專利名稱：一種土拱效應(yīng)演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種土拱效應(yīng)演示儀。
背景技術(shù)：
土體(如砂土)是一種散粒材料。從理論上說，這種散粒材料需要一定的支撐才能穩(wěn)定，比如地下隧道的襯砌、基坑的支護(hù)。然而，在實(shí)踐中某些情況下，土體的部分或全部缺少支護(hù)時仍能保持穩(wěn)定，例如動物的洞穴。這是由于土拱效應(yīng)導(dǎo)致的。由于土拱效應(yīng)，作用于隧道襯砌的豎向土壓力往往小于上覆土層的自重應(yīng)力。土拱效應(yīng)也影響現(xiàn)場土體中土壓力的測量。土拱效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理實(shí)踐中土體各部分受支撐程度往往存在差異，受支撐程度強(qiáng)弱不同的土體之間存在相對滑動趨勢，它們之間將產(chǎn)生一定的摩擦力，以阻止受支撐程度較弱的那部分土體的滑動，這份附加的摩擦力最終傳遞到周邊受支撐程度較強(qiáng)的那部分土體上(即拱座)。上述的土體中相對變形和力的傳遞及重新分配現(xiàn)象稱為“拱形效應(yīng)”。土顆粒之間的這種作用可以通過具體土拱效應(yīng)的演示生動形象的顯示出來，再結(jié)合理論講解，增強(qiáng)了學(xué)生對這種散粒材料中相對變形和力的傳遞的理解及對實(shí)踐的認(rèn)知。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種土拱效應(yīng)演示儀，它可以直觀地演示土體中由于土顆粒之間的相互作用而產(chǎn)生的拱形效應(yīng)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括有機(jī)玻璃箱，黃色砂土，黑色砂土，彈性橡皮膜，半圓柱形橡膠氣袋，固定螺栓，前單向閥，放氣閥，充氣囊，后單向閥。在有機(jī)玻璃箱底部中心部位裝有半圓柱形橡膠氣袋，在半圓柱形橡膠氣袋的外側(cè)裝有彈性橡皮膜，兩者用螺栓固定在有機(jī)玻璃箱的底部；有機(jī)玻璃箱內(nèi)從下至上依次相間填裝黃色砂土和黑色砂土；半圓柱形橡膠氣袋用管子與有機(jī)玻璃箱外的充氣囊相連；充氣囊管子上接有放氣閥和前單向閥，充氣囊上還接有后單向閥。
本發(fā)明具有的有益效果是通過送氣和放氣的簡單操作可非常直觀地觀察到土體中的土拱現(xiàn)象，通過這一現(xiàn)象，可以較為形象的理解土體中土顆粒間的相互作用。


附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖；附圖中1、有機(jī)玻璃箱，2、黃色砂土，3、黑色砂土，4、彈性橡皮膜，5、半圓柱形橡膠氣袋，6、螺栓，7、前單向閥，8、放氣閥，9、充氣囊，10、后單向閥。
具體實(shí)施例方式
如附圖所示，本發(fā)明包括有機(jī)玻璃箱1，黃色砂土2，黑色砂土3，彈性橡皮膜4，半圓柱形橡膠氣袋5，固定螺栓6，前單向閥7，放氣閥8，充氣囊9，后單向閥10。在有機(jī)玻璃箱1底部中心部位裝有半圓柱形橡膠氣袋5，在半圓柱形橡膠氣袋5的外側(cè)裝有彈性橡皮膜4，兩者用螺栓6固定在有機(jī)玻璃箱1的底部；有機(jī)玻璃箱1內(nèi)從下至上依次相間填裝黃色砂土2和黑色砂土3；半圓柱形橡膠氣袋5用管子與有機(jī)玻璃箱1外的充氣囊9相連；充氣囊9管子上接有放氣閥8和前單向閥7，充氣囊9上還接有后單向閥10。
本發(fā)明由方形的有機(jī)玻璃箱1和可充氣的半圓柱形橡膠氣袋5及彈性橡皮膜4組成。為了防止由于有機(jī)玻璃箱1被土顆粒劃傷而導(dǎo)致透明度不夠影響觀察，在有機(jī)玻璃箱1的內(nèi)壁貼一層玻璃紙。彈性橡皮膜4放置于半圓柱形橡膠氣袋5上面，兩者通過螺栓6被固定在有機(jī)玻璃箱1的底部。
演示時，用手?jǐn)D壓充氣囊9，半圓柱形橡膠氣袋5充氣膨脹。有機(jī)玻璃箱1中裝入待試驗(yàn)的土體。土體由黃色砂土2和黑色砂土3兩種顏色的土分層相間排列(其目的是使二層不同顏色的土以示區(qū)別，也可用其它顏色)。然后打開放氣閥8放氣，半圓柱形橡膠氣袋5在彈性橡皮膜4的作用下被壓向有機(jī)玻璃箱1底板。土體由于失去支撐產(chǎn)生變形，最終每層土樣成一拱形而穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種土拱效應(yīng)演示儀，其特征在于包括有機(jī)玻璃箱(1)，黃色砂土(2)，黑色砂土(3)，彈性橡皮膜(4)，半圓柱形橡膠氣袋(5)，固定螺栓(6)，前單向閥(7)，放氣閥(8)，充氣囊(9)，后單向閥(10)；在有機(jī)玻璃箱(1)底部中心部位裝有半圓柱形橡膠氣袋(5)，在半圓柱形橡膠氣袋(5)的外側(cè)裝有彈性橡皮膜(4)，兩者用螺栓(6)固定在有機(jī)玻璃箱(1)的底部；有機(jī)玻璃箱(1)內(nèi)從下至上依次相間填裝黃色砂土(2)和黑色砂土(3)；半圓柱形橡膠氣袋(5)用管子與有機(jī)玻璃箱(1)外的充氣囊(9)相連；充氣囊(9)管子上接有放氣閥(8)和前單向閥(7)，充氣囊(9)上還接有后單向閥(10)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種土拱效應(yīng)演示儀。在有機(jī)玻璃箱底部中心部位裝有半圓柱形橡膠氣袋，在半圓柱形橡膠氣袋的外側(cè)裝有彈性橡皮膜，兩者用螺栓固定在有機(jī)玻璃箱的底部；有機(jī)玻璃箱內(nèi)從下至上依次相間填裝黃色砂土和黑色砂土；半圓柱形橡膠氣袋用管子與有機(jī)玻璃箱外的充氣囊相連；充氣囊管子上接有放氣閥和前單向閥，充氣囊上還接有后單向閥。通過送氣和放氣的簡單操作可非常直觀地觀察到土體中的土拱現(xiàn)象，通過這一現(xiàn)象，可以較為形象的理解土體中土顆粒間的相互作用。
文檔編號G09B25/00GK1975807SQ20061015520
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日
發(fā)明者詹良通, 王順玉, 陳云敏 申請人:浙江大學(xué)