CN207730409U - 一种用于离心模型试验的浸水系统 - Google Patents

Abstract

一种用于离心模型试验的浸水系统，包括外挂水箱、浸水控制水箱和模型箱，浸水控制水箱设置在模型箱上，外挂水箱和模型箱上固定在离心机转臂上，外挂水箱的出口处设置有四口分流器，四口分流器通过四路输水管与浸水控制水箱相连，浸水控制水箱的顶面设置有四个气动快速接头，底面设置有四个气动快速接头，四路输水管分别与浸水控制水箱的顶面的四个气动快速接头相连，模型箱内填装有试验模拟材料并埋设隧道模型，模型箱内还设置有用于对试验模拟材料进行加水的四个浸水软管，浸水软管分别与浸水控制水箱的底面的四个气动快速接头相连。本实用新型能够实现离心模型试验中不同浸水工况的要求，本实用新型结构简单，易于实现，具有较强的实用价值。

Description

一种用于离心模型试验的浸水系统

技术领域

本实用新型涉及一种土工试验装置，具体涉及一种用于离心模型试验的浸水系统。

背景技术

随着城市地下空间的发展，地铁在城市交通中发挥着越来越重要的作用，为了研究地铁隧道在不同地质条件下的受力变形特征，需要进行室内试验模拟。而离心模型试验已被广泛运用于地铁隧道的各项试验中，离心模型试验是用离心力模拟重力，在Ng条件下，使缩尺模型的应力应变情况与原型相似，从而揭示岩土工程边值问题的应力和变形规律，为实际的工程建设提供参考。我国土工离心试验技术虽起步晚，但近年来发展很快，离心模拟试验技术也取得了很大进步，离心机的性能越来越好，功率越来越大，各种附属设备性能也更加完善。

为了使之满足各项试验的要求，研究人员对离心试验系统进行了不同形式的升级，如申请号为201610696667.9介绍的用于离心模型试验的一种浸水系统及测试方法，该实用新型公开了一种用于地铁隧道浸水离心试验的浸水系统，一定程度上满足了地铁隧道浸水离心试要求，但该实用新型也存在一些问题：使用外挂水箱向模型箱注水时，外挂水箱水压不足导致水流不能通过输水管进入模型箱，无法控制出水量；控制水箱底部选用直通接头与铁制浸水探头，一方面浸水探头的数量少使得浸水孔的数量有限，会导致浸水不够均匀准确，且容易破坏填土体，另一方面将浸水探头埋设完成后，将其连接到浸水控制水箱底部的直通接头时，由于浸水探头的刚度大且长度固定，一旦埋设偏斜或高于预设深度，将对连接造成麻烦；浸水探头与直通接头使用螺栓连接，由于浸水探头已经埋设在土体中，不易旋转，使得对接工序复杂，所以有必要提出一个能够控制出水与均匀浸水的浸水系统。

实用新型内容

为克服现有技术中的问题，本实用新型的目的在于提供一种用于离心模型试验的浸水系统，该系统操作简单快捷、便于控制出水、浸水均匀。

为实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种用于离心模型试验的浸水系统，包括外挂水箱、浸水控制水箱和模型箱，浸水控制水箱设置在模型箱上，外挂水箱和模型箱上固定在离心机转臂上，外挂水箱的出口处设置有四口分流器，四口分流器通过四路输水管与浸水控制水箱相连，浸水控制水箱的顶面设置有四个气动快速接头，底面设置有四个气动快速接头，四路输水管分别与浸水控制水箱的顶面的四个气动快速接头相连，模型箱内填装有试验模拟材料并埋设隧道模型，模型箱内还设置有用于对试验模拟材料进行加水的四个浸水软管，浸水软管分别与浸水控制水箱的底面的四个气动快速接头相连。

本实用新型进一步的改进在于，四口分流器与外挂水箱的出口之间设置有电磁阀。

本实用新型进一步的改进在于，四口分流器的每个出水口处安装有手动阀门。

本实用新型进一步的改进在于，外挂水箱上部开设有注水口，气泵与外挂水箱的注水口相连。

本实用新型进一步的改进在于，外挂水箱上安装有用于测量外挂水箱内部气压的气压表。

本实用新型进一步的改进在于，模型箱为上方开口的箱体，浸水控制水箱的底板与模型箱上方的开口大小相匹配，浸水控制水箱的底板的边缘开设有若干螺孔，浸水控制水箱通过螺栓固定在模型箱上。

本实用新型进一步的改进在于，浸水软管表面上开设有若干浸水孔，并且浸水软管的外侧包裹由纱布，并且通过扎带将纱布与浸水软管固定。

本实用新型进一步的改进在于，浸水孔直径为1mm。

本实用新型进一步的改进在于，浸水软管为蛇形设置。

本实用新型进一步的改进在于，模型箱内还设置有用于测量隧道模型的应变的传感器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：本实用新型通过设置外挂水箱、浸水控制水箱和模型箱，浸水控制水箱设置在模型箱上，外挂水箱和模型箱上固定在离心机转臂上，模型箱内填装有试验模拟材料并埋设隧道模型，模型箱内还设置有用于对试验模拟材料进行加水的浸水软管，浸水软管与气动快速接头相连，能够实现离心模型试验中不同浸水工况的要求，本实用新型结构简单，易于实现，具有较强的实用价值。

进一步的，电磁阀与四口分流器控制进入浸水控制水箱的水流量。

进一步的，本实用新型的外挂水箱上部设置压力表，通过气泵向外挂水箱内加入适量气压，气压大小由气压表控制，使得外挂水箱内的水顺利进入模型箱；本实用新型的外挂水箱在出水口设有四口分流器，每个出水口安设手动阀门，通过其与电磁阀、控制水箱的配合，能够适应多种试验工况；本实用新型使用的气动快速接头密闭性好，对输水管有良好的固定作用，保证输水管在离心机运行时不脱落，且与浸水软管连接起来方便快速；本实用新型的浸水软管局部周身开设若干的浸水孔，使得浸水孔位的分布更全面均匀，浸水软管由纱布包裹还能避免可能因水压过大破坏试验用土以及防止浸水孔堵塞，且浸水软管较柔软，连接到气动快速接头时易操作；本实用新型的电磁阀连接远程控制端，能够远程对实验过程进行控制，提高其精准度与科学性。

附图说明

图1为本实用新型的平面结构示意图；

图2为本实用新型的立面结构示意图；

图3为本实用新型的浸水软管结构示意图；

图4为本实用新型的中浸水软管平面布置形式；

图5为本实用新型基本流程图。

图中，1-外挂水箱，2-四口分流器，3-输水管，4-电磁阀，5-浸水控制水箱，6-浸水软管，7-模型箱，8-上部注水口，9-固定螺栓，10-隔间，11-浸水孔，12-挡板，13-气动快速接头，14-手动阀门，15-气压表，16-扎带，17-纱布，18-隧道模型，19-螺孔。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1与图2，一种用于离心模型试验的浸水系统，包括外挂水箱1、浸水控制水箱5和模型箱7，浸水控制水箱5设置在模型箱7上，外挂水箱1和模型箱7上固定在离心机转臂上，外挂水箱1的出口处设置有四口分流器2，并且四口分流器2与外挂水箱1的出口之间设置有电磁阀4，四口分流器2的每个出水口处安装有手动阀门14；四口分流器2通过四路输水管3与浸水控制水箱5相连，浸水控制水箱5内设置有挡板12，挡板12将浸水控制水箱5内部空间均分为4个隔间10，每个隔间10的顶面设置有一个气动快速接头13，每个隔间10的底面设置有一个气动快速接头13，四路输水管3分别与浸水控制水箱5的顶面的四个气动快速接头13相连，模型箱7内填装有试验模拟材料并埋设隧道模型18，隧道模型18在模型箱7中的位置根据实验需要自行选择。模型箱7内还设置有4个用于对试验模拟材料进行加水的四个浸水软管6，每个浸水软管6与每个隔间10底面的气动快速接头13相连。

外挂水箱1上部开设有注水口8，气泵与外挂水箱1的注水口8相连，可对外挂水箱1内的水进行施压，外挂水箱1上安装有用于测量外挂水箱1内部气压的气压表15。

浸水控制水箱5的宽度小于模型箱7的宽度。模型箱7为上方开口的箱体，浸水控制水箱5的底板与模型箱7上方的开口大小相匹配，浸水控制水箱5的底板的边缘开设有若干螺孔19，浸水控制水箱5通过螺栓9固定在模型箱7上。

参见图3，所述浸水软管6是一种pvc软管，根据试验工况长度可自由调整，浸水软管6表面上均匀开设有若干浸水孔11，浸水孔11的直径为1mm，浸水孔11具体通过以下方法加工：首先将软管一端火烧熔化后按压封口，然后用烧红的细铁针沿径向穿过软管，便可快速制孔，孔径约为1mm，并且孔在软管轴向上均匀分布，接着用纱布17将软管包裹，通过扎带16将纱布与软管固定，它能够使浸水更均匀精确，还能避免可能因水压过大破坏试验用土以及防止浸水孔堵塞。

参见图4，浸水软管为蛇形设置，为浸水软管的一种布置形式，浸水软管在模型箱7中几乎全覆盖，使得浸水更均匀，浸水效果更佳。

外挂水箱1由3mm不锈钢制成，输水管3采用PU空压软管。

参见图5，一种基于上述浸水系统的测试方法，包括以下步骤：

步骤1：外挂水箱1固定在离心机转臂上，带有电磁阀4的四口分流器与输水管连接，将四口分流器连接到外挂水箱上1，输水管3的另一端固定于模型箱7的安装位置，将外挂水箱1加水加气，通过调试四口分流器的各个手动阀门14，确保各个接头处不漏水漏气，将外挂水箱1中水排放干净；

步骤2：在模型箱7中填装试验用土，试验用土按照要求填筑到某一高度后，依据试验浸水条件布设浸水软管及试验模型，继续填装试验材料并安装用于测量隧道模型18的应变的传感器。试验材料填装完成后，在模型箱7上固定浸水控制水箱5，浸水软管6上端连接浸水控制水箱5内的气动快速接头13，浸水控制水箱5通过固定螺栓固定在模型箱7上；

步骤3：将安装好的模型箱7吊至离心机上的安装位置，将步骤1中的输水管3的另一端分别连接到浸水控制水箱5上部对应的气动快速接头，使外挂水箱1与浸水控制水箱5形成一个整体；

步骤4：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饱和土所需水量以及排水所需气压，为了达到充分浸水效果，根据计算水量多加10％进行加水，并用气泵向外挂水箱加入所需气压，气压大小由气压表控制。外挂水箱1在加水加气前，电磁阀4应关闭，四口分流器的手动阀门14依据试验工况选择性开启；

步骤5：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1分钟后，开启电磁阀，通过浸水软管6进行土体不同工况浸水，浸水完成后关闭电磁阀4，一定运行时间后关停离心机。

当一组试验完成后，如果要进行下一组试验，可拆卸输水管，取下模型箱，拆卸模型箱上的浸水控制水箱和浸水软管，然后重新填筑试验模型，并重复步骤2至步骤5，直至完成全部试验即可。

以上内容是结合具体实施例对本实用新型方法所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型方法的具体实施只限于此。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种用于离心模型试验的浸水系统，其特征在于，包括外挂水箱(1)、浸水控制水箱(5)和模型箱(7)，浸水控制水箱(5)设置在模型箱(7)上，外挂水箱(1)和模型箱(7)上固定在离心机转臂上，外挂水箱(1)的出口处设置有四口分流器(2)，四口分流器(2)通过四路输水管(3)与浸水控制水箱(5)相连，浸水控制水箱(5)的顶面设置有四个气动快速接头(13)，底面设置有四个气动快速接头(13)，四路输水管(3)分别与浸水控制水箱(5)的顶面的四个气动快速接头(13)相连，模型箱(7)内填装有试验模拟材料并埋设隧道模型(18)，模型箱(7)内还设置有用于对试验模拟材料进行加水的四个浸水软管(6)，浸水软管(6)分别与浸水控制水箱(5)的底面的四个气动快速接头(13)相连；

外挂水箱(1)上部开设有注水口(8)，气泵与外挂水箱(1)的注水口(8)相连；

外挂水箱(1)上安装有用于测量外挂水箱(1)内部气压的气压表(15)；

浸水软管(6)表面上开设有若干浸水孔(11)，并且浸水软管(6)的外侧包裹由纱布(17)，并且通过扎带(16)将纱布与浸水软管(6)固定；

浸水孔(11)直径为1mm。

2.根据权利要求1所述的一种用于离心模型试验的浸水系统，其特征在于，四口分流器(2)与外挂水箱(1)的出口之间设置有电磁阀(4)。

3.根据权利要求1所述的一种用于离心模型试验的浸水系统，其特征在于，四口分流器(2)的每个出水口处安装有手动阀门(14)。

4.根据权利要求1所述的一种用于离心模型试验的浸水系统，其特征在于，模型箱(7)为上方开口的箱体，浸水控制水箱(5)的底板与模型箱(7)上方的开口大小相匹配，浸水控制水箱(5)的底板的边缘开设有若干螺孔(19)，浸水控制水箱(5)通过螺栓(9)固定在模型箱(7)上。

5.根据权利要求1所述的一种用于离心模型试验的浸水系统，其特征在于，浸水软管(6)为蛇形设置。

6.根据权利要求1所述的一种用于离心模型试验的浸水系统，其特征在于，模型箱(7)内还设置有用于测量隧道模型(18)的应变的传感器。