一種透明相似材料隧道模型模具及鋪設(shè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模擬試驗(yàn)裝置及模型鋪設(shè)方法，尤其適用于隧道工程模型的建模與內(nèi)部可視化試驗(yàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于模型試驗(yàn)的位移測(cè)量，與機(jī)械式和電感式測(cè)量技術(shù)相比，光學(xué)測(cè)量技術(shù)具有非接觸式(對(duì)被測(cè)對(duì)象無(wú)干擾)全場(chǎng)量測(cè)、抗電磁等干擾的能力強(qiáng)、測(cè)試精度高等明顯的優(yōu)越性，因而得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。尤其是與新興的透明相似材料模型試驗(yàn)相結(jié)合，可以直觀而精確地測(cè)量模型內(nèi)部的位移場(chǎng)，為全面準(zhǔn)確地獲取模型的位移場(chǎng)分布及演化規(guī)律創(chuàng)造了空前的利好條件。
[0003]目前在光學(xué)測(cè)量透明相似材料模型內(nèi)部位移的試驗(yàn)中，最常用的方法是采用線狀激光剖切模型待測(cè)面以在該面上形成激光散斑，采用數(shù)碼相機(jī)按一定時(shí)間間隔采集該激光散斑面的圖像，經(jīng)相關(guān)軟件分析處理后即可得到該面的位移場(chǎng)分布及隨時(shí)間的演化情況。然而，激光散斑的方法存在一些明顯不足。(I)激光對(duì)人眼傷害大，尤其是需要大功率激光的情況下，如稍有不慎即可致人眼盲，因而安全性較差。(2)激光散斑面的圖像很容易受到散斑面與相機(jī)之間的模型材料干擾，尤其是模型透明度不佳和材料顆粒較細(xì)的情況下，造成測(cè)量準(zhǔn)確度降低。(3)由于激光散斑與周圍模型材料的對(duì)比度較弱，在高速位移的條件下獲得的圖像質(zhì)量較差，也會(huì)造成測(cè)量精度降低。(4)激光強(qiáng)度隨傳播距離的增加而急劇減小，使得激光散斑面的光強(qiáng)分布不均，這也會(huì)影響測(cè)量精度。
[0004]為克服激光散斑存在的不足，可采用人工制斑的方法。該方法是在模型鋪設(shè)的過(guò)程中事先在待測(cè)面上均勻地鋪設(shè)較薄的一層深顏色顆粒，實(shí)驗(yàn)時(shí)用亮度恒定的普通光源均勻地(各部分光強(qiáng)一致)照亮該觀測(cè)面即可獲得高質(zhì)量的散斑圖像。這種方法雖然克服了激光散斑的不足，但對(duì)模型模具及鋪設(shè)過(guò)程提出了更高的要求，而且現(xiàn)有的透明相似材料隧道模型試驗(yàn)?zāi)＞叨疾槐阌谀Ｐ蛢?nèi)部人工散斑面的鋪設(shè)，更未見(jiàn)能鋪設(shè)兩個(gè)正交散斑面的模具。
[0005]在透明相似材料模型的鋪設(shè)方面，過(guò)去采用的方法都是將一定量的攪拌好的懸浮液倒入模具再進(jìn)行抽真空脫氣，不斷重復(fù)此過(guò)程直至模具鋪設(shè)完畢。這種方法存在三個(gè)明顯缺陷:(1)為提高脫氣質(zhì)量，每次倒入模具的懸浮液要盡量少，相應(yīng)地完成模型鋪設(shè)所需重復(fù)的步驟就很多，建模速度極慢。(2)每次倒入模具的懸浮液的攪拌均勻度無(wú)法保證完全一致，而且相鄰兩次操作之間有較長(zhǎng)的時(shí)間間隔，容易在相鄰兩次鋪設(shè)的材料之間形成層理面，影響試驗(yàn)結(jié)果。(3)脫氣過(guò)程要么采用一個(gè)容積大到足夠容納整個(gè)模具的真空箱，要么利用模具自身密封性來(lái)直接脫氣，對(duì)于前者需要反復(fù)多次將整個(gè)裝有相似材料的模具搬入搬出真空箱，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；對(duì)于后者需要反復(fù)多次拆裝模具，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且容易損壞模具而影響其密封性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是要提供一種透明相似材料隧道模型模具及鋪設(shè)方法，解決現(xiàn)有技術(shù)安全性較差、測(cè)量精度低的問(wèn)題，便于直觀而準(zhǔn)確地獲得隧道橫斷面和縱剖面的位移場(chǎng)分布及演化過(guò)程。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:該模型模具包括:頂部面板、前部面板、側(cè)部面板、后部面板、底部面板、過(guò)濾板、內(nèi)部隔板、堵頭和閥門；上述所有面板均采用透明有機(jī)玻璃制作，各面板之間采用螺釘連接，過(guò)濾板置于模具內(nèi)的底部面板之上，內(nèi)部隔板的上端部通過(guò)兩顆螺釘與頂部面板連接，堵頭與前部面板的隧道開(kāi)挖孔之間為螺紋連接，閥門與底部面板的排液孔之間為管螺紋連接。
[0008]所述的底部面板的上表面刻有一定深度的凹槽，用于匯集經(jīng)過(guò)濾板滲透的液體并與排液孔導(dǎo)通。
[0009]所述的內(nèi)部隔板7的中部對(duì)稱線上鉆有兩個(gè)對(duì)稱的深度小于板厚的螺紋孔，用于安設(shè)螺釘以作為拆除內(nèi)部隔板時(shí)的操作手柄。
[0010]所述的堵頭由大小二個(gè)圓柱體順序連接而成。
[0011]所述的過(guò)濾板上有孔，孔徑小于試驗(yàn)所用透明相似材料骨料的最小粒徑。
[0012]鋪設(shè)方法為:將各面板上的螺釘孔位對(duì)稱布置；裝配時(shí)各連接部位均涂抹密封劑；利用模具的氣密性對(duì)模型材料進(jìn)行脫氣；采用一次大批量拌料和真空吸料的方式使模型材料的脫氣伴隨澆注過(guò)程自動(dòng)連續(xù)地進(jìn)行；其步驟如下:
[0013]步驟一:將模具的各透明有機(jī)玻璃面板及內(nèi)部隔板用螺釘進(jìn)行裝配，在底部面板與內(nèi)部隔板之間插入過(guò)濾板；將底部面板前側(cè)的排液孔通過(guò)排氣管路與真空栗的吸風(fēng)口相連；采用開(kāi)有穿孔的橡膠塞將隧道開(kāi)挖孔堵緊，把輸送透明相似材料的管路即吸料管路的一端通過(guò)橡膠塞的孔洞伸入模具內(nèi)部靠近面板一側(cè)，深度至接近后部面板的位置，另一端插入攪拌好的透明相似材料懸浮液中；
[0014]步驟二:開(kāi)動(dòng)真空栗通過(guò)排氣管路對(duì)模具內(nèi)部空間進(jìn)行排氣，借此透明相似材料懸浮液將通過(guò)吸料管路被吸入模具內(nèi)；吸入模具內(nèi)的懸浮液借助自流和人工晃動(dòng)而確保上部自由面的平整；當(dāng)材料充填到預(yù)定位置時(shí)關(guān)閉真空栗，完成模型第①部分的鋪設(shè)；
[0015]步驟三:用干凈的散斑面噴灑管路替換吸料管路，將其一端插入彩色粉末中，另一端伸入模具內(nèi)距懸浮液上表面一定高度的位置，開(kāi)動(dòng)真空栗將彩色粉末吸入并均勻噴灑一層較薄的散斑面Si;
[0016]步驟四:將噴灑彩色散斑面的管路換為吸料管路并重復(fù)步驟二鋪設(shè)模型的第②部分，為防止新吸入的懸浮液對(duì)彩色散斑面造成破壞，將管路的出料口盡量靠近散斑面；
[0017]步驟五:把模具轉(zhuǎn)動(dòng)90度角使側(cè)部面板位于上部并依次拆去面板和內(nèi)部隔板，及時(shí)將頂部面板上用于連接隔板的兩個(gè)螺紋孔密閉，重新裝上側(cè)部面板；關(guān)閉第一排液孔處的閥門，將排氣管路從該閥門卸下并連接到第二排液孔的閥門；用散斑面噴灑管路替換吸料管路，重復(fù)步驟三的方法均勻噴灑一層較薄的散斑面S2 ;
[0018]步驟六:重新將散斑面噴灑管路換為吸料管路，在散斑面S2上部鋪設(shè)模型的第③部分，之后，拆去排氣管路和吸料管路并用堵頭把隧道開(kāi)挖孔堵實(shí)即完成了模型的鋪設(shè)過(guò)程。
[0019]有益效果，由于采用了上述方案，在模具內(nèi)設(shè)置一個(gè)分隔板來(lái)實(shí)現(xiàn)模型內(nèi)部?jī)蓚€(gè)正交散斑面的鋪設(shè)，利用模具的氣密性對(duì)模型材料進(jìn)行脫氣；采用一次大批量拌料和真空吸料的方式使模型材料的脫氣伴隨澆注過(guò)程自動(dòng)連續(xù)地進(jìn)行。采用模具及配套鋪設(shè)方法，充分滿足了在模型內(nèi)部人工鋪設(shè)兩個(gè)正交散斑面的要求，克服了傳統(tǒng)“攪拌一一倒入一一脫氣”多次循環(huán)鋪設(shè)方法的明顯缺陷，巧妙地實(shí)現(xiàn)了 “一次大批量攪拌、澆注與脫氣過(guò)程自動(dòng)同時(shí)且連續(xù)進(jìn)行”，既省時(shí)省力又最大限度地確保了模型鋪設(shè)的質(zhì)量。
[0020]本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)安全性較差、測(cè)量精度低的問(wèn)題，便于直觀而準(zhǔn)確地獲得隧道橫斷面和縱剖面的位移場(chǎng)分布及演化過(guò)程，達(dá)到了本發(fā)明的目的。
[0021]優(yōu)點(diǎn):
[0022](I)模具六面全透明，能“全場(chǎng)”測(cè)量模型不同方位的內(nèi)部位移。
[0023](2)易于在模型內(nèi)部鋪設(shè)I?2個(gè)人工散斑面，克服激光散斑存在的問(wèn)題。
[0024](3)模型加載方向與人工散斑面延展方向垂直，不會(huì)引起散斑面的畸變。
[0025](4)通過(guò)模具底部設(shè)置的排液閥門可調(diào)控模型內(nèi)部的液體含量，以模擬不同的工況條件。
[0026](5)模具容易實(shí)現(xiàn)全密封，以便對(duì)其內(nèi)部的透明相似材料進(jìn)行脫氣，從而避免氣泡對(duì)模型透明度的影響。
[0027](6)模具成本低廉并可多次重復(fù)使用，拆裝方便，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果明顯。
[0028](7)巧妙地實(shí)現(xiàn)了“一次大批量攪拌、澆注與脫氣過(guò)程自動(dòng)同時(shí)且連續(xù)進(jìn)行”，既省時(shí)省力又最大限度地確保了模型鋪設(shè)的質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
:
[0029]圖1-1是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖1-2是圖1-1的右視結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖1-3是圖1-1的俯視結(jié)構(gòu)圖。
[0032]圖2-1是本發(fā)明的底部面板主視結(jié)構(gòu)圖。
[0033]圖2-2是圖2-1的右視結(jié)構(gòu)圖。
[0034]圖2-3是圖2-1的仰視結(jié)構(gòu)圖。
[0035]圖3-1是本發(fā)明的內(nèi)部隔板主視結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖3-2是圖3-1的右視結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖3-3是圖3-1的俯視結(jié)構(gòu)圖。
[0038]圖4-1是本發(fā)明堵頭的主視結(jié)構(gòu)圖。
[0039]圖4-2是圖4-1的右視結(jié)構(gòu)圖。
[0040]圖5是本發(fā)明的模型鋪設(shè)順序結(jié)構(gòu)圖。
[0041]圖6-1是模型鋪設(shè)系統(tǒng)示意圖。
[0042]圖6-2是模型第①部分