一种地下工程模型试验的含水溶腔制作装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种地下工程模型试验的含水溶腔制作装置，包括中轴杆、压头、腔体骨架和橡胶囊，中轴杆下端设有托盘，腔体骨架包括顶盘和底盘，顶盘连接压头，顶盘和底盘之间设有多根弹性主肋，每一主肋上端转动连接顶盘，下端转动连接底盘，且每有主肋中部转动连接一辅肋下端，辅肋上端转动连接衬套下端，橡胶囊套于腔体骨架外表面，中轴杆由上到下依次穿过压头和腔体骨架，托盘托住底盘，且压头和中轴杆螺纹连接，下旋压头，辅肋撑开主肋，橡胶囊受压形变为预设溶腔形状，上旋压头腔体骨架恢复形变，上提中轴杆，取出本装置。本发明专利技术的有益效果：橡胶囊形变程度由压头调节，可实现多尺度溶腔制作，装置可整体取出，提高溶腔成品合格率。

【技术实现步骤摘要】
一种地下工程模型试验的含水溶腔制作装置及方法
本专利技术涉及地质力学模型试验领域，尤其涉及一种地下工程模型试验的含水溶腔制作装置及方法。
技术介绍
随着国家综合实力的日益提升，我国涉及交通及水利的地下工程建设迎来了迅猛发展的大好时机，交通及水利地下工程逐步向西北、西部和西南地区的崇山峻岭地区拓展，所遇到的工程地质条件日趋复杂,面临的问题也越来越具有挑战性，含水溶腔、溶洞问题难以避免，高压突水、涌泥灾害屡有发生，这些灾害不仅危及现场施工人员的安全，而且一旦处理不当还会影响地下工程建成后的运营，甚至会打破原有水资源系统的平衡，破坏地表环境，诱发地下工程周边地区的水资源枯竭、地表塌陷等次生环境灾害。地下工程模型试验是基于一定的相似原理，对特定真实物理实体进行缩尺后的再现，借助各种测试手段观测模型内部应力场、位移场、渗流场等参数的分布规律和变化情况，从而解决岩体工程中的实际问题。含水溶腔具有隐蔽性、复杂性的特点，地下工程模型试验中尚无操作简单、方便快捷的制作装备和方法。传统含水溶腔的制作及试验操作过程较为繁琐，耗时长，所需人力物力较大，除此之外，其不足还主要体现在以下两方面：一方面溶腔成型装置在完成溶腔体制作后大多不能取出，成型装置本身对模型试验结果造成了较大的不良影响，另一方面，采用橡胶气囊充气成型预制溶腔时，由于充气气囊刚度有限，溶腔体制作过程中受相似材料浇筑振捣压力的影响容易出现橡胶气囊变形，甚至出现坍塌破坏现象，制作的溶腔体不能满足模型试验要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种地下工程模型试验的含水溶腔制作装置及方法。本专利技术的实施例提供一种地下工程模型试验的含水溶腔制作装置，包括中轴杆、压头、腔体骨架和橡胶囊，所述中轴杆的下端设有托盘，所述腔体骨架包括上部的顶盘和下部的底盘，所述顶盘的中部设有衬套，所述衬套上端卡入所述压头下端，所述顶盘和所述底盘之间设有多根竖直设置的弹性主肋，每一所述主肋上端转动连接所述顶盘，下端转动连接所述底盘，且每有所述主肋中部转动连接一辅肋下端，所述辅肋上端转动连接所述衬套下端，所述橡胶囊套于所述腔体骨架外表面，所述中轴杆由上到下依次穿过所述压头和所述腔体骨架，所述托盘托住所述底盘，且所述压头和所述中轴杆螺纹连接，下旋所述压头下压所述衬套，使每一所述辅肋撑开每一所述主肋，从而使所述橡胶囊受压形变为预设溶腔形状，于所述橡胶囊周围浇筑模型材料，待所述模型材料硬化形成溶腔后上旋所述压头，使所述腔体骨架恢复形变，上提所述中轴杆，所述托盘托举所述压头、所述腔体骨架和所述橡胶囊离开所述溶腔。进一步地，所述橡胶囊的外壁套有溶腔口保护环且可沿着所述橡胶囊滑动，所述橡胶囊形变为预设溶腔形状时所述溶腔口保护环设滑动至所述橡胶囊上方，浇筑所述模型材料形成溶腔后，上提所述中轴杆，所述托盘托举所述压头、所述腔体骨架和所述橡胶囊由所述溶腔口保护环离开所述溶腔。进一步地，包括进水管，所述进水管下端为漏斗状管口，所述中轴杆、所述压头、所述腔体骨架和所述橡胶囊离开所述溶腔后，取出所述溶腔口保护环，所述漏斗状管口伸入所述溶腔口，在所述漏斗状管口外壁浇筑所述模型材料密封所述溶腔口。进一步地，所述漏斗状管口的直径等于所述溶腔口保护环的外径。进一步地，包括依次管道连接的水箱、水泵、阀门、水压表和流量表，所述流量表管道连接所述进水管上端。进一步地，所述压头内设环形卡槽，所述衬套上端设有环形卡盘，所述卡盘卡入所述卡槽内使压头连接所述衬套，从而使所述压头和所述腔体骨架同步上下运动。进一步地，所有主肋均匀环绕于所述中轴杆，且围成圆柱形。本专利技术的实施例还提供了一种地下工程模型试验的含水溶腔制作方法，使用上述地下工程模型试验的含水溶腔制作装置，且包括以下步骤：S1将所述溶腔口保护环滑动至所述橡胶囊上方，下旋所述压头使所述橡胶囊形变为预设溶腔形状，并将所述中轴杆固定；S2于所述橡胶囊周围浇筑模型材料，待所述模型材料硬化形成溶腔后，上旋所述压头使所述橡胶囊恢复形变，上提所述中轴杆，使所述托盘托住所述压头和所述腔体骨架由所述溶腔口保护环离开所述溶腔，继续上提所述中轴杆，所述托盘托住所述溶腔口保护环一起离开所述溶腔；S3将所述进水管下端的漏斗状管口放入所述溶腔口，所述漏斗状管口堵住所述溶腔口，于所述漏斗状管口外壁浇筑所述模型材料，所述模型材料硬化完成所述溶腔口的浇筑；S4打开所述阀门，启动所述水泵，对所述溶腔内注水，并通过所述流量表和所述水压表分别监控所述溶腔内的水量和水压。本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术的一种地下工程模型试验的含水溶腔制作装置，通过对所述腔体骨架施压使所述橡胶囊发生形变，所述橡胶囊形变程度可由所述压头调节，可实现多尺度溶腔的制作，应用范围广、普适性强，溶腔制备完成后，可通过所述中轴杆将所述溶腔制作装置整体取出，利用溶腔口保护环和漏斗状管口配合使用对溶腔口进行浇筑，形成完整溶腔，更接近实际含水溶腔的结构，另外所述腔体骨架形变后刚度较大，支撑所述橡胶囊，能承受较大的模型材料浇筑振捣压力，提高溶腔成品合格率。附图说明图1是本专利技术一种地下工程模型试验的含水溶腔制作装置的结构示意图；图2是图1中压头2的内部结构示意图；图3是图1中腔体骨架3的内部结构示意图；图4是图3中腔体骨架3的俯视图；图5是本专利技术一种地下工程模型试验的含水溶腔制作装置制作溶腔时的示意图；图6是专利技术一种地下工程模型试验的含水溶腔制作装置制作溶腔后对溶腔注水的示意图。图中：1-中轴杆、101-外螺纹、102-托盘、2-压头、201-螺纹孔、3-腔体骨架、301-顶盘、302-底盘、303-衬套、304-卡盘、305-主肋、306-辅肋、307-销轴、308固定槽、4-橡胶套、5-溶腔口保护环、6-试验台架、7-定位杆、8-模型材料、9-溶腔、10-进水管、11-漏斗状管口、12-溶腔口、13-流量计、14-水压表、15-阀门、16-水泵、17-水箱。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。请参考图1和图5，本专利技术的实施例提供了一种地下工程模型试验的含水溶腔制作装置，包括中轴杆1、压头2、腔体骨架3、橡胶囊4、试验台架6和两定位杆7。所述中轴杆1上端外壁设有相对的两凹槽，中部设有外螺纹101，下端设有托盘102。请参考图2，所述压头2为圆柱形，所述压头2沿其轴线设有螺纹孔201，所述压头2内部设有与所述螺纹孔201共轴线的环形卡槽202。请参考图3和图4，所述腔体骨架3包括上部的顶盘301和下部的底盘302，所述顶盘301的中部设有衬套303，所述衬套303上端设有环形卡盘304，所述卡盘304卡入所述卡槽202内使压头2连接所述衬套304，从而使所述压头2和所述腔体骨架3同步上下运动，所述顶盘301和所述底盘302之间设有多根竖直设置的弹性主肋305，所有主肋305均匀分布且围成圆柱形，每一所述主肋305上端和下端均设有销孔，且每一销孔内装入一销轴307，所述顶盘301和所述底盘302的边缘均设有多个均匀分布的连接槽305，每一所述主肋305上端的销轴307固定于所述顶盘301的一所述连接槽308内，该主肋305下端的销轴307固定于所述底盘302的一所述连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地下工程模型试验的含水溶腔制作装置，其特征在于：包括中轴杆、压头、腔体骨架和橡胶囊，所述中轴杆的下端设有托盘，所述腔体骨架包括上部的顶盘和下部的底盘，所述顶盘的中部设有衬套，所述衬套上端卡入所述压头下端，所述顶盘和所述底盘之间设有多根竖直设置的弹性主肋，每一所述主肋上端转动连接所述顶盘，下端转动连接所述底盘，且每有所述主肋中部转动连接一辅肋下端，所述辅肋上端转动连接所述衬套下端，所述橡胶囊套于所述腔体骨架外表面，所述中轴杆由上到下依次穿过所述压头和所述腔体骨架，所述托盘托住所述底盘，且所述压头和所述中轴杆螺纹连接，下旋所述压头下压所述衬套，使每一所述辅肋撑开每一所述主肋，从而使所述橡胶囊受压形变为预设溶腔形状，于所述橡胶囊周围浇筑模型材料，待所述模型材料硬化形成溶腔后上旋所述压头，使所述腔体骨架恢复形变，上提所述中轴杆，所述托盘托举所述压头、所述腔体骨架和所述橡胶囊离开所述溶腔。

【技术特征摘要】
1.一种地下工程模型试验的含水溶腔制作装置，其特征在于：包括中轴杆、压头、腔体骨架和橡胶囊，所述中轴杆的下端设有托盘，所述腔体骨架包括上部的顶盘和下部的底盘，所述顶盘的中部设有衬套，所述衬套上端卡入所述压头下端，所述顶盘和所述底盘之间设有多根竖直设置的弹性主肋，每一所述主肋上端转动连接所述顶盘，下端转动连接所述底盘，且每有所述主肋中部转动连接一辅肋下端，所述辅肋上端转动连接所述衬套下端，所述橡胶囊套于所述腔体骨架外表面，所述中轴杆由上到下依次穿过所述压头和所述腔体骨架，所述托盘托住所述底盘，且所述压头和所述中轴杆螺纹连接，下旋所述压头下压所述衬套，使每一所述辅肋撑开每一所述主肋，从而使所述橡胶囊受压形变为预设溶腔形状，于所述橡胶囊周围浇筑模型材料，待所述模型材料硬化形成溶腔后上旋所述压头，使所述腔体骨架恢复形变，上提所述中轴杆，所述托盘托举所述压头、所述腔体骨架和所述橡胶囊离开所述溶腔。2.如权利要求1所述的一种地下工程模型试验的含水溶腔制作装置，其特征在于：所述橡胶囊的外壁套有溶腔口保护环且可沿着所述橡胶囊滑动，所述橡胶囊形变为预设溶腔形状时所述溶腔口保护环设滑动至所述橡胶囊上方，浇筑所述模型材料形成溶腔后，上提所述中轴杆，所述托盘托举所述压头、所述腔体骨架和所述橡胶囊由所述溶腔口保护环离开所述溶腔。3.如权利要求2所述的一种地下工程模型试验的含水溶腔制作装置，其特征在于：包括进水管，所述进水管下端为漏斗状管口，所述中轴杆、所述压头、所述腔体骨架和所述橡胶囊离开所述溶腔后，取出所述溶腔口保护环，所述漏斗状管口伸入所述溶腔口，在所述漏斗状管口外壁浇筑所述模...

【专利技术属性】
技术研发人员：张为社，焦玉勇，严成增，王浩，谭飞，欧光照，关鹏，毛仲敏，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42