多功能土工试验模型箱的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及土工离心模型试验技术领域，具体涉及一种多功能土工试验模型箱。
【背景技术】
[0002]土工离心模型试验是最有效的岩土工程物理模拟试验方法，利用相似原理的相关理论，借助离心机提供的离心力模拟重力场，比原型缩小N倍的模型，在离心机高速旋转所提供的N倍重力加速度的离心力场中，模型中各对应点的应力场与原型一致，数值相同。原型的性状特别是土的力学特性，能够在模型中得到最大程度的再现。
[0003]全世界范围内，土工离心模型试验在科研和工程实践中应用十分广泛，是研究和处理土工问题的有力工具，对于发展和理解大型土工系统的基本力学行为十分有用，不仅可以再现原型性状，也可用于原型系统后续分析的计算机程序的验证、校准，还可用作常规设计和分析技术的有效补充。
[0004]在土工离心模型试验中，模型箱是装载土工试验模型的“容器”。传统的土工试验模型箱采用钢结构、整体铸铝结构或铝板拼接结构。钢结构模型箱的自身重量大，由于负载容量的限制，导致有效的试验土模型质量势必减少，牺牲了模型模拟原型的尺度;整体铸铝结构的模型箱能避免由于拼接而引起的密封不严的问题，避免了泄露，但整体铸铝结构需制作专门的模具，不仅成本高，且加工周期长;常规的铝板拼接组装式模型箱，高离心场下密封问题一直没较好解决，开展常规土模型试验没有问题，但对于不允许水分流失的模型试验，则难以开展，容易出现试验过程中土模型水漏失并肆意喷洒导致试验效果不佳的情况。现有技术中模型箱的特点、结构形式及尺寸直接影响试验的类型以及试验结果，功能相对单一，为开展不同的试验需研制不同的模型箱，试验成本高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种多功能土工试验模型箱。
[0006]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
[0007]—种多功能土工试验模型箱，包括箱体，所述箱体为由底板、顶板、左侧板、右侧板、后面板和前面板组成的方体结构，所述底板、所述顶板、所述左侧板、所述右侧板、所述后面板和所述前面板之间的衔接处均设置有双重密封结构，所述底板、所述顶板、所述左侧板、所述右侧板、所述后面板和所述前面板之间均通过联接螺钉连接，所述后面板和所述右侧板均设置有多个排水孔，每个所述排水孔的外端均设置有排水接头，所述排水接头通过螺纹连接在所述排水孔的外端，所述后面板的内侧设置有大滤水板，所述右侧板的内侧设置有小滤水板，所述大滤水板与所述后面板之间、所述小滤水板与所述右侧板之间均形成有滤水槽，所述后面板上的多个排水孔与所述后面板上的滤水槽相通，所述右侧板上的多个排水孔与所述右侧板上的滤水槽相通。
[0008]优选地，所述排水接头与所述排水孔之间设置有组合密封垫。
[0009]优选地，所述大滤水板和所述小滤水板均设置有多个滤水孔，所述大滤水板上的滤水孔数量多于所述小滤水板上滤水孔数量。
[0010]优选地，所述双重密封结构包括机械密封结构和填料密封结构，所述机械密封结构通过密封胶条密封，所述填料密封结构包括半圆形的凸台和凹槽，所述凸台压入所述凹槽内，所述凸台和所述凹槽之间填充有密封胶。
[0011]优选地，所述前面板为透明的有机玻璃板，所述有机玻璃板通过联接螺钉和压框压紧。
[0012]本发明的有益效果在于:
[0013]1、采用了铝板拼接结构，在保证模型试验有效的同时，解决了高离心场下模型箱的密封问题；
[0014]2、模型箱设计小孔滤水结构和排水装置，能实现不同水位控制的模型试验；
[0015]3、模型箱的侧板，设计为可更换结构，仅用一个模型箱便能满足不同的模型试验需求。
【附图说明】
[0016]图1是本发明所述多功能土工试验模型箱的局部剖视总图；
[0017]图2是本发明中所述底板和所述左侧板之间的双重密封结构示意图；
[0018]图3是本发明所述右侧板上的滤水结构示意图；
[0019 ]图中:1-顶板、2-小滤水板、3-排水接头、4-右侧板、5-后面板、6-有机玻璃板、7_大滤水板、8-底板、9-压框、10-左侧板、11-密封胶、12-密封胶条、13-联接螺钉、14-组合密封垫、15-滤水孔、16-滤水槽、17-排水孔。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0021 ]如图1、图2和图3所示，本发明包括箱体，箱体为由底板8、顶板1、左侧板1、右侧板
4、后面板5和前面板组成的方体结构，底板8、顶板1、左侧板10、右侧板4、后面板5和前面板之间的衔接处均设置有双重密封结构，底板8、顶板1、左侧板10、右侧板4、后面板5和前面板之间均通过联接螺钉13连接，后面板5和右侧板4均设置有多个排水孔17，每个排水孔17的外端均设置有排水接头3，排水接头3通过螺纹连接在排水孔17的外端，后面板5的内侧设置有大滤水板7，右侧板4的内侧设置有小滤水板2，大滤水板7与后面板5之间、小滤水板2与右侧板4之间均形成有滤水槽16，后面板5上的多个排水孔17与后面板5上的滤水槽16相通，右侧板4上的多个排水孔17与右侧板4上的滤水槽16相通。
[0022]在本实施例中，排水接头3与排水孔17之间设置有组合密封垫14。大滤水板7和小滤水板2均设置有多个滤水孔15，大滤水板7上的滤水孔15数量多于小滤水板2上滤水孔15数量。双重密封结构包括机械密封结构和填料密封结构，机械密封结构通过密封胶条12密封，填料密封结构包括半圆形的凸台和凹槽，凸台压入凹槽内，凸台和凹槽之间填充有密封胶11。前面板为透明的有机玻璃板6，便于观察箱体中的情况，有机玻璃板6通过联接螺钉13和压框9压紧。
[0023]饱和土中通常具有较好的含水率，土模型不仅会对模型箱底部产生压力，同时也会对模型箱侧面产生侧压。
[0024]本专利技术中，为解决离心场中负载高压水的模型箱密封问题，采用如图2所示的双重密封结构。在底板8上设计半圆形凹槽，在左侧板10上设计同尺寸半圆形凸台，同时设计大尺寸密封槽，底板8与左侧板10通过件联接螺钉13进行联接固定。如图2所示的半原形凹凸配合结构，接触面涂耐磨可压缩的密封胶11，该结构对高压力水起到了缓压密封作用；其次在侧板与底板，侧板与侧板之间，采用密封胶条12(选用二级“O”型密封圈)进行再次密封，双重密封结构保证了高压水在试验过程中不会发生泄露。本专利技术中采用机械密封与填料密封相结合的形式，同时机械密封结构也作为定位结构，便于拆卸后的快速定位。
[0025]本模型箱上设计了两块大滤水板7、一块小滤水板2，滤水结构如图1所示。滤水板设计为厚度15mm，背面设置滤水槽16，槽深8mm，滤水孔15直径为2mm，滤水孔15细而密实，数量多，水经从滤水孔15流入滤水槽16内，水槽将所有滤水孔15贯通。滤水板采用不锈钢材料，使该结构的质量刚度比与铝材相同，滤水板嵌入后板和侧板安装，保证模型箱内侧平滑，同时保证在模型试验过程中不会出现边界效应。在后面板5和右侧板4外侧面上不同高度上布置滤水快换接头(即排水接头3)，利用快接头的结构原理，根据试验需求，接所需高度位置的更换快接头，容易实现不同水位的控制。
[0026]本专利技术模型箱左侧板10没有滤水结构，且通过联接螺钉13固定，便于更换，左侧板10利用凹凸相对的密封定位结构，容易实现更换，左侧板10可更换为其它结构的侧板，既可利用左侧板10结构开展常规试验及滤水试验，也可利用其它结构的侧板开展三角堰或矩形堰模型试验。本模型箱利用滤水、排水结构、侧板可更换结构，可以根据需要开展多种单一试验以及复合试验。
[0027]以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种多功能土工试验模型箱，包括箱体，所述箱体为由底板、顶板、左侧板、右侧板、后面板和前面板组成的方体结构，其特征在于:所述底板、所述顶板、所述左侧板、所述右侧板、所述后面板和所述前面板之间的衔接处均设置有双重密封结构，所述底板、所述顶板、所述左侧板、所述右侧板、所述后面板和所述前面板之间均通过联接螺钉连接，所述后面板和所述右侧板均设置有多个排水孔，每个所述排水孔的外端均设置有排水接头，所述排水接头通过螺纹连接在所述排水孔的外端，所述后面板的内侧设置有大滤水板，所述右侧板的内侧设置有小滤水板，所述大滤水板与所述后面板之间、所述小滤水板与所述右侧板之间均形成有滤水槽，所述后面板上的多个排水孔与所述后面板上的滤水槽相通，所述右侧板上的多个排水孔与所述右侧板上的滤水槽相通。2.根据权利要求1所述的多功能土工试验模型箱，其特征在于:所述排水接头与所述排水孔之间设置有组合密封垫。3.根据权利要求1所述的多功能土工试验模型箱，其特征在于:所述大滤水板和所述小滤水板均设置有多个滤水孔，所述大滤水板上的滤水孔数量多于所述小滤水板上滤水孔数量。4.根据权利要求1所述的多功能土工试验模型箱，其特征在于:所述双重密封结构包括机械密封结构和填料密封结构，所述机械密封结构通过密封胶条密封，所述填料密封结构包括半圆形的凸台和凹槽，所述凸台压入所述凹槽内，所述凸台和所述凹槽之间填充有密封胶。5.根据权利要求1所述的多功能土工试验模型箱，其特征在于:所述前面板为透明的有机玻璃板，所述有机玻璃板通过联接螺钉和压框压紧。
【专利摘要】本发明公开了一种多功能土工试验模型箱，包括箱体，箱体为由底板、顶板、左侧板、右侧板、后面板和前面板组成的方体结构，各块组装板的衔接处均设置有双重密封结构，且相互之间通过联接螺钉连接，后面板和右侧板均设置有多个排水孔，每个排水孔的外端均设置有排水接头，排水接头通过螺纹连接在排水孔的外端，后面板的内侧设置有大滤水板，右侧板的内侧设置有小滤水板，大滤水板与后面板之间、小滤水板与右侧板之间均形成有滤水槽，后面板上的多个排水孔与后面板上的滤水槽相通，右侧板上的多个排水孔与右侧板上的滤水槽相通。本发明在保证模型试验有效的同时，密封效果更好，能实现不同水位控制的模型试验，可满足不同的模型试验需求。
【IPC分类】G01N33/24
【公开号】CN105651969
【申请号】
【发明人】蒋春梅, 张建全, 赵世鹏, 洪建忠, 徐光明
【申请人】中国工程物理研究院总体工程研究所
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月9日