[发明专利]一种用于离心模型试验的循环供水系统及其使用方法有效
申请号: | 201310132594.7 | 申请日: | 2013-04-17 |
公开(公告)号: | CN103233484A | 公开(公告)日: | 2013-08-07 |
发明(设计)人: | 王秋生;陈淑婧;梁建辉;侯瑜京 | 申请(专利权)人: | 北京工业大学 |
主分类号: | E02D33/00 | 分类号: | E02D33/00 |
代理公司: | 北京尚德技研知识产权代理事务所(普通合伙) 11378 | 代理人: | 严勇刚 |
地址: | 100022 *** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 用于 离心 模型 试验 循环 供水系统 及其 使用方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种应用于土工离心模型试验的供水系统及其使用方法。
背景技术
土石坝占国内外已建坝总数的90%以上,土石坝的溃坝机理和风险调控研究历来受到坝工界的普遍重视,中国是世界上土石坝数量最多的国家,近年来,为适应国家防洪抗旱和水电开发的需要,大型土石坝还在不断兴建。土石坝溃坝过程极其复杂,且溃决时水头落差大,难以及时修堵,土石坝一旦溃决,会对下游居民的生命财产安全构成严重威胁。当前土石坝溃坝问题的计算理论还不成熟,相关理论研究和模型的建立需要大量详实可靠的实验数据加以验证。离心模型试验通过离心力场模拟重力场,能够保证原型和模型的应力状态一致,是研究土石坝溃坝等岩土工程破坏问题的一种经济有效的手段。但是离心模型试验中的水流供给问题一直是一个技术难题。剑桥大学和曼彻斯特大学曾相继建成以压缩空气驱动的离心模型试验水流控制系统,这两套系统虽然性能相对稳定,但是结构复杂、体积庞大,研制费用较高;香港科技大学在热电耦合效应基础上研制了一套水流控制系统(参见Limin Zhang&Ting Hu.Development of a water control facility for centrifugal model Tests.Centrifuge91.1991.527-530.),该系统通过电流调节,最大能够提供25l/min的流量。上述通过外接水源给离心机模型箱供水会引起离心机运转过程中配重的不平衡。如果需要持续供水,则多余的水量直接排到离心机室,过大的空气湿度会影响离心机的使用寿命。同时,普通的外接水源难以提供足够大的流量。
发明内容
本发明提供了一种用于离心模型试验的循环供水系统及其使用方法,该系统可减少或避免前面所提到的问题。
为解决上述问题,本发明提出了一种用于离心模型试验的循环供水系统使用方法,其中,所述循环供水系统包括一个离心模型台架,所述离心模型台架包括一个模型台以及与所述模型台固定连接的支撑框;所述模型台为长方形箱体,在所述模型台中设置有一块隔离板,以所述隔离板为界,所述模型台一侧为模型部,另一侧为蓄水部,所述蓄水部设置有一个线管和一个进水管;所述支撑框固定连接在所述模型台下方,所述支撑框包括一个矩形底板,所述底板四角分别设置有一根立柱,在相邻的所述立柱顶部之间设置有安装梁,在相邻的所述立柱之间设置有可拆卸的隔离网;所述支撑框固定连接有一个潜水泵;所述循环供水系统还包括一个用于盛放水体和放置所述离心模型台架的模型箱;
所述方法包括如下步骤:
步骤A,将所述潜水泵固定连接在所述支撑框的所述矩形底板上,把所述模型台吊放在所述支撑框上方,把所述潜水泵的电源线缆穿过所述线管,把所述潜水泵的出水口与所述进水管连接,然后把所述模型台与所述支撑框固定连接,之后,在所述支撑框上装上所述隔离网;
步骤B,将安装好所述潜水泵的所述离心模型台架放置到所述模型箱中,把所述潜水泵的电源线缆与外部电源连接,往所述模型箱中加水,在水面淹没所述潜水泵后停止加水,测试所述潜水泵,测试结束后切断所述潜水泵的电源连接,将所述离心模型台架从所述模型箱中取出;
步骤C,将所述离心模型台架放置到坝体安装工作台上,在所述离心模型台架的所述模型部制作土工离心模型;
步骤D,将所述离心模型台架吊放入所述模型箱并进行固定,将所述模型箱吊放入离心机吊篮并固定,将所述潜水泵的电源线缆与外部电源连接。
优选地,在上述使用方法中,所述隔离板上设置有容量刻度线,在步骤B中,测试所述潜水泵时,记录所述蓄水部中水面到达不同刻度线的时间,从而推算出所述蓄水部的进水流量。
优选地,所在步骤D中,在离心试验开始后,即可启动所述潜水泵,所述潜水泵将水通过所述进水管抽送到所述蓄水部,所述蓄水部的水蓄满后即可通过所述隔离板溢入到所述模型部,溢入到所述模型部的水在冲蚀土工模型后回流到所述模型箱,从而实现了循环供水。
一种专用于上述的方法的循环供水系统,所述循环供水系统包括,一个离心模型台架,所述离心模型台架包括一个用于放置土工模型的模型台以及与所述模型台固定连接的支撑框;
所述模型台为顶面和一个侧面置空的长方形箱体,在所述模型台中设置有一块隔离板,以所述隔离板为界,所述模型台侧面置空的一侧为用于放置所述土工模型的模型部,另一侧为用于蓄水的蓄水部,所述蓄水部内设置有一个用于穿线缆的线管和一个进水管;
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