[发明专利]一种可实现高水压模拟的离心模型试验装置

说明书

本发明涉及一种可实现高水压模拟的离心模型试验装置，包括离心机和安装在离心机上的离心模型试验箱，所述离心模型试验箱中设有一个“凸”型水箱，所述“凸”型水箱包括“口”型底板箱、凸出型加水箱和侧板，所述“口”型底板箱和凸出型加水箱完全连通，所述侧板与“口”型底板箱连接，所述“口”型底板箱低于离心模型试验箱，所述侧板与离心模型试验箱的高度相同。与现有技术相比，本发明具有有效实现高水压、实际加水量少、安全性能高以及水压控制精确等优点。

技术领域

本发明涉及土工离心模拟试验，尤其是涉及一种可实现高水压模拟的离心模型试验装置。

背景技术

国内外进行离心机试验对隧道的研究主要集中在隧道开挖对既有结构的影响以及对地层的影响，这两个方面的研究较多。对于隧道开挖面的稳定性和极限支护压力以及隧道的动力学响应研究也有涉及，总体来讲也研究较少。但是无论上述那个方面，都没有针对高水压下隧道的研究。而目前对于高水压条件下隧道的研究，采用的方法主要分为理论研究(包含流固耦合理论解、数值模拟)以及模型试验。理论研究方面大量研究针对隧道施工中渗流场和应力场的耦合研究，不同学者结合不同的工程条件，进行再该环境条件约束下的理论解推导，得出了许多适用于不同情况的流固耦合解析解，同时，辅助以数值模拟的结果进行理论解的验证和规律的研究。模型试验由于所需空间大，模型体量大，耗费人力物力多，研究进行的不多。现状是，高水压条件下隧道的研究无法与离心模型试验进行结合，将理论研究结果与高水压下离心机试验结果进行对比研究。

在其他领域，比如边坡、水利领域的研究，设计的离心模型试验供水装置均在模型箱内供水排水，只能提供常规水位，无法实现高水压的模拟。

造成这一现状的主要原因是虽然隧道的离心机实验相较模型实验具有更准确模拟应力场，用较短的模型实验时间模拟隧道多年实际工作时间的优点，但是现有离心试验装置无法实现对高水压条件的准确模拟。受制于模型箱一般为边长1m左右的立方体，实现高水压模拟需要将水头放大N倍，则需要离心机产生N倍的重力加速度，又考虑到模型试验的边界效应，颗粒尺寸效应等问题，1m的高度无法全部利用，因此能放大产生的水压有限。如果强行提高重力加速度的倍数N，则试验精确度会下降，并且离心机也有最大离心加速度的限制，很难实现。因此如何对现有离心试验装置进行合理可靠的改造与设计，在室内离心模型试验条件下实现对现场高水压作用的真实还原是一个亟待解决的技术瓶颈难题。

然而，现在随着国家经济的发展，在隧道及地下工程领域，目前在规划的几条越江越海长大隧道，工程难度高，环境复杂，成为地下工程研究的新趋势。这几条在规划中的隧道，结构上都面临着长距离，大断面的困难。工程水文地质条件也极为复杂，水深、风大、浪高、流急、地质构造复杂、火山活动与地震活动频繁。隧道结构在如此复杂的水文地质条件下，其受力变形情况将与环境的影响密不可分。而海底隧道的最大特点是水位深，隧道承受的水压力大，水体巨量，作用强烈，并且水量供给无限。而普通模型试验无法模拟如此巨大的水位，在此特点下，高水压条件下的离心模型试验值得研究。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种可实现高水压模拟的离心模型试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可实现高水压模拟的离心模型试验装置，包括离心机和安装在离心机上的离心模型试验箱，所述离心模型试验箱中设有一个“凸”型水箱，所述“凸”型水箱包括“口”型底板箱、凸出型加水箱和侧板，所述“口”型底板箱和凸出型加水箱完全连通，所述侧板与“口”型底板箱连接，所述“口”型底板箱低于离心模型试验箱，所述侧板与离心模型试验箱的高度相同。

所述“口”型底板箱的正面设有方形玻璃窗口。

所述凸出型加水箱侧部设有通过电磁阀控制的排水孔，所述排水孔的数量不少于2个。

所述排水孔与流量计连接。

所述排水孔侧部贴有刻度标尺。