专利名称：土工离心模型试验真空饱和装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能够在指定真空度下，以一定速率对模型土样进行饱和的土工离心模型试验真空饱和装置。
背景技术：
目前关于土工离心模型试验装置的设计并不多，只有用于模型试验的成像装置及模型测试桩，暂未发现适用于土工离心模型试验的真空饱和装置。土工离心模型试验对模型土样的饱和有特殊的要求。首先，饱和对象的体积较大。 受到离心机最大离心加速度和现有传感器强度的限制，模型比尺不能太大，导致盛装模型土样的模型箱尺寸不能太小，一般达到Im3的级别。其次，模型土样的饱和时间较长。由于模型土样的饱和度对实验结果影响很大，因此为了使模型土样获得较大的饱和度，保证实验结果的可信度，要求饱和模型土样尽量缓慢，势必造成整个饱和过程要持续较长的时间。 再次，饱和模型土样的压差只能介于一定的范围之内。在土工离心机模型实验中，模型土样的饱和过程很复杂一方面，要克服土样的渗透力作用，要求负压差有一定的下限值；另一方面，饱和的速度又不能太快，否则会发生模型土样的渗透破坏，这就要求负压差又必须有一定的上限值。因此在土工离心机模型实验中，模型土样的饱和要求负压差在一定的范围内。最后，模型土样的饱和速度要求可控。在土工离心模型试验中，模型土样的饱和是从底部开始，一般要求饱和液体的液面高于模型土样表面Icm左右。在饱和过程中，模型箱放在饱和箱中，一般看不到液面的变化，常规做法是预先设定一个饱和时间，通过控制饱和速度来达到“lcm”这样一个要求。饱和速度太大，超出Icm的要求甚至溢出模型箱；饱和速度太小，上部的模型土样不能饱和，这就要求在饱和过程中，必须控制好饱和的速度。现有的饱和装置存在饱和对象的体积较小，饱和时间短，特定负压差不能设定，饱和的速度无法控制的不足，不能完全满足土工离心模型试验饱和土样制备的特殊性要求。
发明内容本实用新型要克服现有饱和装置存在的上述不足，提供了一种饱和能力不受饱和对象体积限制且饱和速度可控的土工离心模型试验真空饱和装置。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是土工离心模型试验真空饱和装置，包括为整套装置提供动力的真空泵，其特征在于所述真空泵的一端与电源控制柜连接，另一端与作为整套装置的储能器的水汽分离罐相连，所述水汽分离罐通过电接点真空压力表与所述电源控制柜连接，所述真空泵根据所述电接点真空压力表设定的压力上限值和下限值实时关闭与启动；所述水汽分离罐的顶部设有三通阀，所述三通阀的进气口安装在所述水汽分离罐上；所述三通阀的第一出气口通过管路一连接至用于提供饱和空间的饱和箱，所述饱和箱从整套装置中分离出来，其上设有精密压力表；所述三通阀的第二出气口通过管路二连接至饱和系统的供油罐；所述饱和系统包括支撑架，所述供油灌固定在所述支撑架上，所述供油罐用于提供饱和液体，其底部通过管路三连接至饱和箱中的模型箱；所述管路一由第一真空调压阀和第一球阀通过透明塑料管并联组成，用于粗调与微调所述饱和箱的压力，由于饱和箱容积较大，采用较细的管线抽真空会占用较长的时间，因此在抽真空初始阶段，利用接有第一球阀的粗管线；当饱和箱的真空度接近预设的值时，关闭第一球阀，采用第一真空调压阀对饱和箱的真空度进行精调，使其达到预设的真空度；所述管路二为接有第二真空调压阀的通气管路，用于调节所述供油罐的压力；所述管路三为通油管路，由可调速的流量计和第三球阀串联组成，所述流量计用于调节饱和液体的流速。进一步，所述供油灌的顶部连接有与其相通的补给灌，所述补给灌敞口固定在所述支撑架上方，用于向所述供油罐内补给饱和液体。优选的，所述饱和箱的容积可以根据模型箱的大小确定，且其摆放位置可以根据试验场地灵活变化。优选的，所述的供油灌和补给灌的材料为有机玻璃。使用时，将整套装置的各部件组装完毕后，通过以下步骤对离心机模型箱内的模型土样进行饱和第一，关闭所有球阀并调节流量计使其处于关闭状态，向补给罐中加入要饱和的液体，打开第二球阀使饱和液体流入供油罐，直到充满其容积的80%为止，关闭第二球阀。第二，调节电接点真空压力表，设定压力的上限值和下限值。第三，打开第四球阀和电源使真空泵启动。第四，打开第五球阀、第一球阀和真空调压阀，对饱和箱进行抽真空，直到饱和箱内的真空度接近预设的值，关闭第一球阀，调节真空调压阀使饱和箱内的压力达到设定的压力值；调节真空调压阀，使供油罐的压力达到预设的值。第五，待饱和箱和供油罐的压力都达到设定的值时开始进行饱和，打开第三球阀， 调节流量计，使得饱和液体的流速达到设定的值，并同时记录时刻。管路一由第一真空调压阀和第一球阀通过透明塑料管并联而成，不仅可以快速地对饱和箱抽真空提高效率，同时可以精细地调节饱和箱的真空度，实现对饱和箱压力的粗调和精调；管路二上安装有第二真空调压阀，可以精确地控制供油罐内部的压力；通过这两套管路的真空调压阀，可以准确地将模型土样的饱和负压差控制在设定的范围内。管路三接有可以调节流速的流量计，在第三真空调压阀的配合下，可以调节饱和液体的流速来控制整个饱和过程的节奏，以保证饱和的质量。本实用新型的有益效果(1)弥补了常规饱和装置饱和空间小的不足，通过分离饱和空间(单独设置饱和箱)来实现体积较大的模型土样的饱和，饱和箱的容积可以根据模型箱的大小确定，且其摆放位置可以根据试验场地灵活变化。( 2 )借助管路一和管路二的真空调压阀，精确地控制模型土样的饱和真空度，保证实验所需要的任意一个真空度环境，充分满足土工离心机模型实验所要求的特定范围。(3)真空泵根据电接点真空压力表设定的压力上限值和下限值进行实时地关闭与启动，而不需要长时间超负荷的运转，从而满足了土工离心机模型实验模型土样饱和时间长的要求，不需要人工控制。(4)使用可调速的流量计来控制饱和的速度，保证饱和的质量。
图1是本实用新型的装配图。图中1.电源控制柜，2.真空泵，3.电接点真空压力表，4.第四球阀，5.水汽分离罐，6.第五球阀，7.三通阀，8.第一真空调压阀，9.第一球阀，10.饱和箱，11.精密压力表， 12.第二真空调压阀，13.补给罐，14.第二球阀，15.供油罐，16.流量计，17.支撑架，18.第三球阀，19.模型箱。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明参照图1，本实用新型所述的土工离心模型试验真空饱和装置，包括为整套装置提供动力的真空泵2，所述真空泵2的一端与电源控制柜1连接，所述真空泵2的另一端与作为整套装置的储能器的水汽分离罐5相连，所述水汽分离罐5通过电接点真空压力表3与所述电源控制柜连接，所述真空泵2根据所述电接点真空压力表3的压力上限值和下限值实时关闭与启动；所述水汽分离罐5的顶部设有三通阀7，所述三通阀7的进气口安装在所述水汽分离罐5上；所述三通阀7的第一出气口通过管路一连接至用于提供饱和空间的饱和箱10，所述饱和箱10从整套装置中分离出来，其上设有精密压力表11 ；所述三通阀7的第二出气口通过管路二连接至饱和系统的供油罐15 ；所述饱和系统包括支撑架17，所述供油灌15固定在所述支撑架17上，所述供油罐15用于提供饱和液体，其底部通过管路三连接至饱和箱10中的模型箱19 ；所述管路一由第一真空调压阀8和第一球阀9通过透明塑料管并联组成，用于粗调与微调所述饱和箱10的压力，由于饱和箱10容积较大，采用较细的管线抽真空会占用较长的时间，因此在抽真空初始阶段，利用接有第一球阀9的粗管线；当饱和箱10的真空度接近预设的值时，关闭第一球阀9，采用第一真空调压阀8对饱和箱10的真空度进行精调，使其达到预设的真空度；所述管路二为接有第二真空调压阀12的通气管路，用于调节所述供油罐15的压力；所述管路三为通油管路，由可调速的流量计16和第三球阀18串联组成，所述流量计16用于调节饱和液体的流速。所述供油灌15的顶部连接有与其相通的补给灌13，所述补给灌13敞口固定在所述支撑架17上方，用于向所述供油罐15内补给饱和液体。所述饱和箱10的容积可以根据模型箱19的大小确定，且其摆放位置可以根据试验场地灵活变化。所述的供油灌15和补给灌13的材料为有机玻璃。使用时，将整套装置的各部件组装完毕后，通过以下步骤对离心机模型箱内的模型土样进行饱和第一，关闭所有球阀并调节流量计16使其处于关闭状态，向补给罐13中加入要饱和的液体，打开第二球阀14使饱和液体流入供油罐15，直到充满其容积的80%为止，关闭第二球阀14。第二，调节电接点真空压力表3，设定压力的上限值和下限值。第三，打开第四球阀4和电源使真空泵2启动。第四，打开第五球阀6、第一球阀9和真空调压阀8，对饱和箱10进行抽真空，直到饱和箱10内的真空度接近预设的值，关闭第一球阀9，调节真空调压阀8使饱和箱10内的压力达到设定的压力值；调节真空调压阀12，使供油罐15的压力达到预设的值。第五，待饱和箱10和供油罐15的压力都达到设定的值时开始进行饱和，打开第三球阀18，调节流量计16，使得饱和液体的流速达到设定的值，并同时记录时刻。管路一由第一真空调压阀8和第一球阀9通过透明塑料管并联而成，不仅可以快速地对饱和箱10抽真空提高效率，同时可以精细地调节饱和箱10的真空度，实现对饱和箱 10压力的粗调和精调；管路二上安装有第二真空调压阀12，可以精确地控制供油罐15内部的压力；通过这两套管路的真空调压阀，可以准确地将模型土样的饱和负压差控制在设定的范围内。管路三接有可以调节流速的流量计16，在第三真空调压阀18的配合下，可以调节饱和液体的流速来控制整个饱和过程的节奏，以保证饱和的质量。本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求1.土工离心模型试验真空饱和装置，包括为整套装置提供动力的真空泵，其特征在于 所述真空泵的一端与电源控制柜连接，另一端与作为整套装置的储能器的水汽分离罐相连，所述水汽分离罐通过电接点真空压力表与所述电源控制柜连接，所述真空泵根据所述电接点真空压力表设定的压力上限值和下限值实时关闭与启动；所述水汽分离罐的顶部设有三通阀，所述三通阀的进气口安装在所述水汽分离罐上；所述三通阀的第一出气口通过管路一连接至用于提供饱和空间的饱和箱，所述饱和箱从整套装置中分离出来，其上设有精密压力表；所述三通阀的第二出气口通过管路二连接至饱和系统的供油罐；所述饱和系统包括支撑架，所述供油灌固定在所述支撑架上，所述供油罐用于提供饱和液体，其底部通过管路三连接至饱和箱中的模型箱；所述管路一由第一真空调压阀和第一球阀通过透明塑料管并联组成，用于粗调与微调所述饱和箱的压力，由于饱和箱容积较大，采用较细的管线抽真空会占用较长的时间，因此在抽真空初始阶段，利用接有第一球阀的粗管线；当饱和箱的真空度接近预设的值时，关闭第一球阀，采用第一真空调压阀对饱和箱的真空度进行精调，使其达到预设的真空度； 所述管路二为接有第二真空调压阀的通气管路，用于调节所述供油罐的压力； 所述管路三为通油管路，由可调速的流量计和第三球阀串联组成，所述流量计用于调节饱和液体的流速。
2.根据权利要求1所述的土工离心模型试验真空饱和装置，其特征在于所述供油灌的顶部连接有与其相通的补给灌，所述补给灌敞口固定在所述支撑架上方，用于向所述供油罐内补给饱和液体。
专利摘要土工离心模型试验真空饱和装置，包括为整套装置提供动力的真空泵，所述真空泵的一端与电源控制柜连接，所述真空泵的另一端与作为整套装置的储能器的水汽分离罐相连，所述水汽分离罐通过电接点真空压力表与所述电源控制柜连接，所述真空泵根据所述电接点真空压力表设定的压力上限值和下限值实时关闭与启动；所述水汽分离罐的顶部设有三通阀，所述三通阀的第一出气口通过管路一连接至用于提供饱和空间的饱和箱，所述饱和箱从整套装置中分离出来；所述三通阀的第二出气口通过管路二连接至饱和系统的供油罐；所述供油罐底部通过管路三连接至饱和箱中的模型箱。不受饱和对象容积限制，饱和速度可控，保证饱和质量。
文档编号G01N1/28GK202033229SQ20112002572
公开日2011年11月9日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者凌道盛, 周燕国, 孔令刚, 郭恒, 陈云敏, 黄博, 黄根清 申请人:浙江大学