專利名稱：一種流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模型試驗(yàn)系統(tǒng)，尤其是一種用于可視化地下工程模型試驗(yàn)的流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和交通事業(yè)的騰飛，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和空間的開發(fā)利用逐步向地下拓展。隨著地下工程建設(shè)數(shù)量的不斷增加，規(guī)模不斷增大，范圍不斷拓展，工程建設(shè)的難度也不斷增加。對(duì)于地下工程，一個(gè)突出的特點(diǎn)就是建筑物長期處于巖(土)體、地下水和氣體的多項(xiàng)介質(zhì)耦合作用下，對(duì)地下工程流-固耦合作用機(jī)理的研究已經(jīng)成為熱點(diǎn)，科學(xué)工作者通過各種研究手段對(duì)地下工程流-固耦合規(guī)律進(jìn)行探索，其中，通過地下工程模型試驗(yàn)對(duì)地下工程進(jìn)行可視化的仿真模擬，是一種行之有效的方法。模型試驗(yàn)是根據(jù)相似理論，將實(shí)際工程轉(zhuǎn)換為室內(nèi)模型進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M的。這要求模型試驗(yàn)中能夠模擬實(shí)際工程中急需解決的關(guān)鍵問題，并且得到明顯的研究規(guī)律來指導(dǎo)施工。但傳統(tǒng)的地下工程模型試驗(yàn)技術(shù)存在明顯的弱點(diǎn)，模型試驗(yàn)系統(tǒng)的可視性差，難以在試驗(yàn)工程中直觀觀測(cè)試驗(yàn)過程；對(duì)真實(shí)條件下的流-固耦合試驗(yàn)技術(shù)研究很少，多通過將水頭作用轉(zhuǎn)化為外加荷載進(jìn)行研究，這樣難以通過試驗(yàn)研究流體與固體的相互作用機(jī)理；缺乏對(duì)材料滲透速率和滲水量的精確測(cè)試方法，對(duì)流-固耦合試驗(yàn)中關(guān)鍵指標(biāo)——滲透性的測(cè)試手段落后。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有模型試驗(yàn)流-固耦合模擬技術(shù)的不足，提供一種透明可視，使用方便，可用于地下工程模型試驗(yàn)的流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)，有利于提高試驗(yàn)過程的可視化，加強(qiáng)試驗(yàn)過程的精確性；對(duì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行密封設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了相似材料上面直接覆蓋水體并施加水壓，真實(shí)模擬流體與固體的耦合作用；設(shè)計(jì)了精確的滲水采集裝置，有利于提高對(duì)材料滲透速率和滲水量測(cè)試的準(zhǔn)確性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:一種流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)，包括透明、防水密封的試驗(yàn)箱，試驗(yàn)箱可以運(yùn)用拼接膠合技術(shù)；試驗(yàn)箱內(nèi)部包括自上而下依次排列的水箱區(qū)、材料區(qū)和水量采集區(qū)，水箱區(qū)與材料區(qū)連通，設(shè)置不同高度的上覆靜態(tài)水體，材料區(qū)內(nèi)填筑相似材料，材料區(qū)與水量采集區(qū)間設(shè)置有透水隔板，水箱區(qū)與水壓控制裝置連接。所述試驗(yàn)箱由底板、若干側(cè)壁、頂板圍成。所述試驗(yàn)箱采用拼接膠合技術(shù)，側(cè)壁之間采用防水玻璃膠粘接，側(cè)壁與底板通過側(cè)壁上設(shè)置的凹槽拼接，并通過玻璃膠加固，頂板上設(shè)有凹槽，與側(cè)壁拼接，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。所述水量采集區(qū)側(cè)壁上設(shè)有刻度標(biāo)尺。所述頂板上設(shè)有水壓控制裝置。
所述模型試驗(yàn)箱，采用有機(jī)玻璃材料制成，厚度為20_，強(qiáng)度和剛度較大，透明可視。本發(fā)明試驗(yàn)箱的防水密封設(shè)計(jì)，側(cè)壁與底板間有流-固耦合相似材料和高強(qiáng)防水密封膠雙重防水措施，頂板的凹槽內(nèi)設(shè)有密封墊，通過螺絲擰緊壓實(shí)密封，實(shí)現(xiàn)了可反復(fù)拆裝的柔性防水設(shè)計(jì)。所述材料區(qū)與水量采集區(qū)間的透水隔板，采用帶有間距為50mm滲水孔的有機(jī)玻璃板，滲水孔直徑為3mm，有機(jī)玻璃板厚10mm，保證水能及時(shí)通過滲水孔，且使相似材料顆粒較少通過滲水孔。所述透水隔板通過支撐固定在試驗(yàn)箱內(nèi)。所述支撐采用間距80mm的Φ 10不銹鋼管，不銹鋼管與滲水孔排列方向垂直。所述水壓控制裝置，包括控制開關(guān)、流量計(jì)、流速計(jì)、加壓泵，控制開關(guān)、流量計(jì)、流速計(jì)、加壓泵藉由水管依次連接，在水箱高度不能滿足水壓要求時(shí)，施加額外的水壓。本發(fā)明首先進(jìn)行試驗(yàn)箱側(cè)壁與底板的拼裝和膠結(jié)密封，并安裝材料區(qū)與水量采集區(qū)間透水隔板和支撐。在透水隔板上方鋪設(shè)3 5cm的粗粒石子，根據(jù)測(cè)試要求，在材料區(qū)鋪設(shè)試驗(yàn)相似材料，可以鋪設(shè)擬測(cè)試滲透性的新型相似材料，或者采用多種相似材料，模擬特殊的地質(zhì)構(gòu)造。材料鋪設(shè)完成后，安裝頂板，放置橡膠條，擰緊螺絲進(jìn)行密封。通過水壓控制裝置，在水箱區(qū)注水，達(dá)到設(shè)計(jì)的靜水高度或施加外部水壓。根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)間，準(zhǔn)確讀取滲水采集區(qū)水位，采集滲水量，并根據(jù)材料區(qū)面積，計(jì)算材料的滲透速率。本發(fā)明開發(fā)了一種用于可視化地下工程模型試驗(yàn)流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)，解決了流-固耦合模型試驗(yàn)中滲水量難以精確采集和滲透速率難以測(cè)試的問題，真實(shí)模擬了水體與相似材料的耦合作用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了模型試驗(yàn)中試驗(yàn)系統(tǒng)的可視化。將可視化滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用于模型試驗(yàn)中，與現(xiàn)有研究相比，實(shí)現(xiàn)了流-固耦合試驗(yàn)滲透速率和滲水量的精確采集，增強(qiáng)了流-固耦合試驗(yàn)過程的可視化，使試驗(yàn)過程更加真實(shí)可信，試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際工程更加接近。本發(fā)明解決了流-固耦合模型試驗(yàn)中滲水量難以精確采集和滲透速率難以測(cè)試的問題，實(shí)現(xiàn)了可視化的真實(shí)流-固耦合過程模擬，具有以下優(yōu)點(diǎn):1、試驗(yàn)系統(tǒng)選用高強(qiáng)度的透明材料，能夠增強(qiáng)試驗(yàn)過程的可視化，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程的直觀觀測(cè)，有利于提高試驗(yàn)過程的準(zhǔn)確性，保證試驗(yàn)結(jié)果的精確度；2、試驗(yàn)系統(tǒng)選用剛度較大的有機(jī)玻璃材料，采用拼接膠合設(shè)計(jì)，能夠保證試驗(yàn)系統(tǒng)的強(qiáng)度和剛度，增強(qiáng)穩(wěn)定性；3、試驗(yàn)系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)多種防水密封手段，根據(jù)裝置性能，在不同部位充分發(fā)揮各種防水材料的優(yōu)勢(shì)，尤其根據(jù)頂板拆裝要求，設(shè)計(jì)了應(yīng)用于反復(fù)拆裝位置的柔性防水，能夠保證裝置使用過程的密封性，為流-固耦合試驗(yàn)提供穩(wěn)定的條件；4、在材料區(qū)與水量采集區(qū)之間設(shè)置透水隔板和支撐，合理設(shè)置滲水孔，能夠?qū)崿F(xiàn)材料滲透的水及時(shí)通過滲水孔進(jìn)入水量采集區(qū)，同時(shí)盡量減少相似材料顆粒的通過，保證滲水量采集的準(zhǔn)確性；5、設(shè)置了外置的水壓控制裝置，可以在試驗(yàn)中模擬不同的靜水高度和施加外加水壓，增加了試驗(yàn)系統(tǒng)的相似模擬范圍，有利于提高試驗(yàn)與工程實(shí)際的相似性。


圖1是本發(fā)明原理示意圖。其中1.側(cè)壁；2.頂板；3.底板；4.高強(qiáng)玻璃膠；5.密封橡膠墊；6.緊固螺絲；
7.水箱區(qū)；8.材料區(qū)；9.水量采集區(qū)；10.刻度標(biāo)尺；11.透水隔板；12.不銹鋼管支撐；13.滲水孔；14.注水開關(guān)；15.流量計(jì)；16.流速計(jì)；17.加壓泵；18.水管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖中，一種用于可視化地下工程模型試驗(yàn)流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)，包括透明的模型試驗(yàn)箱，試驗(yàn)箱運(yùn)用拼接膠合技術(shù)，進(jìn)行防水密封設(shè)計(jì)；試驗(yàn)箱箱體內(nèi)部包括自上而下依次排列的水箱區(qū)7、材料區(qū)8和水量采集區(qū)9三個(gè)部分，水箱區(qū)7與材料區(qū)8連通，設(shè)置不同高度的上覆靜態(tài)水體，材料區(qū)8內(nèi)填筑相似材料，材料區(qū)8與水量采集區(qū)9間設(shè)置透水隔板11和不銹鋼管支撐12，水量采集區(qū)9側(cè)壁上設(shè)有刻度標(biāo)尺10 ;頂板2上設(shè)有水壓控制裝置。所述模型試驗(yàn)箱，采用有機(jī)玻璃材料制成，厚度為20_，強(qiáng)度和剛度較大，透明可視。所述試驗(yàn)箱拼接結(jié)合技術(shù)，四個(gè)側(cè)壁I采用高強(qiáng)玻璃膠4粘接，側(cè)壁I與底板3間通過側(cè)壁I上的凹槽拼接，并通過高強(qiáng)玻璃膠4加固，頂板2上設(shè)有方形凹槽，與側(cè)壁I拼接，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。所述防水密封設(shè)計(jì)，側(cè)壁I與底板3間有流-固耦合相似材料和高強(qiáng)防水密封膠雙重防水措施，頂板2與側(cè)壁I間的凹槽內(nèi)設(shè)有密封橡膠墊5，通過緊固螺絲6擰緊壓實(shí)密封，實(shí)現(xiàn)了可反復(fù)拆裝的柔性防水設(shè)計(jì)。所述材料區(qū)8與水量采集區(qū)9間的透水隔板11，采用帶有間距為50mm滲水孔13的有機(jī)玻璃板，滲水孔13直徑為3mm，有機(jī)玻璃板厚10mm，保證水能及時(shí)通過滲水孔13，且使相似材料顆粒較少通過滲水孔13。所述材料區(qū)8與水量采集區(qū)9間透水隔板11的不銹鋼管支撐12，采用間距80mm的Φ10不銹鋼管支撐12，不銹鋼管支撐12與滲水孔13排列方向垂直。所述水壓控制裝置，由注水控制開關(guān)14、流量計(jì)15、流速計(jì)16、加壓泵17和水管18組成，在水箱高度不能滿足水壓要求時(shí)，施加額外的水壓。上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，包括透明、防水密封的試驗(yàn)箱；試驗(yàn)箱內(nèi)部包括自上而下依次排列的水箱區(qū)、材料區(qū)和水量采集區(qū)，水箱區(qū)與材料區(qū)連通，材料區(qū)與水量采集區(qū)間設(shè)置有透水隔板，水箱區(qū)與水壓控制裝置連接。
2.如權(quán)利要求1所述的流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，所述試驗(yàn)箱由底板、若干側(cè)壁、頂板圍成。
3.如權(quán)利要求2所述的流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，所述側(cè)壁之間采用防水玻璃膠粘接，側(cè)壁與底板藉由側(cè)壁上設(shè)置的凹槽拼接，并藉由玻璃膠加固，頂板上設(shè)有凹槽，與側(cè)壁拼接。
4.如權(quán)利要求3所述的流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，頂板的凹槽內(nèi)設(shè)有密封墊，藉由螺絲擰緊壓實(shí)密封。
5.如權(quán)利要求2所述的流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，所述水量采集區(qū)的側(cè)壁上設(shè)有刻度標(biāo)尺。
6.如權(quán)利要求1所述的流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，所述試驗(yàn)箱采用有機(jī)玻璃材料制成，厚度為20mm。
7.如權(quán)利要求1所述的流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，所述透水隔板為帶有間距為50mm的滲水孔的有機(jī)玻璃板，滲水孔直徑為3mm，有機(jī)玻璃板厚10mm。
8.如權(quán)利要求1或7所述的流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，所述透水隔板藉由支撐固定在試驗(yàn)箱內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，所述支撐采用若干Φ10不銹鋼管，不銹鋼管間距為80mm，不銹鋼管與滲水孔排列方向垂直。
10.如權(quán)利要求1所述的流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是，所述水壓控制裝置，包括控制開關(guān)、流量計(jì)、流速計(jì)、加壓泵，控制開關(guān)、流量計(jì)、流速計(jì)、加壓泵藉由水管依次連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種流-固耦合測(cè)試的滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)，包括透明、防水密封的試驗(yàn)箱；試驗(yàn)箱內(nèi)部包括自上而下依次排列的水箱區(qū)、材料區(qū)和水量采集區(qū)，水箱區(qū)與材料區(qū)連通，材料區(qū)與水量采集區(qū)間設(shè)置有透水隔板，水箱區(qū)與水壓控制裝置連接。本發(fā)明解決了流-固耦合模型試驗(yàn)中滲水量難以精確采集和滲透速率難以測(cè)試的問題，真實(shí)模擬了水體與相似材料的耦合作用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了模型試驗(yàn)中試驗(yàn)系統(tǒng)的可視化。將可視化滲水采集試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用于模型試驗(yàn)中，與現(xiàn)有研究相比，實(shí)現(xiàn)了流-固耦合試驗(yàn)滲透速率和滲水量的精確采集，增強(qiáng)了流-固耦合試驗(yàn)過程的可視化，使試驗(yàn)過程更加真實(shí)可信，試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際工程更加接近。
文檔編號(hào)G01N15/08GK103196808SQ20131010217
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者周毅, 李術(shù)才, 李利平, 周宗青, 陳云娟, 王康, 孫超群, 王旌 申請(qǐng)人:山東大學(xué)