一种水基温控式相似模拟实验台及使用方法与流程

本发明为一种水基温控式相似模拟实验台及使用方法，属于实验器械及方法技术领域。

背景技术：

相似模拟实验是岩土工程、采矿工程等领域常用的一种研究手段，解决了难以直接拿研究对象做实验的难题，相似模拟实验花费少、操作简单、结果直观，可设置多种边界条件，能够说明问题的基本规律。然而，由于相似模拟材料的长期滞后发展，致使相似模拟实验方法仍然存在诸多问题。目前，常用的相似模拟材料包括：砂石、石膏、云母等，通过他们的调配来模拟不同的岩层条件，材料调配繁琐，强度难以把握，需要进行多次力学性能测试实验来反复校对相似模拟材料的强度，模型搭建时间长、效率低，另外由于岩体多为弹性体或似弹性体，与常规的散体相似模拟材料在力学性能上有本质的差别，虽然可以反映基本规律，但是其精确度相差较大。针对上诉问题，迫切需要开发一种全新的同类实验平台，在克服传统实验设备不足的同时有效满足实际使用的需要。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供一种水基温控式相似模拟实验台及使用方法。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种水基温控式相似模拟实验台，包括双向加载台架、控制台、冰体预制箱、转运车及冰体提取器，双向加载台架、控制台、冰体预制箱、转运车均分布在同一水平面内，且控制台与双向加载台架电气连接，转运车至少一个，并位于双向加载台架和冰体预制箱之间，双向加载台架和冰体预制箱通过转运车相互连接，双向加载台架包括承载架、加载油缸、施压板，承载架为“口”字型框架结构，其轴线与水平垂直分布，加载油缸若干，环绕承载架轴线均布在承载架的上表面和侧表面上，且承载架侧表面上的加载油缸对称分布，加载油缸轴线与其所在的承载架内表面垂直分布，且加载油缸1/4—1/2长度部分嵌于承载架内，施压板嵌于承载架内，并通过棘轮机构与加载油缸前端连接，施压板与加载油缸轴线呈0°—90°夹角，冰体预制箱至少一个，且各冰体预制箱相互平行分布，冰体预制箱包括箱体、箱盖、冷凝管及制冷装置，其中箱体为截面为矩形的槽状结构，箱盖与箱体上端面连接并构成密闭腔体结构，所述的冷凝管至少一条，并环绕箱体侧表面轴线均布在箱体各侧表面内，制冷装置至少一个，安装在箱体侧表面并分别与各冷凝管相互连通，冰体提取器嵌于冰体预制箱内并与冰体预制箱底部垂直分布，每个冰体预制箱内均设两个冰体提取器，且同一冰体预制箱内的两冰体提取器以冰体预制箱中线对称分布在冰体预制箱两端位置，并与冰体预制箱箱体内表面滑动连接，冰体提取器包括基体、手把及凸块，所述基体为板状结构，手把与基体上端面连接，且手把断面为圆弧状结构，凸块若干并以矩形阵列分布在基体前表面，凸块轴线与基体前表面垂直分布，转运车包括底座、导向柱、驱动液压缸、承载板及定位夹具，底座下表面设行走机构，导向柱至少四个，并对称分布在底座两端位置，各导向柱均与底座相互垂直分布，承载板位于底座正上方，并与底座平行分布，所述的承载板与底座间通过至少两个驱动液压缸相互连接，驱动液压缸轴线分别与的承载板和底座相互垂直分布，定位夹具至少两个，并对称分布在承载板上表面两端位置，且定位夹具与承载板垂直分布。

进一步的，所述的双向加载台架的施压板与加载油缸间通过棘轮机构相互铰接。

进一步的，所述的施压板前表面设耐磨防护层。

进一步的，所述的双向加载台架的承载架底部上表设至少两条排污槽。

进一步的，所述冰体预制箱的箱体和箱盖间通过滑轨或棘轮机构中任意一种方式连接。

进一步的，所述冰体预制箱的箱体的侧表面设驱动手柄。

进一步的，所述冰体提取器的凸块为轴向面为等腰体形的台状结构或轴向截面为等腰三角形的锥形结构中的任意一种。

进一步的，所述定位夹具与承载板间通过滑轨滑动连接。

一种水基温控式相似模拟实验台的使用方法包括：

第一步，制备冰体，首先根据使用需要，选择相应数量的，冰体预制箱并在各将冰体预制箱内安装冰体提取器，然后在冰体预制箱注入水，并对水和冰体提取器一同进行冷冻作业，并使液态水经过冷冻为低温冰体，且冰体提取器与冰体两端经过冷冻连接到一起，且制备出的各冰体体积分别为制备该冰体冰体预制箱有效容积的10%—100%，低温冰体温度不大于-10℃；

第二步，冰体转运，将经过第一步制备的冰体，通过冰体提取器从冰体预制箱中取出，并放置到转运车上，并在冰体放置到转运车上后，对冰体进行定位安装，同时将冰体两端的体提取器去掉，然后通过转运车将冰体转运至双向加载台架处，并依次将各冰体安装到双向加载台架上；

第三步，冰体定位，在各冰体安装到双向加载台架上时，首先由加载油缸驱动施压板对冰体表面施加均匀定位力，并直至所有冰体安装完毕，然后根据使用需要，利用加载油缸通过施压板对冰体表面施加实验作用压力，各施压板对冰体表面施加的实验作用压力均与冰体表面垂直分布，且各施压板施加的实验作用压力各相同，其中最大的实验作用压力为最小的实验作用压力1—20倍；

第四步，进行实验，在完成第三步操作后，并确保各施压板对冰体表面施加的实验作用压力保持恒定，然后通过实验设备对冰体进行实验即可。

本发明设备结构简单，操作及使用灵活方面便，实验资源回收利用率高，一方面可有效降低实验设备使用及操作的复杂性，降低实验运行成本，提高实验效率，另一方面可有效的对多种地层结构进行模拟仿真，从而有助于提高实验仿真作业的真实性和可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明

图1：本发明结构示意图；

图2：为双向加载台架结构示意图；

图3：为冰体预制箱结构示意图；

图4：为冰体提取器结构示意图；

图5：为转运车结构示意图；

图6：本本发明使用方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1—5所示一种水基温控式相似模拟实验台，包括双向加载台架1、控制台2、冰体预制箱3、转运车4及冰体提取器5，双向加载台架1、控制台2、冰体预制箱3、转运车4均分布在同一水平面内，且控制台2与双向加载台架1电气连接，转运车4至少一个，并位于双向加载台架1和冰体预制箱3之间，双向加载台架1和冰体预制箱3通过转运车4相互连接。

本实施例中，所述的双向加载台架1包括承载架11、加载油缸12、施压板13，承载架11为“口”字型框架结构，其轴线与水平垂直分布，加载油缸12若干，环绕承载架1轴线均布在承载架1的上表面和侧表面上，且承载架1侧表面上的加载油缸12对称分布，加载油缸12轴线与其所在的承载架11内表面垂直分布，且加载油缸12的1/4—1/2长度部分嵌于承载架1内，施压板13嵌于承载架11内，并通过棘轮机构与加载油缸12前端连接，施压板13与加载油缸12轴线呈0°—90°夹角。

本实施例中，所述的冰体预制箱3至少一个，且各冰体预制箱3相互平行分布，冰体预制箱3包括箱体31、箱盖32、冷凝管33及制冷装置34，其中箱体31为截面为矩形的槽状结构，箱盖32与箱体31上端面连接并构成密闭腔体结构，冷凝管33至少一条，并环绕箱体31侧表面轴线均布在箱体31各侧表面内，制冷装置34至少一个，安装在箱体31侧表面并分别与各冷凝管33相互连通。

本实施例中，所述的冰体提取器5嵌于冰体预制箱3内并与冰体预制箱3底部垂直分布，每个冰体预制箱3内均设两个冰体提取器5，且同一冰体预制箱3内的两冰体提取器5以冰体预制箱3中线对称分布在冰体预制箱3两端位置，并与冰体预制箱3箱体31内表面滑动连接，冰体提取器5包括基体51、手把52及凸块53，基体51为板状结构，手把52与基体51上端面连接，且手把52断面为圆弧状结构，凸块53若干并以矩形阵列分布在基体51前表面，凸块53轴线与基体51前表面垂直分布。

本实施例中，所述的转运车4包括底座41、导向柱42、驱动液压缸43、承载板44及定位夹具45，底座41下表面设行走机构46，导向柱42至少四个，并对称分布在底座41两端位置，各导向柱42均与底座41相互垂直分布，承载板44位于底座41正上方，并与底座41平行分布，承载板44与底座41间通过至少两个驱动液压缸43相互连接，驱动液压缸43轴线分别与的承载板44和底座41相互垂直分布，定位夹具45至少两个，并对称分布在承载板44上表面两端位置，且定位夹具45与承载板垂直分布。

本实施例中，所述的双向加载台架1的施压板13与加载油缸12间通过棘轮机构相互铰接。

本实施例中，所述的施压板13前表面设耐磨防护层14。

本实施例中，所述的双向加载台架1的承载架11底部上表设至少两条排污槽15。

本实施例中，所述冰体预制箱3的箱体31和箱盖32间通过滑轨或棘轮机构中任意一种方式连接。

本实施例中，所述冰体预制箱3的箱体31的侧表面设驱动手柄35。

本实施例中，所述冰体提取器5的凸块53为轴向面为等腰体形的台状结构或轴向截面为等腰三角形的锥形结构中的任意一种。

本实施例中，所述定位夹具45与承载板44间通过滑轨滑动连接。

如图6所示，一种水基温控式相似模拟实验台的使用方法包括：

第一步，制备冰体，首先根据使用需要，选择相应数量的，冰体预制箱并在各将冰体预制箱内安装冰体提取器，然后在冰体预制箱注入水，并对水和冰体提取器一同进行冷冻作业，并使液态水经过冷冻为低温冰体6，且冰体提取器与冰体两端经过冷冻连接到一起，且制备出的各冰体体积分别为制备该冰体冰体预制箱有效容积的10%—100%，低温冰体温度不大于-10℃；

第二步，冰体转运，将经过第一步制备的冰体6，通过冰体提取器从冰体预制箱中取出，并放置到转运车上，并在冰体6放置到转运车上后，对冰体6进行定位安装，同时将冰体6两端的体提取器去掉，然后通过转运车将冰体6转运至双向加载台架处，并依次将各冰体6安装到双向加载台架上；

第三步，冰体定位，在各冰体6安装到双向加载台架上时，首先由加载油缸驱动施压板对冰体6表面施加均匀定位力，并直至所有冰体6安装完毕，然后根据使用需要，利用加载油缸通过施压板对冰体6表面施加实验作用压力，各施压板对冰体6表面施加的实验作用压力均与冰体6表面垂直分布，且各施压板施加的实验作用压力各相同，其中最大的实验作用压力为最小的实验作用压力1—20倍；

第四步，进行实验，在完成第三步操作后，并确保各施压板对冰体6表面施加的实验作用压力保持恒定，然后通过实验设备对冰体6进行实验即可。

本发明设备结构简单，操作及使用灵活方面便，实验资源回收利用率高，一方面可有效降低实验设备使用及操作的复杂性，降低实验运行成本，提高实验效率，另一方面可有效的对多种地层结构进行模拟仿真，从而有助于提高实验仿真作业的真实性和可靠性。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。