位滑动，推力架110整体朝向挡背架710移动，通过减震器720吸收同时段落石群的水平冲击力，通过第三压力变送器730检测减震器720内气腔压强的变化，从而得出同时段落石群水平方向冲击力的大小。通过测距传感器740测量推力架110的滑移距离，通过减震器的形变量和弹性系数，佐证同时段落石群水平方向冲击力的大小。实现落石群冲击下拦截装置横向剪切力的分析研究，方便不同边坡下被动拦截网面强度的选择，被动拦截支杆的加固和被动拦截网锚杆锚绳的支护。
44.边坡落石的冲击实验具备一定的风险，需要考虑落石冲击状态下落石的泄能和回收，以防止落石飞溅造成的安全风险。滑移架320、冲击架330和连接架350组成的转动泄能结构，能够第一时间提供一定的转动变形，通过压缩气缸吸收落石的冲击力，同时冲击架330的倾斜结构，使落石泄能后能够方便的滑落，同时这种倾斜结构也符合落石边坡滑落冲击的方向。冲击碰撞结束后的落石掉落到卸料板541上，桩柱520和挡背架710组成的桥架，通过桥架下面的空间对这些落石进行暂存。相比传统的落石冲击试验系统中落锤的脱钩撞击，装置安全稳定性更高，更符合边坡落石的实际模拟，为边坡落石防护提供了科学的依据。
45.具体的，该边坡落石冲击拦截试验装置的工作原理：通过架子在实验场地搭建不同坡角和坡型的斜坡滑道，斜坡滑道铺设岩土和阻尼缠带，模拟自然边坡地表植被和岩土地形。在斜坡滑道顶部平台放置不同重量的滚落石块，将试验装置置于斜坡滑道出口处。放下滚落石块模拟自然边坡落石，在铺设岩土和阻尼缠带的作用下，滚落石块会失去一部分下落势能，滚落石块在斜坡滑道出口受滚落速度和重力下降速度的影响，运动轨迹成抛物线撞击冲击拦网340。
46.传统的力采集系统很难针对这种抛物线轨迹下的落石冲击力进行统计，通过力的分解将一个力化作等效的两个分力。冲击架330首先受到落石的冲击影响，从而带动连接架350转动展开下压，从而带动滑移架320在下移轨架310之间滑移下落，从而带动第二压力变送器370活塞杆下拉，通过第二压力变送器370检测第二压缩缸360内气腔压强的变化，从而得出落石竖直向下冲击力的大小。冲击架330受到落石的冲击影响，将水平方向的冲击力传递给分段架130，分段架130通过浮脚131滑动贯穿挤压推力架110，通过第一压力变送器150检测第一压缩缸140内气腔压强的变化，从而得出落石水平方向冲击力的大小。
47.冲击架330卸去落石冲击力的过程中，当第一压缩缸140和第二压缩缸360内的气腔膨胀力与落石冲击力分力平衡时，冲击架330与连接架350转动形成一定夹角，此时冲击架330的面法向为落石飞出斜坡滑道的冲击方向，通过夹角、水平分力和竖直分力计算出实际落石边坡滚落的冲击力。实现边坡落石滚落冲击的模拟，精确分析各种坡角、地表植被和岩土地形下落石的滚落冲击轨迹和大小，方便实际边坡拦网防护面积和防护强度的选择，填补边坡斜面滚轮冲击的模拟研究。
48.进一步，现有的落石冲击试验系统只能对单个冲击点分别进行力采集，然而现实边坡落石很有可能是落石群同时滚落，多个点对拦截装置进行冲击，主要体现在拦截装置所受的横向剪切力上。通过基桩510的混凝土埋地对装置进行基础加固，锁死第一压缩缸140活塞杆活动，松开推力架110和平移轨架530之间的滑动限制，用减震器720代替第一压缩缸140吸收落石的的水平冲击力。落石群整体撞击冲击拦网340，冲击拦网340将同时段的落石水平冲击力传递给推力架110，通过滑轮座112在平移轨架530上的滑动，限位滑杆550在第一限位套114内和第二限位套521内的限位滑动，推力架110整体朝向挡背架710移动，通过减震器720吸收同时段落石群的水平冲击力，通过第三压力变送器730检测减震器720内气腔压强的变化，从而得出同时段落石群水平方向冲击力的大小。通过测距传感器740测量推力架110的滑移距离，通过减震器的形变量和弹性系数，佐证同时段落石群水平方向冲击力的大小。实现落石群冲击下拦截装置横向剪切力的分析研究，方便不同边坡下被动拦截网面强度的选择，被动拦截支杆的加固和被动拦截网锚杆锚绳的支护。
49.另外，边坡落石的冲击实验具备一定的风险，需要考虑落石冲击状态下落石的泄能和回收，以防止落石飞溅造成的安全风险。滑移架320、冲击架330和连接架350组成的转动泄能结构，能够第一时间提供一定的转动变形，通过压缩气缸吸收落石的冲击力，同时冲击架330的倾斜结构，使落石泄能后能够方便的滑落，同时这种倾斜结构也符合落石边坡滑落冲击的方向。冲击碰撞结束后的落石掉落到卸料板541上，桩柱520和挡背架710组成的桥架，通过桥架下面的空间对这些落石进行暂存。相比传统的落石冲击试验系统中落锤的脱钩撞击，装置安全稳定性更高，更符合边坡落石的实际模拟，为边坡落石防护提供了科学的依据。
50.需要说明的是，第一压力变送器150、第二压力变送器370、第三压力变送器730和测距传感器740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。
51.第一压力变送器150、第二压力变送器370、第三压力变送器730和测距传感器740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。
52.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。