一种用于离心模型试验的浸水系统及测试方法 |
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| 申请号 | CN201610696667.9 | 申请日 | 2016-08-19 | 公开(公告)号 | CN106383019A | 公开(公告)日 | 2017-02-08 |
| 申请人 | 长安大学; | 发明人 | 翁效林; 张玉伟; 谢永利; 娄源澎; 聂永涛; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于离心模型试验的浸 水 系统及测试方法，通过设置有离心场浸水装置实现了离心模型试验中不同浸水工况的要求，通过电磁 阀 控制进入浸水控制水箱的水流量，浸水控制水箱再将进入的水分配至各个隔间，各个隔间中的水通过对应的浸水 探头 渗入试验模拟材料中，本装置结构明确，生产方便，具有较强的实用价值。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于离心模型试验的浸水系统，其特征在于，包括固定在离心机转臂上的外挂水箱(1)，外挂水箱(1)通过若干输水管(3)连接浸水控制水箱(5)，输水管(3)上设置有电磁阀(4)，浸水控制水箱(5)设置在模型箱(7)内，浸水控制水箱(5)底部设置有若干浸水探头(6)，模型箱(7)内填装有试验模拟材料，所有浸水探头(6)插入试验模拟材料中。 |
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| 说明书全文 | 一种用于离心模型试验的浸水系统及测试方法技术领域[0001] 本发明属于离心模型试验领域，具体涉及一种用于离心模型试验的浸水系统及测试方法。 背景技术[0002] 随着地下空间的不断开发，地铁隧道作为城市重要交通干线，其建设和运营安全不容忽视。为了研究地铁隧道在不同地质条件下的受力变形特征，常常需要进行室内试验模拟研究，而离心模型试验作为一种较好的试验手段，被广泛用于各项岩土工程模拟试验中，因此，运用离心试验系统进行地铁隧道的各项试验成为研究的新趋势。 [0003] 离心试验模拟技术用离心力模拟重力，在Ng条件下，使得小比尺模型的应力和应变与原型相同或相似，从而揭示岩土工程边值问题的应力和变形规律，为各项工程建设提供依据。我国土工离心试验技术起步较晚，但近二三十年来发展很快，离心模拟试验技术也得到了长足进步，离心机的性能越来越好，功率越来越大，各种附属设备性能越加完善，另外为了满足各项试验的要求，研究人员对离心试验系统进行了不行形式的升级，如申请号为“201010263610.2”，名称为“降雨模拟系统”的专利，公开了一种用于离心试验的降雨系统，,包括供水系统、加压系统、降雨器及模型箱，但该系统必须要事先在降雨器内保持一定的水量才能确保降雨区域的雨量均匀性，因此就比较难控制获得较为精确的降雨量模拟；申请号为“201410581766.3”，名称为“用于离心模型的降雨模拟方法及其装置”的专利，公开了一种用于离心模型的降雨模拟装置，包括离心模型上方均布有小孔的降雨板，降雨板上方设置有至少一个安装梁，安装梁上有多个矩形喷嘴，矩形喷嘴为直射式压力型雾化喷嘴，可实现离心场中降雨的模拟；申请号为“201320337971.6”，名称为“降雨诱发泥石流的可视化离心机模型试验装置”的专利也对离心系统进行了升级，提供了一种降雨诱发泥石流的可视化离心机模型试验装置，包括离心环境下降雨诱发泥石流研究的远程可调控人工均匀降雨系统和可视化动态测量系统，可更好的进行泥石流方面的研究。可以看出，目前针对离心试验系统的升级多集中在降雨系统的模拟，多应用于边坡、泥石流等自然灾害的研究，还没有一种针对地铁隧道浸水湿陷灾害的离心试验浸水配套系统，也就给地铁隧道浸水受力特性研究带来了不便。 发明内容[0004] 本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用于离心模型试验的浸水系统及测试方法，为地铁隧道浸水离心试验分析提供基础平台。 [0005] 为了达到上述目的，一种用于离心模型试验的浸水系统包括固定在离心机转臂上的外挂水箱，外挂水箱通过若干输水管连接浸水控制水箱，输水管上设置有电磁阀，浸水控制水箱设置在模型箱内，浸水控制水箱底部设置有若干浸水探头，模型箱内填装有试验模拟材料，所有浸水探头插入试验模拟材料中。 [0006] 所述浸水控制水箱内通过可移动挡板分隔成若干独立隔间，隔间容积可通过隔板调整，每个隔间底部均设置有浸水探头。 [0007] 所述浸水探头底部开设有四个方向的浸水孔，浸水探头长度根据试验工况调整。 [0008] 所述模型箱顶部设置有模型箱横梁，模型箱横梁通过固定螺栓连接浸水控制水箱，浸水控制水箱通过固定螺栓调整高度。 [0009] 所述输水管的两端均通过直通接头分别与外挂水箱和浸水控制水箱连接，浸水探头通过直通接头与浸水控制水箱连接。 [0010] 所述电磁阀连接远程控制端。 [0011] 一种用于离心模型试验的浸水系统的测试方法，包括以下步骤： [0012] 步骤一，将外挂水箱固定在离心机转臂上，将带有电磁阀的输水管连接到外挂水箱上，输水管的另一端固定于模型箱的安装位置，然后将外挂水箱加水，通过调试各个电磁阀开关，确保各个接头处不漏水，然后将外挂水箱中水排放干净； [0013] 步骤二，在模型箱中固定浸水控制水箱和浸水探头，在模型箱中填筑试验模拟材料，模拟材料按照试验要求填筑到合理高度，填筑完成后，依据试验浸水条件调整浸水探头的长度，浸水探头上部连接浸水控制水箱，浸水控制水箱通过固定螺栓固定在模型箱上方的横梁上，通过固定螺栓调整浸水控制水箱为合理高度，根据试验要求调整浸水控制水箱的分隔板，使得每个隔间的容量符合试验要求，另外，模型箱中试验模型安装时同步安装试验所需的传感器； [0014] 步骤三，将安装完成的模型箱吊装到位，将各个的输水管另一端分别连接到浸水控制水箱上，这样使得外挂水箱与浸水控制水箱形成一个整体； [0015] 步骤四，在外挂水箱中加水，根据试验填土量，及所需浸水的土量计算土体达到饱和时所需水量，为了达到充分浸水效果，根据计算水量多加10％进行加水，外挂水箱加水前保证输水管上的电磁阀为关闭状态，加水完成后等待下一步试验； [0016] 步骤五，离心试验系统运行及观测，系统安装完成后，运行离心机到试验要求的加速度，运行保持稳定1min后，开启电磁阀，通过浸水探头进行土体不同工况浸水，浸水完成后关闭电磁阀，然后关停离心机。 [0017] 所述步骤五中，试验完成后，拆卸离心机和外挂水箱，如果要进行下一组试验，只拆卸输水管与浸水控制水箱，取下模型箱，拆卸模型箱的浸水控制水箱和浸水探头，然后重新填筑试验模型，并重复步骤二至步骤五，直至完成全部所要进行的试验即可。 [0018] 与现有技术相比，本发明通过设置有离心场浸水装置实现了离心模型试验中不同浸水工况的要求，通过电磁阀控制进入浸水控制水箱的水流量，浸水控制水箱再将进入的水分配至各个隔间，各个隔间中的水通过对应的浸水探头渗入试验模拟材料中，本装置结构明确，生产方便，具有较强的实用价值。 [0019] 进一步的，本发明设置有可移动挡板，可通过分隔板调节隔间的容量，达到每个浸水点的浸水量更加精确。 [0020] 进一步的，本发明的浸水探头底部开设有四个方向的浸水孔，使浸水更加均匀。 [0021] 进一步的，本发明的电磁阀连接远程控制端，能够远程对实验过程进行控制，提高了适用性。 [0022] 本发明的方法通过设置浸水控制水箱隔间和电磁阀远程自动控制等措施，使得不同工况的浸水量可以精确控制，并通过进行不同土体进行不同工况的浸水，从而完成不同土体与工况下浸水量的实验，本方法操作简便效果更好，能够为地铁隧道浸水离心试验分析提供基础平台。 [0024] 图1为本发明装置的结构示意图； [0025] 图2为本发明浸水部分的结构示意图； [0026] 图3为本发明浸水控制水箱的结构示意图； [0027] 图4为本发明的浸水探头示意图； [0028] 其中，1为外挂水箱，2为直通接头，3为输水管，4为电磁阀，5为浸水控制水箱，6为浸水探头，7为模型箱，8为模型箱横梁，9为固定螺栓，10为隔间，11为浸水孔，12可移动挡板。 具体实施方式[0029] 下面结合附图对本发明做进一步说明。 [0030] 参见图1至图4，一种用于离心模型试验的浸水系统，包括固定在离心机转臂上的外挂水箱1，外挂水箱1通过若干输水管3连接浸水控制水箱5，输水管3上设置有电磁阀4，磁阀4连接远程控制端，浸水控制水箱5设置在模型箱7内，浸水控制水箱5底部设置有若干浸水探头6，浸水探头6底部开设有四个方向的浸水孔11，模型箱7内填装有试验模拟材料，所有浸水探头6插入试验模拟材料中，浸水控制水箱5内通过可移动挡板12分隔成若干独立隔间10，每个隔间10底部均设置有浸水探头6，模型箱7顶部设置有模型箱横梁8，模型箱横梁8通过固定螺栓9连接浸水控制水箱5。 [0031] 优选的，输水管3的两端均通过直通接头2分别与外挂水箱1和浸水控制水箱5连接，浸水探头6通过直通接头2与浸水控制水箱5连接。 [0033] 一种用于离心模型试验的浸水系统的测试方法，包括以下步骤： [0034] 步骤一，将外挂水箱10固定在离心机转臂上，将带有电磁阀4的输水管3连接到外挂水箱1上，输水管3对另一端固定于模型箱7的安装位置，然后将外挂水箱1加水，通过调试各个电磁阀4开关，确保各个接头处不漏水，然后将外挂水箱1中水排放干净； [0035] 步骤二，在模型箱7中固定浸水控制水箱5和浸水探头6，在模型箱7中填筑试验模拟材料，模拟材料按照试验要求填筑到合理高度，填筑完成后，依据试验浸水条件调整浸水探头6的长度，浸水探头6上部连接浸水控制水箱5，浸水控制水箱5通过固定螺栓9固定在模型箱上方的横梁8上，通过固定螺栓9调整浸水控制水箱5为合理高度，根据试验要求调整浸水控制水箱5的分隔板12，使得每个隔间10的容量符合试验要求，另外，模型箱7中试验模型安装时同步安装试验所需的传感器； [0036] 步骤三，将安装完成的模型箱7吊装到位，将各个的输水管2另一端分别连接到浸水控制水箱5上，这样使得外挂水箱1与浸水控制水箱5形成一个整体； [0037] 步骤四，在外挂水箱1中加水，根据试验填土量，及所需浸水的土量计算土体达到饱和时所需水量，为了达到充分浸水效果，根据计算水量多加10％进行加水，外挂水箱1加水前保证输水管2上的电磁阀3为关闭状态，加水完成后等待下一步试验； [0038] 步骤五，离心试验系统运行及观测，系统安装完成后，运行离心机到试验要求的加速度，运行保持稳定1min后，开启电磁阀3，通过浸水探头6进行土体不同工况浸水，浸水完成后关闭电磁阀3，然后关停离心机； [0039] 步骤六，试验完成后，拆卸离心机和外挂水箱1，如果要进行下一组试验，只拆卸输水管2与浸水控制水箱5，取下模型箱7，拆卸模型箱7的浸水控制水箱5和浸水探头6，然后重新填筑试验模型，并重复步骤二至步骤五，直至完成全部所要进行的试验即可。 |
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