離心動力模型試驗飽和裝置的製作方法
2023-09-19 07:24:30 1
專利名稱：離心動力模型試驗飽和裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於對土工離心動力試驗用的模型進行飽和的裝置。
背景技術：
在許多工程科學中，常常需要用小比尺的物理模型去揭示和分析現象的本質和機理，以驗證和解決工程實際問題。例如，在巖土工程中，土的自重應力通常佔支配地位，土的力學特性和水力特性隨應力水平而變化。利用小比尺離心模型的試驗，可以採用與原型相同的材料，在離心試驗機形成的高加速度場中達到與原型相同的應力水平，從而使模型與原型的應力應變相等，變形相似，破壞機理相同，能夠再現原型特性，為理論和數值等分析方法提供真實可靠的參數依據。在利用土工離心機研究關於沙土液化或者水利大壩侵潤線之下的壩體等在地震 情況下的巖土變化情況時，需要利用粘滯性液體的較高的動力粘滯性係數來模擬原型中水的受力傳導情況，因此就需要對土工離心動力試驗所用的模型使用粘滯性液體進行飽和。但是目前關於土工離心動力試驗所用的模型的相關裝置的設計並不多，特別是當需要對土工離心動力試驗所用的模型進行飽和時，現有的方法主要是靠噴淋的方式在土工離心模型上噴淋液體，靠液體自重滲透來使得模型達到飽和，但是這種由外而內的飽和方法對於模型的飽和度不能很好的控制，往往在花費大量時間後，模型內部仍然達不到所要求的飽和度。中國專利CN202033229U提出了一種土工離心模型試驗真空飽和裝置，但其依然採用的是從模型外部向內的滲透飽和方法，而且，由於土工離心模型的飽和過程往往長達數小時甚至數天，對於在使用粘性液體對模型進行飽和時，如何控制粘性液體在飽和過程中保持穩定的混合均勻度，該專利也沒有給出解決方案。
實用新型內容本實用新型提供了一種離心動力模型試驗飽和裝置，該設備可減少或避免前面所提到的問題。為解決上述問題，本實用新型提出了一種離心動力模型試驗飽和裝置，其包括一個飽和箱，用於在土工離心動力模型飽和過程中密封測試模型，從而在所述測試模型周圍形成真空，至少一個溶液櫃，用於存儲用來使土工離心模型飽和的溶液，至少一個真空泵，用於對所述飽和箱以及所述溶液櫃形成真空，至少一個置於所述飽和箱內的模型箱，用於承載所述測試模型，並向所述測試模型輸送所述溶液，所述飽和箱包括一個箱體以及一個密封蓋，所述箱體設置有抽氣管以及至少一個供液管，所述抽氣管與所述真空泵相連，所述模型箱設置在所述飽和箱內，所述模型箱底部設置有用於輸送液體的管壁上設有多個孔洞的滲水管，所述滲水管的一端連接有一根豎直放置的輸水管，所述模型箱內進一步設置有一個覆蓋在所述滲水管上的所述測試模型，所述輸水管高度大於所述測試模型高度；所述溶液櫃包括櫃體和上蓋,所述櫃體底部設置有排水管，所述櫃體上部設置有排氣管，所述排氣管與所述真空泵連接，所述排水管通過所述飽和箱的所述供液管與所述模型箱的所述輸水管連接；所述溶液櫃的所述上蓋設置有攪拌電機以及與所述攪拌電機相連的攪拌器，所述攪拌器的長度小於所述櫃體的高度。優選地，所述離心動力模型試驗飽和裝置進一步包括一個控制櫃，所述控制櫃分別與所述真空泵以及所述攪拌電機連接。優選地，所述溶液櫃的所述櫃體外側設置有一個溶液高度觀測裝置。·[0018]優選地，所述離心動力模型試驗飽和裝置進一步包括一個溶液補給罐，所述溶液補給罐包括一個溶液出口，所述溶液櫃進一步包括一個補液口，所述溶液出口與所述補液口連接。優選地，所述溶液櫃的補液口、排水管、排氣管以及所述飽和箱的所述供液管均設置有電磁閥，所述電磁閥均與所述控制櫃連接。優選地，所述攪拌器為旋槳式攪拌器，包括至少一組3片推進式螺旋槳葉，所述攪拌器的轉軸與所述上蓋不垂直。優選地，所述攪拌器為渦輪式攪拌器。本實用新型所提供的離心動力模型試驗飽和裝置，通過將用來使土工離心動力模型飽和的溶液與測試模型均置於一定的真空度環境，利用溶液自身的重力或者真空壓差，通過所述測試模型下的滲水管完成飽和過程，這樣可以通過由內至外的飽和過程提高所述測試模型飽和度。在飽和過程中，通過攪拌器對溶液進行攪拌，這樣能夠在長時間飽和過程中保持溶液的混合均勻度，同時能夠有組於溶液中的空氣排出，提升溶液的品質。
以下附圖僅旨在於對本實用新型做示意性說明和解釋，並不限定本實用新型的範圍。其中，圖I為根據本實用新型的一個具體實施例的離心動力模型試驗飽和裝置的結構示意圖；圖2為圖I所示的離心動力模型試驗飽和裝置的溶液櫃的結構示意圖；圖3為圖I所示的離心動力模型試驗飽和裝置的飽和箱的結構示意圖；圖4為圖I所示的離心動力模型試驗飽和裝置的模型箱的結構示意圖。
具體實施方式
為了對本實用新型的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本實用新型的具體實施方式
。其中，相同的部件採用相同的標號。下面參照附圖詳細說明根據本實用新型的一種離心動力模型試驗飽和裝置的結構及其原理。[0030]圖I為根據本實用新型的一個具體實施例的離心動力模型試驗飽和裝置的結構示意圖；圖2為圖I所示的離心動力模型試驗飽和裝置的溶液櫃的結構示意圖；圖3為圖I所示的離心動力模型試驗飽和裝置的飽和箱的結構示意圖；圖4為圖I所示的離心動力模型試驗飽和裝置的模型箱的結構示意圖。參加圖1-4所示，本實用新型所提供的離心動力模型試驗飽和裝置，其包括一個飽和箱1，其用於土工離心模型飽和過程中密封測試模型5，從而在所述測試模型5周圍形成真空，至少一個溶液櫃2，用於存儲用來使土工離心模型飽和的溶液，至少一個真空泵3，用於對所述飽和箱I以及所述溶液櫃2形成真空，至少一個置於所述飽和箱I內的模型箱4，用於承載所述測試模型5，並向所述測 試模型5輸送所述溶液，所述飽和箱I包括一個箱體11以及一個密封蓋12，所述箱體11設置有抽氣管111以及至少一個供液管112，所述抽氣管111與所述真空泵3相連，所述模型箱4設置在所述飽和箱I內，所述模型箱4底部設置有用於輸送液體的管壁上設有多個孔洞的滲水管41，所述滲水管41的一端連接有一根豎直放置的輸水管42，所述模型箱4內進一步設置有一個覆蓋在所述滲水管41上的所述測試模型5，所述輸水管42高度大於所述測試模型5高度。所述溶液櫃2包括櫃體21和上蓋22,所述櫃體21底部設置有排水管211,所述櫃體21上部設置有排氣管212，所述排氣管212與所述真空泵3連接，所述排水管211通過所述飽和箱I的所述供液管122與所述模型箱4的所述輸水管42連接。所述溶液櫃2的所述上蓋22設置有攪拌電機221以及與所述攪拌電機221相連的攪拌器222，所述攪拌器222的長度小於所述櫃體21的高度。當需要對所述測試模型5進行飽和時，可以先根據所述測試模型5形狀、大小將所述滲水管41在所述模型箱4底部擺放為曲線形狀，比如螺旋形、水平蛇形，或者擺放為有高低起伏的蛇形，然後可以在所述滲水管41上面設置所述測試模型5，與所述滲水管41的一端連接的豎直放置的輸水管42高於所述測試模型5的高度，但是低於所述模型箱4的高度。在所述模型箱4內設置好所述測試模型5後，可以將所述模型箱4放置如所述箱體11內，使用軟管連接所述輸水管42與所述供液管112。然後使用所述密封蓋12蓋上所述箱體11，將所述抽氣管111與所述真空泵3相連。將所述溶液櫃2放置在高於所述飽和箱I的位置，使用管道將所述供液管112與所述排水管211連接，同時，將所述排氣管212與所述真空泵3連接。當需要使用粘性溶液對土工離心模型進行飽和時，粘性溶液可以使用甲基纖維素來調配，根據試驗的需要調配具有一定粘稠度的甲基纖維素溶液，當溶液調配好之後，裝入所述溶液櫃2的所述櫃體21，蓋上所述上蓋22將所述溶液櫃2密封好，所述上蓋22設置有攪拌電機221以及與所述攪拌電機221相連的攪拌器222，所述攪拌器222的長度小於所述櫃體21的高度，這樣在蓋上所述上蓋22後，所述攪拌器222就能夠浸入溶液中。在連接好所述飽和箱I、所述溶液櫃2以及所述真空泵3之後，開啟所述真空泵3，即可在所述飽和箱I以及所述溶液櫃2內形成真空，由於所述溶液櫃2的位置高於所述飽和箱I的位置，當所述飽和箱I和所述溶液櫃2內的真空度相同時，溶液就可以在自身重力作用下通過管道流入所述輸水管42，並通過所述滲水管41上的孔洞從所述測試模型5的內部克服所述測試模型5的滲透力向所述測試模型5外部滲透飽和。當然，也可以調節所述飽和箱I和所述溶液櫃2內的真空度，使得所述溶液櫃2與所述飽和箱I形成壓差，來調整溶液對所述測試模型5的飽和速率。在飽和過程中，通過所述攪拌電機221使所述攪拌器222在溶液中進行攪拌，這樣就能夠在長時間飽和過程中保持溶液的混合均勻度，同時能夠有組於溶液中的空氣排出，提升溶液的質量。所述測試模型5飽和完成後，就可以恢復所述飽和箱I和所述溶液櫃2的大氣壓力，打開所述密封蓋12，將所述模型箱4從所述飽和箱I取出後放入土工離心機進行進一步
試驗。 在一個優選實施例中，所述離心動力模型試驗飽和裝置進一步包括一個控制櫃6，所述控制櫃6分別與所述真空泵3以及所述攪拌電機221連接。這樣可以通過所述控制櫃集中控制所述真空泵3以及所述攪拌電機221。在一個優選實施例中，所述密封蓋12設置有透明的觀察窗口 121。所述密封蓋12可以使用有機玻璃設置透明的觀察窗口 121，這樣能夠隨時觀測到所述測試模型5的飽和程度。在一個優選實施例中，所述溶液櫃2的所述櫃體21外側設置有一個溶液高度觀測裝置213。所述溶液高度觀測裝置213可以是一個兩端分別與所述櫃體21上下兩端相連通的封閉中空有機玻璃管，這樣就能夠隨時從所述溶液高度觀測裝置213觀測到所述溶液櫃2內的溶液的容量情況。在一個優選實施例中，所述離心動力模型試驗飽和裝置進一步包括一個溶液補給罐7，所述溶液補給罐7包括一個溶液出口，所述溶液櫃2進一步包括一個補液口 23，所述溶液出口與所述補液口 23連接。當所述測試模型5所需要的溶液比較多時，可以在所述溶液補給罐7內放置溶液，在飽和過程中，隨時方便的為所述溶液櫃2補充溶液。在一個優選實施例中，所述溶液櫃2的補液口 23、排水管211、排氣管212以及所述飽和箱I的所述供液管112均設置有電磁閥8，所述電磁閥8均與所述控制櫃6連接。這樣就可以隨時通過所述控制櫃6集中調整所述飽和箱I以及所述溶液櫃2的真空度、所述溶液櫃2的溶液補充程度以及所述溶液進入所述飽和箱I的流速。在一個優選實施例中，所述攪拌器222為旋槳式攪拌器，包括至少一組3片推進式螺旋槳葉，所述攪拌器222的轉軸與所述上蓋22不垂直。這樣所述攪拌器222的轉軸就是斜向插入溶液，在對溶液進行攪拌時，就能夠使液流的循環迴路不對稱，可增加湍動，使溶液混合更充分。在一個優選實施例中，所述攪拌器222為渦輪式攪拌器。這樣能夠在旋轉時造成高度湍動的徑向流動，使溶液混合更充分。本實用新型所提供的離心動力模型試驗飽和裝置，通過將溶液與測試模型均置於一定的真空度環境，利用溶液自身的重力或者真空壓差，通過所述測試模型下的滲水管完成飽和過程，這樣可以通過由內至外的飽和過程提高所述測試模型飽和度。在飽和過程中，通過攪拌器對溶液進行攪拌，這樣能夠在長時間飽和過程中保持溶液的混合均勻度，同時能夠有組於溶液中的空氣排出，提升溶液的質量。本領域技術人員應當理解，雖然本實用新型是按照多個實施例的方式進行描述的，但是並非每個實施例僅包含ー個獨立的技術方案。說明書中如此敘述僅僅是為了清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為ー個整體加以理解，並將各實施例中所涉及的技術方案看作是可以相互組合成不同實施例的方式來理解本實用新型的保護範圍。以上所述僅為本實用新型示意性的具體實施方式
，並非用以限定本實用新型的範圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本實用新型的構思和原則的前提下所作的等同變化、 修改與結合，均應屬於本實用新型保護的範圍。
權利要求1.一種離心動力模型試驗飽和裝置，其包括， 一個飽和箱，用於在對土工離心動力模型進行飽和的過程中密封測試模型，從而在所述測試模型周圍形成真空； 至少一個溶液櫃，用於存儲用來使土工離心模型飽和的溶液； 至少一個真空泵，用於對所述飽和箱以及所述溶液櫃形成真空； 至少一個置於所述飽和箱內的模型箱，用於承載所述測試模型，並向所述測試模型輸送所述溶液； 所述飽和箱包括一個箱體以及一個密封蓋，所述箱體設置有抽氣管以及至少一個供液管，所述抽氣管與所述真空泵相連； 其特徵在於， 所述模型箱設置在所述飽和箱內，所述模型箱底部設置有用於輸送液體的管壁上設有多個孔洞的滲水管，所述滲水管的一端連接有一根豎直放置的輸水管，所述模型箱內進一步設置有一個覆蓋在所述滲水管上的所述測試模型，所述輸水管高度大於所述測試模型高度； 所述溶液櫃包括櫃體和上蓋，所述櫃體底部設置有排水管，所述櫃體上部設置有排氣管，所述排氣管與所述真空泵連接，所述排水管通過所述飽和箱的所述供液管與所述模型箱的所述輸水管連接； 所述溶液櫃的所述上蓋設置有攪拌電機以及與所述攪拌電機相連的攪拌器，所述攪拌器的長度小於所述櫃體的高度。
2.根據權利要求I所述的離心動力模型試驗飽和裝置，其特徵在於，所述離心動力模型試驗飽和裝置進一步包括一個控制櫃，所述控制櫃分別與所述真空泵以及所述攪拌電機連接。
3.根據權利要求I所述的離心動力模型試驗飽和裝置，其特徵在於，所述溶液櫃的所述櫃體外側設置有一個溶液高度觀測裝置。
4.根據權利要求2所述的離心動力模型試驗飽和裝置，其特徵在於，所述離心動力模型試驗飽和裝置進一步包括一個溶液補給罐，所述溶液補給罐包括一個溶液出口，所述溶液櫃進一步包括一個補液口，所述溶液出口與所述補液口連接。
5.根據權利要求4所述的離心動力模型試驗飽和裝置，其特徵在於，所述溶液櫃的補液口、排水管、排氣管以及所述飽和箱的所述供液管均設置有電磁閥，所述電磁閥均與所述控制櫃連接。
6.根據權利要求I所述的離心動力模型試驗飽和裝置，其特徵在於，所述攪拌器為旋槳式攪拌器，包括至少一組3片推進式螺旋槳葉，所述攪拌器的轉軸與所述上蓋不垂直。
7.根據權利要求I所述的離心動力模型試驗飽和裝置，其特徵在於，所述攪拌器為渦輪式攪拌器。
專利摘要一種離心動力模型試驗飽和裝置，其包括一個飽和箱，至少一個真空泵，至少一個置於所述飽和箱內的模型箱，所述模型箱底部設置有用於輸送液體的設有多個孔洞的滲水管，所述滲水管的一端連接有一根豎直放置的輸水管，所述模型箱內進一步設置有一個覆蓋在所述滲水管上的所述測試模型，所述輸水管高度大於所述測試模型高度；所述溶液櫃包括櫃體和上蓋，所述上蓋設置有攪拌電機以及與所述攪拌電機相連的攪拌器，所述攪拌器的長度小於所述櫃體的高度。本實用新型所提供的離心動力模型試驗飽和裝置，通過由內至外的飽和過程提高所述測試模型飽和度，能夠在長時間飽和過程中保持溶液的混合均勻度，提升溶液的質量。
文檔編號G01N1/28GK202599735SQ20122027873
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月13日 優先權日2012年6月13日
發明者侯瑜京, 溫彥鋒, 張雪東 申請人:中國水利水電科學研究院