多功能土工試驗模型箱的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及土工離心模型試驗技術領域，具體涉及一種多功能土工試驗模型箱。
【背景技術】
[0002]土工離心模型試驗是最有效的巖土工程物理模擬試驗方法，利用相似原理的相關理論，借助離心機提供的離心力模擬重力場，比原型縮小N倍的模型，在離心機高速旋轉所提供的N倍重力加速度的離心力場中，模型中各對應點的應力場與原型一致，數(shù)值相同。原型的性狀特別是土的力學特性，能夠在模型中得到最大程度的再現(xiàn)。
[0003]全世界范圍內，土工離心模型試驗在科研和工程實踐中應用十分廣泛，是研究和處理土工問題的有力工具，對于發(fā)展和理解大型土工系統(tǒng)的基本力學行為十分有用，不僅可以再現(xiàn)原型性狀，也可用于原型系統(tǒng)后續(xù)分析的計算機程序的驗證、校準，還可用作常規(guī)設計和分析技術的有效補充。
[0004]在土工離心模型試驗中，模型箱是裝載土工試驗模型的“容器”。傳統(tǒng)的土工試驗模型箱采用鋼結構、整體鑄鋁結構或鋁板拼接結構。鋼結構模型箱的自身重量大，由于負載容量的限制，導致有效的試驗土模型質量勢必減少，犧牲了模型模擬原型的尺度;整體鑄鋁結構的模型箱能避免由于拼接而引起的密封不嚴的問題，避免了泄露，但整體鑄鋁結構需制作專門的模具，不僅成本高，且加工周期長;常規(guī)的鋁板拼接組裝式模型箱，高離心場下密封問題一直沒較好解決，開展常規(guī)土模型試驗沒有問題，但對于不允許水分流失的模型試驗，則難以開展，容易出現(xiàn)試驗過程中土模型水漏失并肆意噴灑導致試驗效果不佳的情況。現(xiàn)有技術中模型箱的特點、結構形式及尺寸直接影響試驗的類型以及試驗結果，功能相對單一，為開展不同的試驗需研制不同的模型箱，試驗成本高。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種多功能土工試驗模型箱。
[0006]本發(fā)明通過以下技術方案來實現(xiàn)上述目的:
[0007]—種多功能土工試驗模型箱，包括箱體，所述箱體為由底板、頂板、左側板、右側板、后面板和前面板組成的方體結構，所述底板、所述頂板、所述左側板、所述右側板、所述后面板和所述前面板之間的銜接處均設置有雙重密封結構，所述底板、所述頂板、所述左側板、所述右側板、所述后面板和所述前面板之間均通過聯(lián)接螺釘連接，所述后面板和所述右側板均設置有多個排水孔，每個所述排水孔的外端均設置有排水接頭，所述排水接頭通過螺紋連接在所述排水孔的外端，所述后面板的內側設置有大濾水板，所述右側板的內側設置有小濾水板，所述大濾水板與所述后面板之間、所述小濾水板與所述右側板之間均形成有濾水槽，所述后面板上的多個排水孔與所述后面板上的濾水槽相通，所述右側板上的多個排水孔與所述右側板上的濾水槽相通。
[0008]優(yōu)選地，所述排水接頭與所述排水孔之間設置有組合密封墊。
[0009]優(yōu)選地，所述大濾水板和所述小濾水板均設置有多個濾水孔，所述大濾水板上的濾水孔數(shù)量多于所述小濾水板上濾水孔數(shù)量。
[0010]優(yōu)選地，所述雙重密封結構包括機械密封結構和填料密封結構，所述機械密封結構通過密封膠條密封，所述填料密封結構包括半圓形的凸臺和凹槽，所述凸臺壓入所述凹槽內，所述凸臺和所述凹槽之間填充有密封膠。
[0011]優(yōu)選地，所述前面板為透明的有機玻璃板，所述有機玻璃板通過聯(lián)接螺釘和壓框壓緊。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:
[0013]1、采用了鋁板拼接結構，在保證模型試驗有效的同時，解決了高離心場下模型箱的密封問題；
[0014]2、模型箱設計小孔濾水結構和排水裝置，能實現(xiàn)不同水位控制的模型試驗；
[0015]3、模型箱的側板，設計為可更換結構，僅用一個模型箱便能滿足不同的模型試驗需求。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明所述多功能土工試驗模型箱的局部剖視總圖；
[0017]圖2是本發(fā)明中所述底板和所述左側板之間的雙重密封結構示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明所述右側板上的濾水結構示意圖；
[0019 ]圖中:1-頂板、2-小濾水板、3-排水接頭、4-右側板、5-后面板、6-有機玻璃板、7_大濾水板、8-底板、9-壓框、10-左側板、11-密封膠、12-密封膠條、13-聯(lián)接螺釘、14-組合密封墊、15-濾水孔、16-濾水槽、17-排水孔。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
[0021 ]如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明包括箱體，箱體為由底板8、頂板1、左側板1、右側板
4、后面板5和前面板組成的方體結構，底板8、頂板1、左側板10、右側板4、后面板5和前面板之間的銜接處均設置有雙重密封結構，底板8、頂板1、左側板10、右側板4、后面板5和前面板之間均通過聯(lián)接螺釘13連接，后面板5和右側板4均設置有多個排水孔17，每個排水孔17的外端均設置有排水接頭3，排水接頭3通過螺紋連接在排水孔17的外端，后面板5的內側設置有大濾水板7，右側板4的內側設置有小濾水板2，大濾水板7與后面板5之間、小濾水板2與右側板4之間均形成有濾水槽16，后面板5上的多個排水孔17與后面板5上的濾水槽16相通，右側板4上的多個排水孔17與右側板4上的濾水槽16相通。
[0022]在本實施例中，排水接頭3與排水孔17之間設置有組合密封墊14。大濾水板7和小濾水板2均設置有多個濾水孔15，大濾水板7上的濾水孔15數(shù)量多于小濾水板2上濾水孔15數(shù)量。雙重密封結構包括機械密封結構和填料密封結構，機械密封結構通過密封膠條12密封，填料密封結構包括半圓形的凸臺和凹槽，凸臺壓入凹槽內，凸臺和凹槽之間填充有密封膠11。前面板為透明的有機玻璃板6，便于觀察箱體中的情況，有機玻璃板6通過聯(lián)接螺釘13和壓框9壓緊。
[0023]飽和土中通常具有較好的含水率，土模型不僅會對模型箱底部產(chǎn)生壓力，同時也會對模型箱側面產(chǎn)生側壓。
[0024]本專利技術中，為解決離心場中負載高壓水的模型箱密封問題，采用如圖2所示的雙重密封結構。在底板8上設計半圓形凹槽，在左側板10上設計同尺寸半圓形凸臺，同時設計大尺寸密封槽，底板8與左側板10通過件聯(lián)接螺釘13進行聯(lián)接固定。如圖2所示的半原形凹凸配合結構，接觸面涂耐磨可壓縮的密封膠11，該結構對高壓力水起到了緩壓密封作用；其次在側板與底板，側板與側板之間，采用密封膠條12(選用二級“O”型密封圈)進行再次密封，雙重密封結構保證了高壓水在試驗過程中不會發(fā)生泄露。本專利技術中采用機械密封與填料密封相結合的形式，同時機械密封結構也作為定位結構，便于拆卸后的快速定位。
[0025]本模型箱上設計了兩塊大濾水板7、一塊小濾水板2，濾水結構如圖1所示。濾水板設計為厚度15mm，背面設置濾水槽16，槽深8mm，濾水孔15直徑為2mm，濾水孔15細而密實，數(shù)量多，水經(jīng)從濾水孔15流入濾水槽16內，水槽將所有濾水孔15貫通。濾水板采用不銹鋼材料，使該結構的質量剛度比與鋁材相同，濾水板嵌入后板和側板安裝，保證模型箱內側平滑，同時保證在模型試驗過程中不會出現(xiàn)邊界效應。在后面板5和右側板4外側面上不同高度上布置濾水快換接頭(即排水接頭3)，利用快接頭的結構原理，根據(jù)試驗需求，接所需高度位置的更換快接頭，容易實現(xiàn)不同水位的控制。
[0026]本專利技術模型箱左側板10沒有濾水結構，且通過聯(lián)接螺釘13固定，便于更換，左側板10利用凹凸相對的密封定位結構，容易實現(xiàn)更換，左側板10可更換為其它結構的側板，既可利用左側板10結構開展常規(guī)試驗及濾水試驗，也可利用其它結構的側板開展三角堰或矩形堰模型試驗。本模型箱利用濾水、排水結構、側板可更換結構，可以根據(jù)需要開展多種單一試驗以及復合試驗。
[0027]以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種多功能土工試驗模型箱，包括箱體，所述箱體為由底板、頂板、左側板、右側板、后面板和前面板組成的方體結構，其特征在于:所述底板、所述頂板、所述左側板、所述右側板、所述后面板和所述前面板之間的銜接處均設置有雙重密封結構，所述底板、所述頂板、所述左側板、所述右側板、所述后面板和所述前面板之間均通過聯(lián)接螺釘連接，所述后面板和所述右側板均設置有多個排水孔，每個所述排水孔的外端均設置有排水接頭，所述排水接頭通過螺紋連接在所述排水孔的外端，所述后面板的內側設置有大濾水板，所述右側板的內側設置有小濾水板，所述大濾水板與所述后面板之間、所述小濾水板與所述右側板之間均形成有濾水槽，所述后面板上的多個排水孔與所述后面板上的濾水槽相通，所述右側板上的多個排水孔與所述右側板上的濾水槽相通。2.根據(jù)權利要求1所述的多功能土工試驗模型箱，其特征在于:所述排水接頭與所述排水孔之間設置有組合密封墊。3.根據(jù)權利要求1所述的多功能土工試驗模型箱，其特征在于:所述大濾水板和所述小濾水板均設置有多個濾水孔，所述大濾水板上的濾水孔數(shù)量多于所述小濾水板上濾水孔數(shù)量。4.根據(jù)權利要求1所述的多功能土工試驗模型箱，其特征在于:所述雙重密封結構包括機械密封結構和填料密封結構，所述機械密封結構通過密封膠條密封，所述填料密封結構包括半圓形的凸臺和凹槽，所述凸臺壓入所述凹槽內，所述凸臺和所述凹槽之間填充有密封膠。5.根據(jù)權利要求1所述的多功能土工試驗模型箱，其特征在于:所述前面板為透明的有機玻璃板，所述有機玻璃板通過聯(lián)接螺釘和壓框壓緊。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多功能土工試驗模型箱，包括箱體，箱體為由底板、頂板、左側板、右側板、后面板和前面板組成的方體結構，各塊組裝板的銜接處均設置有雙重密封結構，且相互之間通過聯(lián)接螺釘連接，后面板和右側板均設置有多個排水孔，每個排水孔的外端均設置有排水接頭，排水接頭通過螺紋連接在排水孔的外端，后面板的內側設置有大濾水板，右側板的內側設置有小濾水板，大濾水板與后面板之間、小濾水板與右側板之間均形成有濾水槽，后面板上的多個排水孔與后面板上的濾水槽相通，右側板上的多個排水孔與右側板上的濾水槽相通。本發(fā)明在保證模型試驗有效的同時，密封效果更好，能實現(xiàn)不同水位控制的模型試驗，可滿足不同的模型試驗需求。
【IPC分類】G01N33/24
【公開號】CN105651969
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】蔣春梅, 張建全, 趙世鵬, 洪建忠, 徐光明
【申請人】中國工程物理研究院總體工程研究所
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年3月9日