专利名称：模拟承压含水土层渗流的多功能长方体土工模型试验系统的制作方法
技术领域：
模拟承压含水土层渗流的多功能长方体土工模型试验系统技术领域[0001]本实用新型涉及一种岩土工程土工试验系统，尤其是一种模拟承压含水土层渗流的多功能长方体土工模型试验系统。
背景技术：
[0002]目前，公知的土工模型试验又称为小比尺试验，是将土工建筑物或地基及基础缩小若干倍后放入模型箱中进行室内试验，来获取模型中土样的基本参数，为预测原型的强度和变形提供资料，这样可以克服原位试验场地条件的限制以及足尺试验成本过高等不利因素。模型试验中用于盛土的试验仪器是必不可少的装置。近年来，用于常规开挖、加载静力试验和含潜水土层渗流试验模型箱有较大的发展，却鲜见用于模拟承压含水土层渗流时测量土体应力、应变，孔隙水压力变化的试验装置，此类型模型试验装置的缺失使得在模拟城市地下承压水层水位降低造成地面沉降的试验工作开展起来非常困难，阻碍了相关科研工作的进行。发明内容[0003]为了克服传统模型箱进行承压含水土层渗流试验功能上的不足，本实用新型提供一种模拟承压含水土层渗流的多功能长方体土工模型试验系统，不仅可以用于含潜水土层进行降水和回灌的模型试验，而且通过设置可加压系统，使此种实用新型也可以用于承压含水土层进行降水和回灌的模型试验。[0004]为达到上述目的，本实用新型的构思是:在原有箱体和水管路系统上增加加压装置。在量测好模型箱顶面开口长宽尺寸后，按照此尺寸制作具有5cm厚度的钢顶板，沿顶板面一侧均匀开凿不贯穿顶板的12个圆孔，12个圆柱形钢活塞杆分别焊接入圆孔中，每个活塞杆穿入一个弹簧中。弹簧便直立在活塞杆外并且垂直支撑于钢顶板上。再制作一个钢盖板，在同样的位置开凿12个贯穿圆孔，保证盖板可以从另外一侧穿过活塞杆覆盖在弹簧的另一侧上。在土样和水装载进模型箱后，将其上安置了活塞杆和弹簧的钢顶板放入于模型箱中至于水面上，再将盖板穿过活塞覆盖在12个弹簧之上，通过千斤顶对盖板加压，造成盖板变形，弹簧作用力通过顶板传递至水面，并且千斤顶的压力施加到一定值后，用螺栓螺母将盖板和箱体上部外卡角钢固定，撤去千斤顶后亦可以形成持续性加压系统。压力从千斤顶通过加压系统均匀传递给主箱体中水，且压力的大小可以通过弹簧的变形控制。因此在进行土层渗流试验之前，已经赋予了土中水一定压力，以模拟承压水。结合管路系统，此多功能模型试验系统可以进行含潜水、承压水地层在降水和回灌过程中土层竖向变形规律的渗流试验研究。[0005]根据上述实用新型构思，本实用新型采用下述技术方案:一种模拟承压含水土层渗流的多功能长方体土工模型试验系统，包括长方体型箱体，底部支撑框架、进出水管系统和土压力与孔隙水压力测量系统，其特征在于:所述长方体型箱体顶部装有一个加压装置。[0006]特征在于所述的加压装置包括顶板、导杆、弹簧和盖板，所述顶板置于所述长方体型箱体顶部内腔中与长方体型箱体滑配，顶板上均布固定垂直连接的若干根所述导杆，每根导杆上套装一个所述弹簧，所述盖板上有与导杆滑配的穿孔，导杆穿过穿孔而使盖板支撑于各弹簧上，盖板的四周边缘上有与长方体型箱体顶端四周角钢相对应的螺栓孔，有备用的千斤顶可对盖板施压，在施压至设定压力后，通过螺栓螺母实现盖板与长方体型箱体可拆卸连接保持恒定压力值。[0007]所述的长方体型箱体顶部安置一圈外卡的角钢，长方体型箱体的正面装有有机玻璃面板，长方体型箱体右侧壁的上、中、下部分分别有上部进出水口，中部进出水口和下部进出水口，长方体型箱体左侧壁的上部有两个量测仪器导线入口，下部有一个下部进出水□。[0008]所述进出水管系统是水泵连接口通过管路分成两路，一路经一个进水管路总止水阀后通过三通接头连接一根进出水管，该进出水管的一端通过三通接头接通长方体型箱体右侧壁的上部进出水口、中部进出水口和下部进出水口，另一端通过一个排水管路总止水阀接排水管路；另一路经另一进水管路总止水阀后通过三通接头，然后通过长方体型箱体下部止水阀接通长方体型箱体左侧壁的下部进出水口，并通过另一个排水管路总止水阀接排水管路；所述土压力和孔隙水压力测量系统的传感器导线通过长方体型箱体左侧壁上的导线入口引入长方体型箱体内部。[0009]本实用新型的有益效果是，不但可以进行含潜水土层渗流的模型试验，也可以通过增加顶板，弹簧，盖板组成的加压装置进行承压含水层的渗流模型试验。仪器简单，便于操作，并且承压水压力大小可以控制。
[0010]
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。[0011]图1是模型试验系统总体组装图。[0012]图2是本实用新型的顶板组装图。[0013]图3是模型试验系统的主箱体结构图。[0014]图4是模型试验系统箱体的总体组装图。[0015]图5是模型试验系统的进、出水管路图。
具体实施方式
[0016]本实用新型的优选实施例结合附图详述如下:[0017]实施例一:[0018]参见图1，本模拟承压含水土层渗流的多功能长方体土工模型试验系统，包括长方体型箱体，底部支撑框架、进出水管系统和土压力与孔隙水压力测量系统，其特征在于:所述长方体型箱体顶部装有一个加压装置。[0019]实施例二:[0020]参见图1 5，本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下:所述的加压装置包括顶板(3)、导杆(I)、弹簧(2)和盖板(4)，所述顶板(3)置于所述长方体型箱体(5)顶部内腔中与长方体型箱体滑配，顶板(3)上均布固定垂直连接的若干根所述导杆(I )，每根导杆(I)上套装一个所述弹簧(2)，所述盖板(4)上有与导杆(I)滑配的穿孔，导杆(I)穿过穿孔而使盖板(4)支撑于各弹簧(2)上，盖板(4)的四周边缘上有与长方体型箱体(5)顶端四周角钢(13)相对应的螺栓孔，有备用的千斤顶可对盖板施压，在施压至设定压力后，通过螺栓螺母实现盖板(4)与长方体型箱体(5)可拆卸连接保持恒定压力值。所述的长方体型箱体(5)顶部安置一圈外卡的角钢(13)，长方体型箱体(5)的正面装有有机玻璃面板(6)，长方体型箱体(5 )右侧壁的上、中、下部分分别有上部进出水口( 7 )，中部进出水口( 8 )和下部进出水口(9)，长方体型箱体(5)左侧壁的上部有两个量测仪器导线入口(11、12)，下部有一个下部进出水口(10)。所述进出水管系统是水泵连接口(23)通过管路分成两路，一路经一个进水管路总止水阀(19)后通过三通接头连接一根进出水管，该进出水管的一端通过三通接头接通长方体型箱体(5)右侧壁的上部进出水口(7)、中部进出水口(8)和下部进出水口(9)，另一端通过一个排水管路总止水阀(21)接排水管路；另一路经另一进水管路总止水阀(20 )后通过三通接头，然后通过长方体型箱体(5 )下部止水阀(18 )接通箱体左侧壁的下部进出水口( 10)，并通过另一个排水管路总止水阀(20)接排水管路；所述土压力和孔隙水压力测量系统的传感器导线通过长方体型箱体(5)左侧壁上的导线入口(11、12)引入长方体型箱体(5)内部。[0021]实施例三:[0022]参见图1 5，本模拟承压含水土层渗流的多功能长方体土工模型试验系统:见图1，整个模型系统的组装形式，加压系统、长方体型箱体(5)和降水、回灌管路系统一起放置在作为支撑系统的底部支撑框架(14)上。[0023]见图2，导杆(I)焊接到顶板上(3)预留的圆孔中固定，弹簧(2)分别套入导杆(I)中，竖直直立在顶板(3 )上。[0024]见图3，模型箱长度方向采用有机玻璃面板(6)，便于试验中图像的采集，长方体型箱体(5)顶面安置一圈外卡角钢(13)，角钢上均匀开孔，盖板(4)上对应位置亦开孔，使得螺栓可以插入角钢(13)和盖板(4)的开孔中，将二者固定。由于试验时长方体型箱体(5)内部是密封的，所以预留量测仪器导线入口(11、12)，土压力与孔隙水压力量测系统传感器的导线可通过其设置在长方体型箱体(5)内部。[0025]见图4，放置在底部支撑框架(14 )长方体型箱体(5 )在装载土样和水后，水面将高出土样平面一定距离，将已经组装好的顶板(3)、导杆(I)和弹簧(2)—起放入长方体型箱体(5)的水面上，为防止少量水通过顶板(3)与长方体型箱体(5)空隙间溢出，将顶板(3)周围粘贴一圈高密度海绵，以提高整个模型装置的密封性。再将盖板(4)通过孔洞穿过对应的导杆(1)，支承于弹簧之上，并且利用导杆(I)限制盖板(4)的水平向运动。弹簧(2)的顶面高度高于长方体型箱体(5)的顶面，以保证盖板(4)在压力下能与弹簧(2)协调变形，而非直接支承于角钢(13)上，当千斤顶对盖板(4)加压到所需压力值时，用螺栓螺母固定外卡角钢(13)与盖板(4)，此时撤去千斤顶亦可保持持续加压状态。应选用刚度较大的弹簧(2)，目的是能使盖板(4)在一定位移范围内，压力变化范围更大。[0026]见图5，水泵连接口(23)与水泵连接，通过水泵从外界抽水为模型系统提供试验用水，关闭管路系统进水管路总止水阀(20)和排水管路总止水阀(21)，打开长方体型箱体下部分止水阀(18)，进水管路总止水阀(19)和排水管路总止水阀(22)，适当打开长方体型箱体上部分止水阀(15)，长方体型箱体中部分止水阀(16)，长方体型箱体下部分止水阀(17)，保证进水速度小于排水速度时，即可进行降水试验；打开长方体型箱体下部分止水阀(18)、进水管路总止水阀(20)和排水管路总止水阀(21)，关闭进水管路总止水阀(19)，排水管路总止水阀(22)，适当打开长方体型箱体上部分止水阀(15)，长方体型箱体中部分止水阀(16)，长方体型箱体下部分止水阀(17)，保证进水速度大于排水速度时，即可进行回灌试验。
权利要求1.一种模拟承压含水土层渗流的多功能长方体土工模型试验系统，包括长方体型箱体(5)，底部支撑框架(14)、进出水管系统和土压力与孔隙水压力测量系统，其特征在于:所述长方体型箱体(5)顶部装有一个加压装置。
2.根据权利要求1所述的模拟承压含水土层渗流的多功能长方体土工模型试验系统，其特征在于所述的加压装置包括顶板(3)、导杆(I)、弹簧(2)和盖板(4)，所述顶板(3)置于所述长方体型箱体(5)顶部内腔中与箱体滑配，顶板(3)上均布垂直焊接的若干根所述导杆(1)，每根导杆(I)上套装一个所述弹簧(2)，所述盖板(4)上有与导杆(I)滑配的穿孔，导杆(I)穿过穿孔而使盖板(4 )支撑于各弹簧(2 )上，盖板(4 )的四周边缘上有与长方体型箱体(5)顶端四周角钢(13)相对应的螺栓孔，有备用的千斤顶可对盖板施压，在施压至设定压力后，通过螺栓螺母实现盖板(4)与长方体型箱体(5)可拆卸连接保持恒定压力值。
3.根据权利要求1所述的模拟承压含水土层渗流的多功能长方体土工模型试验系统，其特征在于:所述的长方体型箱体(5)顶部安置一圈外卡的角钢(13)，长方体型箱体(5)的正面装有有机玻璃面板(6)，长方体型箱体(5)右侧壁的上、中、下部分分别有上部进出水口(7)，中部进出水口(8)和下部进出水口(9)，长方体型箱体(5)左侧壁的上部有两个量测仪器导线入口(11、12)，下部有一个下部进出水口(10)。
4.根据权利要求3所述的模拟承压含水土层渗流的多功能长方体土工模型试验系统，其特征在于:所述进出水管系统是水泵连接口(23)通过管路分成两路，一路经一个进水管路总止水阀(19)后通过三通接头连接一根进出水管，该进出水管的一端通过三通接头接通长方体型箱体(5)右侧壁的上部进出水口(7)、中部进出水口(8)和下部进出水口(9)，另一端通过一个排水管路总止水阀(21)接排水管路；另一路经另一进水管路总止水阀(20)后通过三通接头，然后通过长方体型箱体(5 )下部止水阀(18 )接通箱体左侧壁的下部进出水口(10)，并通过另一个排水管路总止水阀(20)接排水管路；所述土压力和孔隙水压力测量系统的传感器导线通过长方体型箱体(5)左侧壁上的导线入口(11、12)引入长方体型箱体(5)内部。
专利摘要本实用新型涉及一种模拟承压含水土层渗流的多功能长方体土工模型试验系统。针对普通试验系统模拟城市地下承压水层水位降低造成地面沉降的试验比较困难，它在普通长方体模型箱基础上增加了给模型箱中水加压的盖板、弹簧、活塞杆和顶板组成的加压系统。加压系统未放置于模型箱中时，可进行普通的含潜水土层渗流试验。将活塞杆和弹簧组装到顶板的预留孔洞内，放置于模型箱中水面上，再将预留贯穿孔洞的盖板沿活塞杆穿过覆盖在弹簧上，通过千斤顶对盖板加压并通过整个加压系统将压力传递给水，弹簧的调节可以赋予模型箱中水不同初始值的压力以模拟承压含水土层。为土工模型试验中含潜水土层或承压含水土层进行降水和回灌等渗流试验提供了一种多功能的试验设备。
文档编号G01N33/24GK202975004SQ20122048664
公开日2013年6月5日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者李玉岐, 方醒, 翁天泉 申请人:上海大学