一种土与结构界面流固耦合作用试验仪的制作方法

文档序号:11675899阅读:302来源:国知局
一种土与结构界面流固耦合作用试验仪的制造方法与工艺

本发明涉及基础工程、水利工程、道路工程技术领域,特别是涉及一种土与结构界面流固耦合作用试验仪。



背景技术:

近半个世纪以来,随着大量基础设施和水利工程的建设,对土体与各种结构物系统的变形控制要求越来越严格,土与结构的接触问题受到了全世界专家学者的广泛重视。专家学者们在传统试验仪器的基础上研制出了一大批新的试验仪器,针对土与结构的静动力相互作用进行了详尽的研究,其中土与结构接触接触界面的滑动、脱开等非连续变形已经相对成熟。

但是目前水利工程中由于流固耦合作用导致的土与结构接触界面破坏机理和预防措施还存在较大不足,需要进一步研究。

综上所述,现有技术中对于土与结构流固耦合研究的问题,尚缺乏有效的解决方案。



技术实现要素:

为了克服上述现有技术的不足,本发明提供了一种土与结构界面流固耦合作用试验仪,结构简单,操作方便,可以直观有效的对土与结构间的流固耦合进行试验;

为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:

一种土与结构界面流固耦合作用试验仪,包括设于试验台架上的填料盒,所述填料盒底部与渗流加载系统连接,所述填料盒内设置结构物,所述填料盒侧部与水平应力加载装置连接配合,所述结构物顶部与竖向应力加载装置连接配合;

所述渗流加载系统包括水槽,所述水槽与填料盒之间连通水管;所述水槽还通过气管与加气泵连通。

进一步的,所述水槽包括槽体,所述槽体顶部设置顶盖。

进一步的,所述水管上设置调压阀。

进一步的,所述水槽顶部设置压力表。

进一步的,所述竖向应力加载装置包括加载框,加载框底部设置加载体向结构物施加竖向力;所述加载框底部与杠杆联动装置连接,杠杆联动装置带动加载框实现上下运动。

进一步的,所述杠杆联动装置包括一端与加载框连接的杠杆,所述杠杆另一端与拉动装置连接。

进一步的,所述杠杆中部与控制杆铰接,控制杆固定于试验台架上。

进一步的,所述拉动装置包括固定于试验台架的滑轮,滑轮上挂设线绳,线绳一端与杠杆连接,线绳另一端与配重块连接。

进一步的,所述加载框两侧的框杆与试验台架滑动连接。

进一步的,所述加载框上设置千分表。

进一步的,所述水平应力加载装置包括与填料盒连接的千斤顶,千斤顶与液压伺服系统连接;所述千斤顶侧部与反力板固定,反力板固定于试验台架上。

进一步的,所述结构物侧部还通过传力杆与压力传感器连接,压力传感器通过连接板固定于试验台架上。

进一步的,所述填料盒包括外盒,所述外盒内下部设置剪切盒,所述剪切盒底部设置透水石,透水石上部填筑土料,结构物设置于土料下部。

进一步的,所述外盒侧壁连接出水管。

进一步的,所述填料盒设置于滑杆上,填料盒受到外力时沿滑杆移动。

进一步的,所述填料盒底部设置过水桶与渗流加载系统连接。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

本发明的试验仪结构简单,本发明的试验仪中设置渗流加载系统,将水的作用力考虑在内,可用于模拟土与结构在渗流和外力耦合作用下的接触冲刷破坏,以便于对土与结构流固耦合的问题进行研究;且本发明的试验仪模型加工方便,易于拆卸和搬运,可以重复利用。

本发明的试验仪突破了传统试验仪器中采用千斤顶进行加载的方式,通过重力转换成加载力对土与结构的界面处进行加载,这种实现方式可以获得更为准确的试验结果,可以保证试验结果的精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明试验仪的组装图;

图2为试验台架示意图;

图3为渗流加载系统示意图;

图4为竖向应力加载系统示意图;

图5为水平应力加载系统示意图;

图6为填料盒示意图;

图中,1.试验台架,2.渗流加载系统,3.竖向应力加载系统,4.水平应力加载系统,5.填料盒,6.试验台,7.试验支座,8.凹槽,9.加气泵,10.气管,11.水管,12.水槽,13.调压阀,14.顶盖,15.槽体,16.压力表,17.滑轮系统,18.杠杆系统,19.加载框,20.配重,21.杠杆,22.控制杆,23.反力板,24.水平油压千斤顶,25.油压伺服系统,26.剪应力传感系统,27.传力杆,28.压力传感器,29.结构物,30.下剪切盒,31.外盒,32.过水桶,33.受力器,34.出水管,35.滑杆。

具体实施方式

应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的,现有技术中存在土与结构流固耦合研究的问题,为了解决如上的技术问题,本申请提出了一种土与结构界面流固耦合作用试验仪。

本申请的一种典型的实施方式中,如图1所示,提供了一种土与结构界面流固耦合作用试验仪主要包括试验台架1、渗流加载系统2、竖向应力加载系统3、水平应力加载系统4和填料盒5组成。其中应力加载系统包括竖向应力加载系统和水平应力加载系统两部分。

试验台架1由试验台6和试验支座7组成,试验台6和试验支座7采用q235钢材制成,试验台6和试验支座7之间刚性连接。试验台6中留有安装渗流加载系统2和填料盒5的凹槽8。

渗流加载系统包括加气泵9、气管10、水管11、水槽12和调压阀13组成。调压阀用于控制渗流加载系统的输出水压。加气泵用于给水槽提供气压,通过水槽转换为水压。加气泵9与水槽12之间采用气管10连接、水槽12与填料盒5之间采用水管11连接。水槽12与填料盒5之间的水管11中添加调压阀13用于控制渗流的水压。水槽12包括顶盖14和槽体15两部分,顶盖14和槽体15之间采用螺栓连接,在顶盖14上方安装压力表16用于检测槽体15中的压力。调压阀与水槽之间采用水管连接。

竖向应力加载系统包括滑轮系统17、杠杆系统18和加载框19组成。杠杆系统采用杠杆原理将滑轮系统提供的荷载成倍的转化为竖向应力。滑轮系统作用是将配重所提供的竖直向下的荷载转化为竖直向上的荷载。加载框用于将所述杠杆系统和滑轮系统所提供的荷载施加在所述填料盒上。滑轮系统17与试验台6刚性连接,通过配重20提供所需的竖向应力。杠杆系统18与加载框19采用铰接方式连接,与滑轮系统17通过线绳连接。杠杆系统18包括杠杆21和控制杆22两部分,杠杆21和控制杆22采用铰接方式连接,控制杆22用于控制杠杆21转动,便于竖向应力的施加。加载框19上设千分表用于监测竖向变形。

水平应力加载系统包括反力板23、水平油压千斤顶24、油压伺服系统25和剪应力传感系统26组成。反力板用于提供水平应力加载过程中所需的水平反力。所述水平油压千斤顶用于提供水平应力。油压伺服系统用于实现水平应力的稳定输出,从而实现水平应力的常应力加载。剪应力传感系统采用压力传感器将试验过程中界面的剪应力以压力的形式读取出来。反力板23与试验台6刚性连接、反力板23与水平油压千斤顶24刚性连接。水平油压千斤顶24通过油压伺服系统25实现水平应力的稳定加载。剪应力传感系统26包括传力杆27和压力传感器28两部分,传力杆27与结构物29刚性连接,将结构物29所受剪应力传递给压力传感器28。

填料盒包括结构物29、下剪切盒30、外盒31、过水桶32、受力器33、出水管34以及滑杆35组成。结构物采用试验过程中所需结构物浇筑而成。下剪切盒用于用于填筑试验过程中所需的土料。外盒用于连接下剪切盒和过水桶,并在外盒中设置出水管用于排除试验中界面水分。受力器用于将竖向应力传递给结构物。滑竿用于实现试验过程中填料盒的水平向移动。其中结构物29与受力器33刚性连接用于承受竖向应力,下剪切盒30与外盒31刚性连接,过水桶32与外盒31也是刚性连接,过水桶32与下剪切盒30的外径相同。下剪切盒30底部放有透水石,在透水石上部填筑土料,采用了过水桶和透水石,使的渗流稳定的透过土体。滑杆35便于填料盒5受力时的水平移动。外盒31侧壁连接有出水管34用于排除试验过程中界面中流出的水。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

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