专利名称：一种流-固耦合测试的渗水采集试验系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种模型试验系统，尤其是一种用于可视化地下工程模型试验的流-固耦合测试的渗水采集试验系统。
背景技术：
随着我国社会经济的发展和交通事业的腾飞，基础设施建设和空间的开发利用逐步向地下拓展。随着地下工程建设数量的不断增加，规模不断增大，范围不断拓展，工程建设的难度也不断增加。对于地下工程，一个突出的特点就是建筑物长期处于岩(土)体、地下水和气体的多项介质耦合作用下，对地下工程流-固耦合作用机理的研究已经成为热点，科学工作者通过各种研究手段对地下工程流-固耦合规律进行探索，其中，通过地下工程模型试验对地下工程进行可视化的仿真模拟，是一种行之有效的方法。模型试验是根据相似理论，将实际工程转换为室内模型进行试验模拟的。这要求模型试验中能够模拟实际工程中急需解决的关键问题，并且得到明显的研究规律来指导施工。但传统的地下工程模型试验技术存在明显的弱点，模型试验系统的可视性差，难以在试验工程中直观观测试验过程；对真实条件下的流-固耦合试验技术研究很少，多通过将水头作用转化为外加荷载进行研究，这样难以通过试验研究流体与固体的相互作用机理；缺乏对材料渗透速率和渗水量的精确测试方法，对流-固耦合试验中关键指标——渗透性的测试手段落后。
实用新型内容本实用新型的目的是为克服上述现有模型试验流-固耦合模拟技术的不足，提供一种透明可视，使用方便，可用于地下工程模型试验的流-固耦合测试的渗水采集试验系统，有利于提高试验过程的可视化，加强试验过程的精确性；对模型试验系统进行密封设计，实现了相似材料上面直接覆盖水体并施加水压，真实模拟流体与固体的耦合作用；设计了精确的渗水采集装置，有利于提高对材料渗透速率和渗水量测试的准确性。为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案:一种流-固耦合测试的渗水采集试验系统，包括透明、防水密封的试验箱，试验箱可以运用拼接胶合技术；试验箱内部包括自上而下依次排列的水箱区、材料区和水量采集区，水箱区与材料区连通，设置不同高度的上覆静态水体，材料区内填筑相似材料，材料区与水量采集区间设置有透水隔板，水箱区与水压控制装置连接。所述试验箱由底板、若干侧壁、顶板围成。所述试验箱采用拼接胶合技术，侧壁之间采用防水玻璃胶粘接，侧壁与底板通过侧壁上设置的凹槽拼接，并通过玻璃胶加固，顶板上设有凹槽，与侧壁拼接，增强结构稳定性。所述水量采集区侧壁上设有刻度标尺。所述顶板上设有水压控制装置。[0011]所述模型试验箱，采用有机玻璃材料制成，厚度为20_，强度和刚度较大，透明可视。本实用新型试验箱的防水密封设计，侧壁与底板间有流-固耦合相似材料和高强防水密封胶双重防水措施，顶板的凹槽内设有密封垫，通过螺丝拧紧压实密封，实现了可反复拆装的柔性防水设计。所述材料区与水量采集区间的透水隔板，采用带有间距为50mm渗水孔的有机玻璃板，渗水孔直径为3mm，有机玻璃板厚10mm，保证水能及时通过渗水孔，且使相似材料颗粒较少通过渗水孔。所述透水隔板通过支撑固定在试验箱内。所述支撑采用间距80mm的Φ 10不锈钢管，不锈钢管与渗水孔排列方向垂直。所述水压控制装置，包括控制开关、流量计、流速计、加压泵，控制开关、流量计、流速计、加压泵藉由水管依次连接，在水箱高度不能满足水压要求时，施加额外的水压。本实用新型首先进行试验箱侧壁与底板的拼装和胶结密封，并安装材料区与水量采集区间透水隔板和支撑。在透水隔板上方铺设3 5cm的粗粒石子，根据测试要求，在材料区铺设试验相似材料，可以铺设拟测试渗透性的新型相似材料，或者采用多种相似材料，模拟特殊的地质构造。材料铺设完成后，安装顶板，放置橡胶条，拧紧螺丝进行密封。通过水压控制装置，在水箱区注水，达到设计的静水高度或施加外部水压。根据设计时间，准确读取渗水采集区水位，采集渗水量，并根据材料区面积，计算材料的渗透速率。本实用新型开发了一种用于可视化地下工程模型试验流-固耦合测试的渗水采集试验系统，解决了流-固耦合模型试验中渗水量难以精确采集和渗透速率难以测试的问题，真实模拟了水体与相似材料的 耦合作用，同时实现了模型试验中试验系统的可视化。将可视化渗水采集试验系统应用于模型试验中，与现有研究相比，实现了流-固耦合试验渗透速率和渗水量的精确采集，增强了流-固耦合试验过程的可视化，使试验过程更加真实可信，试验结果与实际工程更加接近。本实用新型解决了流-固耦合模型试验中渗水量难以精确采集和渗透速率难以测试的问题，实现了可视化的真实流-固耦合过程模拟，具有以下优点:1、试验系统选用高强度的透明材料，能够增强试验过程的可视化，实现试验过程的直观观测，有利于提高试验过程的准确性，保证试验结果的精确度；2、试验系统选用刚度较大的有机玻璃材料，采用拼接胶合设计，能够保证试验系统的强度和刚度，增强稳定性；3、试验系统合理设计多种防水密封手段，根据装置性能，在不同部位充分发挥各种防水材料的优势，尤其根据顶板拆装要求，设计了应用于反复拆装位置的柔性防水，能够保证装置使用过程的密封性，为流-固耦合试验提供稳定的条件；4、在材料区与水量采集区之间设置透水隔板和支撑，合理设置渗水孔，能够实现材料渗透的水及时通过渗水孔进入水量采集区，同时尽量减少相似材料颗粒的通过，保证渗水量采集的准确性；5、设置了外置的水压控制装置，可以在试验中模拟不同的静水高度和施加外加水压，增加了试验系统的相似模拟范围，有利于提高试验与工程实际的相似性。
图1是本实用新型原理示意图。其中1.侧壁；2.顶板；3.底板；4.高强玻璃胶；5.密封橡胶垫；6.紧固螺丝；
7.水箱区；8.材料区；9.水量采集区；10.刻度标尺；11.透水隔板；12.不锈钢管支撑；13.渗水孔；14.注水开关；15.流量计；16.流速计；17.加压泵；18.水管。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步说明。图中，一种用于可视化地下工程模型试验流-固耦合测试的渗水采集试验系统，包括透明的模型试验箱，试验箱运用拼接胶合技术，进行防水密封设计；试验箱箱体内部包括自上而下依次排列的水箱区7、材料区8和水量采集区9三个部分，水箱区7与材料区8连通，设置不同高度的上覆静态水体，材料区8内填筑相似材料，材料区8与水量采集区9间设置透水隔板11和不锈钢管支撑12，水量采集区9侧壁上设有刻度标尺10 ;顶板2上设有水压控制装置。所述模型试验箱，采用有机玻璃材料制成，厚度为20_，强度和刚度较大，透明可视。所述试验箱拼接结合技术，四个侧壁I采用高强玻璃胶4粘接，侧壁I与底板3间通过侧壁I上的凹槽拼接，并通过高强玻璃胶4加固，顶板2上设有方形凹槽，与侧壁I拼接，增强结构稳定性。所述防水密封设计，侧壁I与底板3间有流-固耦合相似材料和高强防水密封胶双重防水措施，顶板2与侧壁I间的凹槽内设有密封橡胶垫5，通过紧固螺丝6拧紧压实密封，实现了可反复拆装的柔性防水·设计。所述材料区8与水量采集区9间的透水隔板11，采用带有间距为50mm渗水孔13的有机玻璃板，渗水孔13直径为3mm，有机玻璃板厚10mm，保证水能及时通过渗水孔13，且使相似材料颗粒较少通过渗水孔13。所述材料区8与水量采集区9间透水隔板11的不锈钢管支撑12，采用间距80mm的Φ10不锈钢管支撑12，不锈钢管支撑12与渗水孔13排列方向垂直。所述水压控制装置，由注水控制开关14、流量计15、流速计16、加压泵17和水管18组成，在水箱高度不能满足水压要求时，施加额外的水压。上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
权利要求1.一种流-固耦合测试的渗水采集试验系统，其特征是，包括透明、防水密封的试验箱；试验箱内部包括自上而下依次排列的水箱区、材料区和水量采集区，水箱区与材料区连通，材料区与水量采集区间设置有透水隔板，水箱区与水压控制装置连接。
2.如权利要求1所述的流-固耦合测试的渗水采集试验系统，其特征是，所述试验箱由底板、若干侧壁、顶板围成。
3.如权利要求2所述的流-固耦合测试的渗水采集试验系统，其特征是，所述侧壁之间采用防水玻璃胶粘接，侧壁与底板藉由侧壁上设置的凹槽拼接，并藉由玻璃胶加固，顶板上设有凹槽，与侧壁拼接。
4.如权利要求3所述的流-固耦合测试的渗水采集试验系统，其特征是，顶板的凹槽内设有密封垫，藉由螺丝拧紧压实密封。
5.如权利要求2所述的流-固耦合测试的渗水采集试验系统，其特征是，所述水量采集区的侧壁上设有刻度标尺。
6.如权利要求1所述的流-固耦合测试的渗水采集试验系统，其特征是，所述试验箱采用有机玻璃材料制成，厚度为20mm。
7.如权利要求1所述的流-固耦合测试的渗水采集试验系统，其特征是，所述透水隔板为带有间距为50mm的渗水孔的有机玻璃板，渗水孔直径为3mm，有机玻璃板厚10mm。
8.如权利要求1或7所述的流-固耦合测试的渗水采集试验系统，其特征是，所述透水隔板藉由支撑固定在试验箱内。
9.如权利要求8所述的流-固耦合测试的渗水采集试验系统，其特征是，所述支撑采用若干Φ10不锈 钢管，不锈钢管间距为80mm，不锈钢管与渗水孔排列方向垂直。
10.如权利要求1所述的流-固耦合测试的渗水采集试验系统，其特征是，所述水压控制装置，包括控制开关、流量计、流速计、加压泵，控制开关、流量计、流速计、加压泵藉由水管依次连接。
专利摘要本实用新型公开了一种流-固耦合测试的渗水采集试验系统，包括透明、防水密封的试验箱；试验箱内部包括自上而下依次排列的水箱区、材料区和水量采集区，水箱区与材料区连通，材料区与水量采集区间设置有透水隔板，水箱区与水压控制装置连接。本实用新型解决了流-固耦合模型试验中渗水量难以精确采集和渗透速率难以测试的问题，真实模拟了水体与相似材料的耦合作用，同时实现了模型试验中试验系统的可视化。将可视化渗水采集试验系统应用于模型试验中，与现有研究相比，实现了流-固耦合试验渗透速率和渗水量的精确采集，增强了流-固耦合试验过程的可视化，使试验过程更加真实可信，试验结果与实际工程更加接近。
文档编号G01N15/08GK203164094SQ20132014474
公开日2013年8月28日 申请日期2013年3月27日 优先权日2013年3月27日
发明者周毅, 李术才, 李利平, 周宗青, 陈云娟, 王康, 孙超群, 王旌 申请人:山东大学