一种演示沙土液化模拟装置

摘要

本发明公开了一种演示沙土液化模拟装置,旨在提供一种结构简单、可模拟不同等级地震发生时沙土液化的模拟装置，进而宣传沙土液化的危害及应急避灾常识，提高人们防灾减灾的意识。其技术要点是，本模拟装置包括：建筑物（12）位于装有沙水混合物（14）的沙盒（13）上，沙盒（13）下面安装晃动装置，其中晃动装置包括：步进电机（1）、偏心轴组件（2）、摆杆组件（4）、导向组件（5）、滑动组件（10）、电路组合元件装置（11）。所述电路组合元件装置（11）由直流电源、触摸屏单片机、步进驱动器组成。

权利要求

1.一种演示沙土液化模拟装置，建筑物（12）位于装有沙水混合物（14）的沙

盒（13）上，沙盒（13）下面安装晃动装置，其特征在于所述晃动装置包括：步进电机（1）、偏心轴组件（2）、摆杆组件（4）、导向组件（5）、滑动组件（10）、电路组合元件装置（11），其中：所述步进电机（1）安装在晃动装置的底板（8）上，步进轮安装在步进电机(1)的输出轴上，所述步进轮与步进电机通过步进传动带连接；

所述偏心轴组件（2）包括偏心轴、步进轮、偏心套（3），偏心轴同心输出轴端通过步进传动带与步进轮连接；偏心轴的偏心输出轴端安装轴承，并与偏心套（3）配合安装，所述偏心套（3）固定在中板(7)上，用于将传动带输入到偏心轴的动力依次传递到偏心套（3）、中板（7）；

所述摆杆组件（4）由铰链、摆杆、连杆、弹簧、连杆座组成，铰链与顶板(6)固定，摆杆一端与所述铰链通过铰销配，另一端与带有弹簧的连杆销配，所述带有弹簧的连杆固定在连杆座上，连杆座固定在底板(8)上，用于实现顶板随摆杆移动；

所述导向组件（5）由导向轴、导向座、导向套组成，导向套安装在中板（7）上，导向轴一端固定在导向座，另一端在导向套内滑动，实现顶板（6）、中板（7）的上下移动；

所述滑动组件（10）由直线导轨座、直线导轨、轴承滑块组成，直线导轨固定在导轨座上，所述导轨座安装在底板(8)上；与直线导轨相对位置的中板（7）面上固定安装轴承滑块，用于实现中板（7）和底板（8）的左右移动；

所述电路组合元件装置（11）由直流电源、触摸屏单片机、步进驱动器组成。

说明书

一种演示沙土液化模拟装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种演示沙土液化模拟装置。

背景技术

[0002] 地震可引发多种灾害：地震火灾、山体滑坡、沙土液化、有害物质泄漏和污染、瘟疫等。在强烈地震作用下，处于地下水位以下的砂土，其性质可能发生明显的变化，致使它的表现具有类似液体的特证，这种现象人们称之为砂土液化灾害现象。砂土液化灾害直接影响我国城镇建设的迅速发展,是我们进行地震安全性评价、抗震设防、震害预测等工作的一个重要的环节。从唐山地震，大阪地震，台湾花莲地震，土耳其地震等近几十年来所发生的灾害性地震来看，砂土液化给人类带来极为广泛的灾害：

[0003] 一、砂土液化的宏观现象:

[0004] 1、 喷砂冒水，这是砂土液化最明显的宏观标志，它和受压的液体一样，液化砂土在上部土层的压力下，会从覆盖薄弱的地方冒出地面，喷砂冒水严重的地方，大片农田和庄稼被淹埋，渠道，水井被淤。

[0005] 2、岸堤滑塌，河遭和公路，铁路的边沟覆盖层比较薄弱，这里的砂层更易发生液化，由于有临空面存在，往往造成河崇，堤坎，路床产生沉陷，裂缝和滑塌，并使桥梁或其它设施产生严重破坏。

[0006] 3、地面开裂下沉，液化的砂土往往从地裂缝喷到地面上来，另一方面，砂土液化也往往会加剧地面开裂，并且液化的砂层在重新沉积之加剧上部结构破坏。

[0007] 二、砂土液化的地质背景

[0008] 砂土液化发生在地下，是和一定的地质条件紧密联系在一起的，在一定的地震作用和地质背景下，能否发生液化,规模大小，震害轻重，都和土的类型，状态有密切关系。大量事例证明，喷砂冒水严重的地区，地下水位一般都比较浅，很少超过3米。根据有关资料，地下水位深度为3一4米时，喷砂冒水现象就很少了，地下水位超过5米时，未见到喷砂冒水事例。所以，似乎不妨把液化最大的地下水位深度定为5米。当然在同样条件下，饱和，松散，洁净，均匀的粉细砂最容易液化。

[0009] 在考虑砂土液化问题时，先要明确烈度，然后根据场地的勘察资料，明确在可能发生液化的深度范围内是否存在可液化的土型(由粗沙到轻亚粘土)。如果存在这种土型，就要根据试验资料检查这种土的分类指标是否在上述限界值范围之内，最后还要研究这层土和地下水的埋藏条件，如果土层和地下水位的埋深都在上述的范围之内，这就意味着给定的场地存在砂土液化问题。只要公众掌握一定的防灾抗灾救灾知识，对于挽救生命和减轻财产损失都有积极的意义。但目前还没有一种专用于演示模拟沙土液化的装置。

发明内容

[0010] 本发明的目的是提供一种演示沙土液化模拟装置，通过演示不同等级地震作用下引发砂土液化导致建筑物下陷、倾倒灾害现象，使人们了解沙土液、化灾害发生时地表建筑物下陷、倾倒的灾害现象，进而提高人们防灾减灾的意识。

[0011] 本发明采用下述技术方案：一种演示沙土液化模拟装置，建筑物位于装有沙水混合物的沙盒上，沙盒下面安装晃动装置，所述晃动装置包括：步进电机、偏心轴组件、摆杆组件、导向组件、滑动组件、电路组合元件装置，其中：

[0012] 步进电机安装在晃动装置的底板上，步进轮安装在步进电机的输出轴上，步进轮与步进电机通过步进传动带连接；

[0013] 偏心轴组件包括偏心轴、步进轮、偏心套，偏心轴同心输出轴端通过步进传动带与步进轮连接；偏心轴的偏心输出轴端安装轴承，并与偏心套配合安装，所述偏心套固定在中板上，用于将传动带输入到偏心轴的动力依次传递到偏心套、中板；

[0014] 摆杆组件由铰链、摆杆、连杆、弹簧、连杆座组成，铰链与顶板固定，摆杆一端与铰链通过铰销配，另一端与带有弹簧的连杆销配，所述带有弹簧的连杆固定在连杆座上，连杆座固定在底板上，用于实现顶板随摆杆移动；

[0015] 导向组件由导向轴、导向座、导向套组成，导向套安装在中板上，导向轴一端固定在导向座，另一端在导向套内滑动，实现顶板、中板的上下移动；

[0016] 滑动组件由直线导轨座、直线导轨、轴承滑块组成，直线导轨固定在导轨座上，所述导轨座安装在底板上；在与直线导轨相对位置的中板面上固定安装轴承滑块，用于实现中板和底板的左右移动；

[0017] 所述电路组合元件装置由直流电源、触摸屏单片机、步进驱动器组成。

[0018] 采用上述技术方案，直流电源向步进驱动器、触摸屏单片机供电，步进驱动器向步进电机供电及传输脉冲信号。触摸屏单片机可以设定不同频率的脉冲信号，对电感式传感器和步进电机发出脉冲指令，完成不同频率下的运动状态。

[0019] 综上所述，本发明的有益效果是：由于通过电路组合元件输出不同频率脉冲信号通过步进电机驱动偏心轴偏心套机构和摆杆组件，实现机构左右、上下复合运动，再由电感式传感器接收脉冲信号完成机构往复运动，形成一定可控频率振动，从而模拟不同等级地震时地面物下陷倾倒发生全过程。宣传沙土液化的危害及应急避灾常识，提高人们防灾减灾的意识。

附图说明

[0020] 图1是本发明的结构示意图；

[0021] 图2是晃动装置的示意图。

[0022] 图中， 1、步进电机，2、偏心轴组件，3、偏心套，4、摆杆组件，5、导向组件，6、顶板，7、中板，8、底板，9、电感式传感器，10、滑动组件，11、电路组合元件装置，12 建筑物，13 沙盒，14 沙水混合物。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图，对本发明做进一步的说明：

[0024] 通过电路组合元件装置11中的触摸屏设置驱动频率，向步进电机1和电感式传感器9发出脉冲信号指令，步进电机1接收到脉冲信号按照设置的频率驱动偏心轴组件2，偏心轴再驱动偏心套3带动中板7，顶板6相对与底板8沿着滑动组件10左右移动，在移动的过程中摆杆相对与顶板6形成一定角度的左右摆动，由于导向组件5的作用，驱使顶板6不能相对与中板7左右移动，只能相对于中板7上下移动，进而实现了顶板6相对底板8左右移动和上下移动；此时固定在顶板6上的建筑物12也随之振动，随着沙盒13内的水沙混合物14就会发生分离，建筑物12也会随着沙的沉淀而下陷倾倒；为保证机构连续有效地往复运动，在底板8上装有电感式传感器9，正常工作状态下每次往复运动都被电感式传感器9检测到，当机构失效或异常时，利用单片机中断设定循回检测；若在预定的时间内检测不到机构运动到预定位置，系统判定为故障或停机，反之正常运转。该装置可以设定不同频率模拟不同等级下地震时地表物质下陷倾倒现象及发生过程。