用于尾矿库振动失稳分析的模拟试验装置

777 编辑：中冶有色技术网来源：北京科技大学

2023-12-26 10:53:56

权利要求书： 1.一种用于尾矿库振动失稳分析的模拟试验装置，其特征在于，包括电机、电机固定支架、传动连杆、连杆固定支架、模型箱以及滚筒线；其中，所述电机为变频电机，所述电机电连接有变频器；所述电机固定在所述电机固定支架中，所述传动连杆设置在所述连杆固定支架上，所述传动连杆一端与所述电机的转轴连接，另一端与所述模型箱连接，

所述模型箱放置在所述滚筒线上；所述传动连杆用于将所述电机的圆周运动转换为直线运动，以推动所述模型箱在所述滚筒线上水平移动；

所述模型箱的内侧底部堆积有透水坝，同时在所述模型箱的前后侧壁上开设有六对模拟孔，模拟孔与水平方向之间的角度为14.0°、18.4°或26.6°；使用时将材料棒插入相应的模拟孔中，对所述透水坝进行重复按压操作，得到预设的坝坡比后将材料棒抽出，用软胶塞将模拟孔塞紧；其中，14.0°的模拟孔用于实现尾矿坝1：4坝坡比的模拟、18.4°的模拟孔用于实现尾矿坝1：3坝坡比的模拟，26.6°的模拟孔用于实现尾矿坝1：2坝坡比的模拟；

所述电机固定支架上可拆卸地套设有横梁，所述横梁压设在所述电机上方，以将所述电机固定在所述电机固定支架中；

所述电机与所述电机固定支架及横梁之间的缝隙中填充有海绵；

所述连杆固定支架上设置有水平导向槽，所述传动连杆设置在所述连杆固定支架上，并从所述水平导向槽穿出后与所述模型箱连接；

所述传动连杆包括第一杆体、第二杆体以及第三杆体；

其中，所述第二杆体采用可调节设置，所述第一杆体一端与所述电机的转轴连接，另一端与所述第二杆体铰接，所述第二杆体一端与所述第一杆体铰接，另一端与所述第三杆体铰接，所述第三杆体一端与所述第二杆体铰接，另一端与所述模型箱连接，并保证作用力施加在模型箱中央，使模型箱受力均匀；

所述模型箱的左侧壁中央设置有螺纹孔，所述传动连杆与模型箱连接的一端设置有与所述螺纹孔相匹配的螺纹，所述传动连杆与所述螺纹孔螺接；

所述滚筒线上设置有6个在所述模型箱前后侧对称分布的滚轮，所述滚轮在所述滚筒线上的位置固定，用于当所述模型箱在所述滚筒线上移动时，在垂直于所述模型箱移动方向的位置对所述模型箱进行限位；

所述模型箱的顶板为可拆卸设计，其材质为亚力克板；所述模型箱的前、后侧板为透明亚克力板；所述模型箱除顶板和前、后侧板外的其余部分均为PC(Polyvinylchloride，聚氯乙烯)材料；

所述模型箱前、后的透明亚克力板上对称开设了六对模拟孔，通过PC材料棒与亚克力板实现尾矿坝多种不同坝坡比的模拟。

说明书：一种用于尾矿库振动失稳分析的模拟试验装置技术领域[0001] 本发明涉及矿业工程风险模拟分析领域，特别是指一种用于尾矿库振动失稳分析的模拟试验装置。

背景技术[0002] 尾矿库是金属非金属矿山的重大危险源。尾矿库是一种具备高势能的人为制造的泥石流危险源，一旦爆发滑坡、溃坝等事故，结果不堪设想。特别是在地震等动力作用下，由

于初期透水坝、尾黏土、尾粉土、尾粉砂中有相当部分由松散颗粒组成，在震动过程中不能

承受拉力，会发生较大位移，甚至会使尾矿库边坡出现滑坡现象。

[0003] 目前，为分析尾矿坝稳定性的影响因素，一般是采用模拟试验装置对尾矿库进行失稳分析，以分析关键因素对尾矿坝稳定性的影响，弄清不同因素作用下尾矿坝的失稳机

理，为实际工程设计提供理论基础和参考意见，这对开展尾矿库坝体内部动力稳定性研究，

提高工程实践活动的科学性，提高尾矿库的本质安全状态，保证周边人民大众生命财富安

全，促进矿山行业平稳、健康、可持续发展具有重要意义。但传统的振动台试验装置一般都

比较笨重、不易搬运、且操作繁琐；此外，现有的尾矿坝模型箱功能较单一、试验费用也较

高。

发明内容[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种用于尾矿库振动失稳分析的模拟试验装置，以解决现有的模拟试验装置比较笨重、不易搬运且操作繁琐的问题。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：[0006] 一种用于尾矿库振动失稳分析的模拟试验装置，其包括电机、电机固定支架、传动连杆、连杆固定支架、模型箱以及滚筒线；其中，

[0007] 所述电机固定在所述电机固定支架中，所述传动连杆设置在所述连杆固定支架上，所述传动连杆一端与所述电机的转轴连接，另一端与所述模型箱连接，

[0008] 所述模型箱放置在所述滚筒线上；所述传动连杆用于将所述电机的圆周运动转换为直线运动，以推动所述模型箱在所述滚筒线上水平移动；

[0009] 所述模型箱的内侧底部堆积有透水坝，同时在所述模型箱的前后侧壁上开设有对称分布的多个模拟孔。

[0010] 其中，所述电机固定支架上可拆卸地套设有横梁，所述横梁压设在所述电机上方，以将所述电机固定在所述电机固定支架中。

[0011] 其中，所述电机与所述电机固定支架及横梁之间的缝隙中填充有海绵。[0012] 其中，所述连杆固定支架上设置有水平导向槽，所述传动连杆设置在所述连杆固定支架上，并从所述水平导向槽穿出后与所述模型箱连接。

[0013] 其中，所述传动连杆包括第一杆体、第二杆体以及第三杆体；[0014] 其中，所述第一杆体一端与所述电机的转轴连接，另一端与所述第二杆体铰接，所述第二杆体一端与所述第一杆体铰接，另一端与所述第三杆体铰接，所述第三杆体一端与

所述第二杆体铰接，另一端与所述模型箱连接。

[0015] 其中，所述模型箱的左侧壁中央设置有螺纹孔，所述传动连杆与模型箱连接的一端设置有与所述螺纹孔相匹配的螺纹，所述传动连杆与所述螺纹孔螺接。

[0016] 其中，所述滚筒线上设置有6个在所述模型箱前后侧对称分布的滚轮，所述滚轮在所述滚筒线上的位置固定，用于当所述模型箱在所述滚筒线上移动时，在垂直于所述模型

箱移动方向的位置对所述模型箱进行限位。

[0017] 其中，所述电机为变频电机，所述电机电连接有变频器。[0018] 其中，所述模型箱的顶板为可拆卸设计，其材质为亚力克板；所述模型箱的前、后侧板为透明亚克力板；所述模型箱除顶板和前、后侧板外的其余部分均为PC(Polyvinyl

chloride，聚氯乙烯)材料。

[0019] 其中，所述模型箱前、后的透明亚克力板上对称开设了六对模拟孔，通过PC材料棒与亚克力板实现尾矿坝多种不同坝坡比的模拟。

[0020] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：[0021] 本发明的用于尾矿库振动失稳分析的模拟试验装置通过电机和传动连杆为模型箱提供水平方向推力，以替代振动台，从而克服了传统振动台装置笨重、不易搬动、操作繁

琐的缺点；且本发明模拟装置中的模型箱通过打孔的方式模拟了三种不同的坝坡比，更加

方便尾矿坝模型的堆积成型以及相似模拟试验的进行，可以简单高效地观察和研究尾矿库

在振动作用下的失稳或破坏状况，从而克服了传统尾矿坝模型箱功能单一、试验费用高等

缺点；本发明模拟简单、可操作性强，能更加简单高效地研究和观察尾矿库在地震作用下的

失稳机理，可广泛应用于尾矿库模拟试验研究，并对实际工程具有指导和参考意义。

附图说明[0022] 图1为本发明的用于尾矿库振动失稳分析的模拟试验装置的结构示意图；[0023] 图2为本发明中的模型箱与滚筒线沿图1中A?A向的剖视图；[0024] 图3为本发明中的模型箱与滚筒线的俯视图；[0025] 图4为本发明中的传动连杆的结构示意图。[0026] 附图标记说明：[0027] 1、电机；2、电机固定支架；3、横梁；4、传动连杆；5、连杆固定支架；6、模型箱；7、模拟孔；8、滚筒线；9、滚轮；10、螺纹孔；11、透水坝；12、变频器；13、第一杆体；14、第二杆体；

15、第三杆体。

具体实施方式[0028] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

[0029] 请参阅图1至图4，本实施例提供一种用于尾矿库振动失稳分析的模拟试验装置，如图1所示，该模拟试验装置包括：电机1、电机固定支架2、传动连杆4、连杆固定支架5、模型

箱6以及滚筒线8；其中，

[0030] 电机1为变频电机，电机1与变频器12电连接；电机1固定在电机固定支架2中，且电机固定支架2上可拆卸地套设有横梁3，横梁3压设在电机1上方，以将电机1固定在电机固定

支架2中，保证了电机1的固定及调换。并在电机1与电机固定支架2及横梁3之间的缝隙中填

充海绵，以起到缓冲作用。通过三个螺钉穿过传动连杆4上三个直径是5mm的孔与连杆固定

支架5固定；

[0031] 连杆固定支架5为工字型设计，其上设有水平导向槽，传动连杆4设置在连杆固定支架5上，其一端与电机1的转轴连接，另一端从水平导向槽穿出后与模型箱6左侧壁中央的

M8型的螺纹孔10连接，传动连杆4与模型箱6连接的一端设置有与螺纹孔10相匹配的螺纹，

用于与螺纹孔10连接，并保证作用力施加在模型箱6中央，使模型箱6受力均匀。使电机1的

轴端头、传动连杆4、模型箱6的螺纹孔10保持在一条水平线上；模型箱6放置在滚筒线8上；

其中，滚筒线8的尺寸(长×宽)为700mm×450mm，高度40mm，滚筒线8低于导轨，以减少模型

箱6运动过程中的摩擦力，更好地实现模拟试验。

[0032] 具体地，如图4所示，上述传动连杆4包括第一杆体13、第二杆体14及第三杆体15；其中，第一杆体13一端与电机1的转轴连接，另一端与第二杆体14铰接，第二杆体14一端与

第一杆体13铰接，另一端与第三杆体15铰接，第三杆体15一端与第二杆体14铰接，另一端与

模型箱6连接，各连轴处均采用直径为8mm的孔径，其中第二杆体14采用可调节设置，以保证

试验过程中行程的合理设置，本实例中的该传动连杆4可实现30mm～100mm的行程。

[0033] 传动连杆4用于将电机1的圆周运动转换为直线运动，以推动模型箱6在滚筒线8上水平移动；且滚筒线8上设置有在模型箱6前后侧对称分布的三对(共6个)直径15mm的滚轮

9，每一滚轮9在滚筒线8上的位置均固定，多个滚轮9配合，用于当模型箱6在滚筒线8上移动

时，在垂直于模型箱6移动方向的位置对模型箱6进行限位，保证模型箱6的直线运动趋势。

[0034] 透水坝11预先按照安全规范的比例堆积成型，并粘接于模型箱6的内侧底部，从而可以避免每次试验时的重复堆积。同时在模型箱6的前后侧壁上开设有对称分布的12个模

拟孔7。

[0035] 具体地，模型箱6内部尺寸(长×宽×高)为500mm×300mm×200mm，其顶板为可拆卸的亚力克板；前、后侧板为透明亚克力板；除顶板和前、后侧板外的其余部分均为PC

(Polyvinylchloride，聚氯乙烯)材料。模型箱6前、后的透明亚克力板上对称开设了六对

(共12个)模拟孔7，如图2所示，不同的模拟孔7与水平方向之间的角度依次为14.0°、18.4°、

26.6°；分别用于通过PC材料棒实现尾矿坝1：4、1：3、1：2不同坝坡比的模拟。

[0036] 通过本实施例的模拟试验装置进行尾矿库振动失稳分析的流程为：[0037] 1)进行试验之前要保证变频器12与电机1之间线路连接正确，传动连杆4左端与电机1的12mm的电机轴相连接，右端与模型箱6左侧面的螺纹孔10相连，使电机轴端头、传动连

杆4、螺纹孔10保持在一条水平线上，固定传动连杆4与连杆固定支架5。

[0038] 2)将配比好的尾砂材料按照湿装法分层堆放于模型箱6中，采用不同的压缩比将尾砂按压完整后，将两根亚克力棍插于下层模拟孔7中，重复按压操作，达到1:4的坝坡比后

将两根PC材料棒抽出，用软胶塞将模拟孔7塞紧，保证模型箱6内壁的平滑。

[0039] 3)连接变频器12插头，启动电机1，通过旋转变频器12的旋钮或上下键设置不同运动频率，研究不同频率下1：4坝坡比的尾矿坝的稳定性。

[0040] 4)重复2)，3)操作变换1：3，1：2的坝坡比进行相似模拟试验，对比在不同坝坡比、压缩比、振动频率下尾矿坝的稳定性。

[0041] 本发明的用于尾矿库振动失稳分析的模拟试验装置通过电机和传动连杆为模型箱提供水平方向推力，以替代振动台，从而克服了传统振动台装置笨重、不易搬动、操作繁

琐的缺点；且本发明模拟装置中的模型箱通过打孔的方式模拟了三种不同的坝坡比，更加

方便尾矿坝模型的堆积成型以及相似模拟试验的进行，可以简单高效地观察和研究尾矿库

在振动作用下的失稳或破坏状况，从而克服了传统尾矿坝模型箱功能单一、试验费用高等

缺点；本发明模拟简单、可操作性强，能更加简单高效地研究和观察尾矿库在地震作用下的

失稳机理，可广泛应用于尾矿库模拟试验研究，并对实际工程具有指导和参考意义。

[0042] 此外，需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之

间存在任何这种实际的关系或者顺序。

[0043] 而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明

确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在

没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的

过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

[0044] 最后，还需说明的是，以上仅是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域普通技术人员来说，一旦得知了本发明基本创造性概

念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应

视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明

实施例范围的所有变更和修改。