一种路基空洞模型的模拟装置制造方法及图纸

一种路基空洞模型的模拟装置，包括模型箱、路面加载机构、给水压力机构、土体冻结机构、PIV机构和含水量检测机构等；该模型箱顶面开口，内部填充有待观测土体和有机玻璃管，该有机玻璃管上开设有破损口；该路面加载机构设有荷载板，该载荷板位于模型箱顶面以对待测土体施压；该给水压力机构与有机玻璃管连接以提供可控的稳压水；该土体冻结机构设有液氮传输管以提供氮气，该液氮传输管贴合于有机玻璃管外侧，其管口与破损口齐平；该PIV机构用于采集控制点处土体的位移和坐标图像；该含水量检测机构设有若干传感器，分别设置于有机玻璃管周围。本实用新型专利技术能满足对不同水压、不同地面荷载的情况下空洞发展规律及周边土体变形和强度的研究需求。

A simulation device of subgrade void model

【技术实现步骤摘要】
一种路基空洞模型的模拟装置
本技术涉及路基空洞模型领域，特别是一种路基空洞模型的模拟装置。
技术介绍
近年来，路面不均匀沉降及路面塌陷的严重事故在全国各地频频发生，危害着人们的生命及财产安全。经过调查分析发现此类事故的主要原因是由于地下给水管道破损，有压水渗漏造成的路基空洞。此类事故常有报道，然而相关研究却寥寥无几，尚无完整严谨的模型装置用于测量由给水管道的破损引起的路基空洞的大小、空洞附近土体强度大小、空洞形成过程中的土体迁移特性。因此，研究给水管道的破损引起的路基空洞模型装置及方法对地下隐伏土洞的防治，道路与建构筑物不均匀沉降的预防与处理具有重大意义。然而，现有的测量路基空洞模型装置与方法大多忽略了土洞发展过程中，管道破损处周边土的位移和强度。其次无法对土洞的形状进行量测，特别是砂性土这类无黏聚性的土。为研究实际条件下，在压力场和渗流场的耦合作用下的地下土体空洞形成机理，常规的测量土体空洞模型已不能满足要求。因此研制一种可提多种供水压力系统和能模拟真实路面荷载情况的给水管道破损引发的路基空洞模型装置具有重要意义。
技术实现思路
本技术的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种模拟有压给水管道渗漏和路面荷载耦合作用下的路基空洞模型装置，以便观测土洞发展过程中，管道破损处周边土体的位移和强度以及对土洞形状，特别是砂性土一类无黏聚性土体的土洞形状，满足对不同水压、不同地面荷载的情况下空洞发展规律及周边土体变形和强度的研究需求。本技术采用如下技术方案：一种路基空洞模型的模拟装置，其特征在于：包括模型箱、路面加载机构、给水压力机构、土体冻结机构、PIV机构和含水量检测机构；该模型箱顶面开口，内部填充有待观测土体和有机玻璃管，该有机玻璃管上开设有破损口；该路面加载机构设有荷载板，该载荷板位于模型箱顶面以对待测土体施压；该给水压力机构与有机玻璃管连接以提供可控的稳压水；该土体冻结机构设有液氮传输管以提供氮气，该液氮传输管贴合于有机玻璃管外侧，其管口与破损口齐平；该PIV机构用于采集控制点处土体的位移和坐标图像；该含水量检测机构设有若干传感器，分别设置于有机玻璃管周围。所述模型箱相对所述有机玻璃管设有两管道接口，该管道接口与有机玻璃管和所述给水压力机构连通。所述路面加载机构还包括千斤顶和反力架；所述模型箱安置于反力架底部；所述千斤顶安置于反力架顶部且与所述荷载板相连。所述反力架包括横梁、底板和两立柱；所述横梁安装有所述千斤顶；所述底板安置有所述模型箱；所述立柱连接于横梁和底板之间。所述给水压力机构包括空气压力机、储液罐和储液池；该空气压力机通过管道与储液罐连通，该储液罐通过管道与有机玻璃管一端连通；该储液池通过管道与有机玻璃管另一端连通。所述给水压力机构还包括有若干减压阀，该减压阀安装于管道上。所述土体冻结机构还设有液氮泵，该液氮泵与所述液氮传输管连通；所述液氮传输管位于所述有机玻璃管正上方。所述PIV机构包括PIV相机、图像分析单元和控制点，该PIV相机位于所述模型箱外，且与所述有机玻璃管相对；所述控制点设置于所述模型箱侧壁。由上述对本技术的描述可知，与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：1.本技术的给水压力机构，设置空压机、减压阀并配合多个高精密空气减压阀，以提供稳定的气压；设置了1个不锈钢支管减压阀，通过调控空压机可提供不同大小的稳定的水压。2.本技术在模型箱模拟路面结构，并用齿轮式手摇可倒立千斤顶在路面上方施加荷载，能更加模拟还原真实情况。3.本技术使用PIV机构，采用高清相机检测，整个测量过程不需与土体直接接触，对土体不产生扰动；以土体自身文理为示踪标识即控制点进行测速方法，避免控制点与土体不同步、控制点失踪等问题。利用粒子成像测速可观测在不同水压下水管破损周围土颗粒的移动。4.本技术设有含水率检测机构，可测量不同位置土的含水率，以便根据三轴试验确定出不同含水率的土的强度，直观地得出土强度和含水率的关系并算出不同位置土的强度，较为精准。5.本技术所含的土体冻结机构，可方便测量不同土体(特别是砂性土)的空洞，并实现土体周边一定范围土体的冻结。附图说明图1为本技术装置图；图2为本技术侧视图；图3为图2的局部放大图；图4为有机玻璃管示意图；图5为图4剖视图；其中：10、模型箱，11、有机玻璃管，12、破损口，13、管道接口，20、路面加载机构，21、载荷板，22、千斤顶，23、横梁，24、立柱，25、底板，30、给水压力机构，31、空气压力机，32、储液罐，33、储液池，34、管道，35、减压阀，40、液氮传输管，41、液氮罐。具体实施方式以下通过具体实施方式对本技术作进一步的描述。本技术的各附图仅为示意以更容易了解本技术，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，对应的，以元件在上一面为正面、在下一面为背面以便于理解，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。参照图1至图5，一种路基空洞模型的模拟装置，包括模型箱10、路面加载机构20、给水压力机构30、土体冻结机构、PIV机构和含水量检测机构等。该模型箱10顶面开口，内部填充有待观测土体和有机玻璃管11，该有机玻璃管11上开设有破损口12。具体的，模型箱10可为(1000*800*1000)mm无顶面有机玻璃制的长方体，有机玻璃管11厚2mm，长996mm，半径20mm均厚2mm，在模型箱10两侧相同位置各设置一个圆形高压软管的管道接口13。该有机玻璃管11为半圆管，其两端半圆截面相切于模型箱10侧壁管道接口13。该半圆柱形的有机玻璃管11与模型箱10内壁均通过亚克力胶水粘接。半圆柱形透明PVC管模拟道路管道，方便直接观察水流在管道内的运动和水压导致破损口12周围土体迁移、土洞形成过程；在模型箱10侧面各设置1个尺寸相等的半圆开口(具体位置见附图)，模型箱10侧壁的圆形开口直径20mm位于模型箱10顶部边缘下方800mm处(具体位置见附图)，内切于有机玻璃管11的半圆截面；该有机玻璃管11矩形面与与模型箱10内壁均通过ABS透明亚克力板粘合剂粘接，方便试验观察。有机玻璃管11上的破损口12位置位于管道曲面，破损口12尺寸为直径0.5mm，用于模拟管道破损对土的影响。该路面加载机构20包括载荷板21、千斤顶22和反力架等。该反力架包括横梁23、底板25和两立柱24，横梁23安装有千斤顶22，底板25安置有模型箱10，立柱24连接于横梁23和底板25之间位于模型箱10两侧，立柱24与横梁23之间可采用焊接连接。千斤顶22与荷载板相连以对待测土体施压。具体的，载荷板21尺寸可为(995*795*10)mm的承载钢板。千斤顶22可采用齿轮式可倒立千斤顶，其可倒立千本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种路基空洞模型的模拟装置，其特征在于：包括模型箱、路面加载机构、给水压力机构、土体冻结机构、PIV机构和含水量检测机构；该模型箱顶面开口，内部填充有待观测土体和有机玻璃管，该有机玻璃管上开设有破损口；该路面加载机构设有载荷板，该载荷板位于模型箱顶面以对待测土体施压；该给水压力机构与有机玻璃管连接以提供可控的稳压水；该土体冻结机构设有液氮传输管以提供氮气，该液氮传输管贴合于有机玻璃管外侧，其管口与破损口齐平；该PIV机构用于采集控制点处土体的位移和坐标图像；该含水量检测机构设有若干传感器，分别设置于有机玻璃管周围。/n

【技术特征摘要】
1.一种路基空洞模型的模拟装置，其特征在于：包括模型箱、路面加载机构、给水压力机构、土体冻结机构、PIV机构和含水量检测机构；该模型箱顶面开口，内部填充有待观测土体和有机玻璃管，该有机玻璃管上开设有破损口；该路面加载机构设有载荷板，该载荷板位于模型箱顶面以对待测土体施压；该给水压力机构与有机玻璃管连接以提供可控的稳压水；该土体冻结机构设有液氮传输管以提供氮气，该液氮传输管贴合于有机玻璃管外侧，其管口与破损口齐平；该PIV机构用于采集控制点处土体的位移和坐标图像；该含水量检测机构设有若干传感器，分别设置于有机玻璃管周围。


2.如权利要求1所述的一种路基空洞模型的模拟装置，其特征在于：所述模型箱相对所述有机玻璃管设有两管道接口，该管道接口与有机玻璃管和所述给水压力机构连通。


3.如权利要求1所述的一种路基空洞模型的模拟装置，其特征在于：所述路面加载机构还包括千斤顶和反力架；所述模型箱安置于反力架底部；所述千斤顶安置于反力架顶部且与所述载荷板相连。


4.如权利要求3所述的一种路...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡莹颖，王怡婕，姜航，陈星欣，郭力群，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：新型
国别省市：福建;35