一种可实现地下水位动态变化控制的离心模型试验装置的制作方法

本实用新型涉及一种试验装置，特别涉及一种可实现地下水位动态变化控制的离心模型试验装置，属于地质及岩土科学技术领域。

背景技术：

起源于青藏高原的黄河，自西向东流经9个省(自治区)，最后流入渤海。黄河沿岸傍河地带的地下水受到自然因素和人类活动的共同影响不断变化，地下水位变动引起的岩土工程问题层出不穷，近年来，越来越多的学者尝试着采用大型土工离心模型试验，来研究地下水位变化时地基的变形特性及变形规律。大型土工离心模型试验的方法具有费用低，变形情况便于观测和分析，可重复、易操作等优点。在离心模型中实现地下水位的均匀稳定的动态变化是正确模拟研究此类问题的关键。而在离心模型试验中实现地下水控制的关键在于建立一个准确的水位反馈和控制系统，从而正确模拟地下水的变动过程。然而目前并没有一种针对离心试验系统中地下水位升降的控制系统，可以控制水位变化的时间节点，水位上升的速度及高度并且保证地下水位均匀稳定升降。使得岩土工程中受到地下水位变动影响的相关问题的研究受到很大的限制。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种可实现地下水位动态变化控制的离心模型试验装置，控制系统通过差动位移传感器，孔隙水压力传感器及电磁阀和流量计的联合应用，能够准确的控制水位变动的时间节点，上升的速度及上升高度，以解决现有技术中导致的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

一种可实现地下水位动态变化控制的离心模型试验装置，包括油缸、支架、连接环、连接板、输水管、模型箱及水箱，油缸和支架之间通过螺栓连接，支架呈倒“U”字状；所述水箱由钢板焊接而成，水箱的后侧安装有防倾斜隔板，水箱上部安装有连接板，其后下方有两个3mm的孔洞，油缸和水箱之间通过安装在连接板上的防扭矩连接环连接，油缸和水箱上安装有差动位移传感器，差动位移传感器通过通信系统和室内控制系统相连，能够控制水箱在支架的范围内上下移动；所述水箱通过若干输水管连接模型箱，输水管上设置有电磁阀和流量计，电磁阀和流量计均通过接线盒和室内控制系统连接；所述模型箱由两部分构成，模型箱底部有初始水位控制隔层，隔层是一层钢板，钢板和模型箱四周焊接，钢板上密布小圆孔，水箱底部和土箱内部设置有若干孔隙水压力传感器，孔隙水压力传感器通过接线盒和室内控制系统连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述模型箱内是用于土工离心模型试验的地基模型或者边坡模型。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述隔层的钢板厚度为3mm，钢板上小圆孔的直径为1mm。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述输水管的两端均通过直角接头分别与水箱和模型箱连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述输水管为PU空压软管。

有益效果：与传统技术相比，本实用新型通过设置有离心场地下供水的升降装置实现了土工离心模型试验中不同水位变化的工况的要求，通过电磁阀和流量计准确的控制进入土箱的水流量和速度；本装置结构简单明了，生产方便，具有很大的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图；

图2为本实用新型水箱的前视结构示意图；

图3为本实用新型模型箱的后视结构示意图；

图4为本实用新型的供水系统结构示意图；

图5为本实用新型的水箱结构示意图；

图6为本实用新型水箱支架及动力系统结构示意图；

其中：1-油缸、2-螺栓、3-支架、4-连接环、5-连接板、6-输水管、7-电磁阀、8-直角接头、9-隔层、10-地基模型、11-模型箱、12-水箱、13-差动位移传感器、14-模型箱内置孔隙压力传感器、15-水箱内置孔隙压力传感器、16-流量计、17-防倾斜隔板。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、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，进一步阐述本实用新型。

如图1-图3所示，一种可实现地下水位动态变化控制的离心模型试验装置，包括油缸1、支架3、连接环4、连接板5、输水管6、模型箱11及水箱12，油缸1和支架3之间通过螺栓2连接，支架3呈倒“U”字状；所述水箱12由钢板焊接而成，水箱12的一侧安装有防倾斜隔板17，水箱12上部安装有连接板5，其后下方有两个3mm的孔洞，油缸1和水箱12之间通过安装在连接板5上的防扭矩连接环4连接，油缸1和水箱12上安装有差动位移传感器13，差动位移传感器通过通信系统和室内控制系统相连，能够控制水箱12在支架3的范围内上下移动；所述水箱12通过若干输水管6连接模型箱11，输水管6上设置有电磁阀7和流量计16，电磁阀7和流量计16均通过接线盒和室内控制系统连接；所述模型箱11由两部分构成，模型箱11底部有初始水位控制隔层9，隔层9是一层钢板，钢板和模型箱11四周焊接，钢板上密布小圆孔，水箱12底部和模型箱11内部设置有若干孔隙水压力传感器，孔隙水压力传感器通过接线盒和室内控制系统连接。

其中，所述模型箱11内是用于土工离心模型试验的地基模型或者边坡模型。

其中，所述隔层9的钢板厚度为3mm，钢板上小圆孔的直径为1mm。

其中，所述输水管6的两端均通过直角接头8分别与水箱12和模型箱11连接。

其中，所述输水管6为PU空压软管。

本实用新型使用时包括以下步骤：

(1)、在水箱12和模型箱11中固定若干模型箱11内置孔隙水压力传感器14和水箱12内置孔隙水压力传感器15，在水箱12中加满水，在模型箱11中填筑试验模拟材料，模拟材料按照试验要求填筑到合理高度。填筑完成后，油缸1通过螺栓2固定在支架3上方，并通过防扭矩的连接环4连接水箱12和油缸1。

(2)、将安装完成的水箱12和模型箱11分别吊装到位，把水箱12上带有电磁阀7和流量计16的输水管6连接到模型箱11箱上，这样使得水箱12与模型箱11形成一个整体，然后将水箱12加水，通过调试各个电磁阀7开关及流量计16读数确保各个接头处不漏水，然后将水箱12中的水位补充到所需位置。

(3)、水箱12加水前保证输水管6上的电磁阀7为关闭状态，加水完成后等待下一步试验。

(4)、离心试验系统运行及观测，系统安装完成后，运行离心机到试验要求的加速度，运行保持稳定后，开启电磁阀7，通过流量仪、模型箱11内置孔隙水压力传感器14和水箱12内置孔隙水压力传感器15来控制水位上升的高度和速度，当达到要求水位上升高度并且在完成所有预定试验后，关闭电磁阀7，然后关停离心机。

(5)、所述步骤(4)中，试验完成后，如果要进行下一组试验，只要断开所有传感器和室内控制系统的连接，断开水箱12和模型箱11之间的输水管6的连接，取下模型箱11，然后重新填筑试验模型，将水箱12内加满水并重复步骤(2)至步骤(4)，直至完成全部所要进行的试验即可。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。