本發(fā)明為一種水基溫控式相似模擬實驗臺及使用方法，屬于實驗器械及方法技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

相似模擬實驗是巖土工程、采礦工程等領(lǐng)域常用的一種研究手段，解決了難以直接拿研究對象做實驗的難題，相似模擬實驗花費少、操作簡單、結(jié)果直觀，可設(shè)置多種邊界條件，能夠說明問題的基本規(guī)律。然而，由于相似模擬材料的長期滯后發(fā)展，致使相似模擬實驗方法仍然存在諸多問題。目前，常用的相似模擬材料包括：砂石、石膏、云母等，通過他們的調(diào)配來模擬不同的巖層條件，材料調(diào)配繁瑣，強度難以把握，需要進行多次力學性能測試實驗來反復(fù)校對相似模擬材料的強度，模型搭建時間長、效率低，另外由于巖體多為彈性體或似彈性體，與常規(guī)的散體相似模擬材料在力學性能上有本質(zhì)的差別，雖然可以反映基本規(guī)律，但是其精確度相差較大。針對上訴問題，迫切需要開發(fā)一種全新的同類實驗平臺，在克服傳統(tǒng)實驗設(shè)備不足的同時有效滿足實際使用的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是要提供一種水基溫控式相似模擬實驗臺及使用方法。

為達到上述目的，本發(fā)明是按照以下技術(shù)方案實施的：

一種水基溫控式相似模擬實驗臺，包括雙向加載臺架、控制臺、冰體預(yù)制箱、轉(zhuǎn)運車及冰體提取器，雙向加載臺架、控制臺、冰體預(yù)制箱、轉(zhuǎn)運車均分布在同一水平面內(nèi)，且控制臺與雙向加載臺架電氣連接，轉(zhuǎn)運車至少一個，并位于雙向加載臺架和冰體預(yù)制箱之間，雙向加載臺架和冰體預(yù)制箱通過轉(zhuǎn)運車相互連接，雙向加載臺架包括承載架、加載油缸、施壓板，承載架為“口”字型框架結(jié)構(gòu)，其軸線與水平垂直分布，加載油缸若干，環(huán)繞承載架軸線均布在承載架的上表面和側(cè)表面上，且承載架側(cè)表面上的加載油缸對稱分布，加載油缸軸線與其所在的承載架內(nèi)表面垂直分布，且加載油缸1/4—1/2長度部分嵌于承載架內(nèi)，施壓板嵌于承載架內(nèi)，并通過棘輪機構(gòu)與加載油缸前端連接，施壓板與加載油缸軸線呈0°—90°夾角，冰體預(yù)制箱至少一個，且各冰體預(yù)制箱相互平行分布，冰體預(yù)制箱包括箱體、箱蓋、冷凝管及制冷裝置，其中箱體為截面為矩形的槽狀結(jié)構(gòu)，箱蓋與箱體上端面連接并構(gòu)成密閉腔體結(jié)構(gòu)，所述的冷凝管至少一條，并環(huán)繞箱體側(cè)表面軸線均布在箱體各側(cè)表面內(nèi)，制冷裝置至少一個，安裝在箱體側(cè)表面并分別與各冷凝管相互連通，冰體提取器嵌于冰體預(yù)制箱內(nèi)并與冰體預(yù)制箱底部垂直分布，每個冰體預(yù)制箱內(nèi)均設(shè)兩個冰體提取器，且同一冰體預(yù)制箱內(nèi)的兩冰體提取器以冰體預(yù)制箱中線對稱分布在冰體預(yù)制箱兩端位置，并與冰體預(yù)制箱箱體內(nèi)表面滑動連接，冰體提取器包括基體、手把及凸塊，所述基體為板狀結(jié)構(gòu)，手把與基體上端面連接，且手把斷面為圓弧狀結(jié)構(gòu)，凸塊若干并以矩形陣列分布在基體前表面，凸塊軸線與基體前表面垂直分布，轉(zhuǎn)運車包括底座、導(dǎo)向柱、驅(qū)動液壓缸、承載板及定位夾具，底座下表面設(shè)行走機構(gòu)，導(dǎo)向柱至少四個，并對稱分布在底座兩端位置，各導(dǎo)向柱均與底座相互垂直分布，承載板位于底座正上方，并與底座平行分布，所述的承載板與底座間通過至少兩個驅(qū)動液壓缸相互連接，驅(qū)動液壓缸軸線分別與的承載板和底座相互垂直分布，定位夾具至少兩個，并對稱分布在承載板上表面兩端位置，且定位夾具與承載板垂直分布。

進一步的，所述的雙向加載臺架的施壓板與加載油缸間通過棘輪機構(gòu)相互鉸接。

進一步的，所述的施壓板前表面設(shè)耐磨防護層。

進一步的，所述的雙向加載臺架的承載架底部上表設(shè)至少兩條排污槽。

進一步的，所述冰體預(yù)制箱的箱體和箱蓋間通過滑軌或棘輪機構(gòu)中任意一種方式連接。

進一步的，所述冰體預(yù)制箱的箱體的側(cè)表面設(shè)驅(qū)動手柄。

進一步的，所述冰體提取器的凸塊為軸向面為等腰體形的臺狀結(jié)構(gòu)或軸向截面為等腰三角形的錐形結(jié)構(gòu)中的任意一種。

進一步的，所述定位夾具與承載板間通過滑軌滑動連接。

一種水基溫控式相似模擬實驗臺的使用方法包括：

第一步，制備冰體，首先根據(jù)使用需要，選擇相應(yīng)數(shù)量的，冰體預(yù)制箱并在各將冰體預(yù)制箱內(nèi)安裝冰體提取器，然后在冰體預(yù)制箱注入水，并對水和冰體提取器一同進行冷凍作業(yè)，并使液態(tài)水經(jīng)過冷凍為低溫冰體，且冰體提取器與冰體兩端經(jīng)過冷凍連接到一起，且制備出的各冰體體積分別為制備該冰體冰體預(yù)制箱有效容積的10%—100%，低溫冰體溫度不大于-10℃；

第二步，冰體轉(zhuǎn)運，將經(jīng)過第一步制備的冰體，通過冰體提取器從冰體預(yù)制箱中取出，并放置到轉(zhuǎn)運車上，并在冰體放置到轉(zhuǎn)運車上后，對冰體進行定位安裝，同時將冰體兩端的體提取器去掉，然后通過轉(zhuǎn)運車將冰體轉(zhuǎn)運至雙向加載臺架處，并依次將各冰體安裝到雙向加載臺架上；

第三步，冰體定位，在各冰體安裝到雙向加載臺架上時，首先由加載油缸驅(qū)動施壓板對冰體表面施加均勻定位力，并直至所有冰體安裝完畢，然后根據(jù)使用需要，利用加載油缸通過施壓板對冰體表面施加實驗作用壓力，各施壓板對冰體表面施加的實驗作用壓力均與冰體表面垂直分布，且各施壓板施加的實驗作用壓力各相同，其中最大的實驗作用壓力為最小的實驗作用壓力1—20倍；

第四步，進行實驗，在完成第三步操作后，并確保各施壓板對冰體表面施加的實驗作用壓力保持恒定，然后通過實驗設(shè)備對冰體進行實驗即可。

本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作及使用靈活方面便，實驗資源回收利用率高，一方面可有效降低實驗設(shè)備使用及操作的復(fù)雜性，降低實驗運行成本，提高實驗效率，另一方面可有效的對多種地層結(jié)構(gòu)進行模擬仿真，從而有助于提高實驗仿真作業(yè)的真實性和可靠性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式來詳細說明本發(fā)明

圖1：本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：為雙向加載臺架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3：為冰體預(yù)制箱結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4：為冰體提取器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5：為轉(zhuǎn)運車結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6：本本發(fā)明使用方法流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施方式，進一步闡述本發(fā)明。

如圖1—5所示一種水基溫控式相似模擬實驗臺，包括雙向加載臺架1、控制臺2、冰體預(yù)制箱3、轉(zhuǎn)運車4及冰體提取器5，雙向加載臺架1、控制臺2、冰體預(yù)制箱3、轉(zhuǎn)運車4均分布在同一水平面內(nèi)，且控制臺2與雙向加載臺架1電氣連接，轉(zhuǎn)運車4至少一個，并位于雙向加載臺架1和冰體預(yù)制箱3之間，雙向加載臺架1和冰體預(yù)制箱3通過轉(zhuǎn)運車4相互連接。

本實施例中，所述的雙向加載臺架1包括承載架11、加載油缸12、施壓板13，承載架11為“口”字型框架結(jié)構(gòu)，其軸線與水平垂直分布，加載油缸12若干，環(huán)繞承載架1軸線均布在承載架1的上表面和側(cè)表面上，且承載架1側(cè)表面上的加載油缸12對稱分布，加載油缸12軸線與其所在的承載架11內(nèi)表面垂直分布，且加載油缸12的1/4—1/2長度部分嵌于承載架1內(nèi)，施壓板13嵌于承載架11內(nèi)，并通過棘輪機構(gòu)與加載油缸12前端連接，施壓板13與加載油缸12軸線呈0°—90°夾角。

本實施例中，所述的冰體預(yù)制箱3至少一個，且各冰體預(yù)制箱3相互平行分布，冰體預(yù)制箱3包括箱體31、箱蓋32、冷凝管33及制冷裝置34，其中箱體31為截面為矩形的槽狀結(jié)構(gòu)，箱蓋32與箱體31上端面連接并構(gòu)成密閉腔體結(jié)構(gòu)，冷凝管33至少一條，并環(huán)繞箱體31側(cè)表面軸線均布在箱體31各側(cè)表面內(nèi)，制冷裝置34至少一個，安裝在箱體31側(cè)表面并分別與各冷凝管33相互連通。

本實施例中，所述的冰體提取器5嵌于冰體預(yù)制箱3內(nèi)并與冰體預(yù)制箱3底部垂直分布，每個冰體預(yù)制箱3內(nèi)均設(shè)兩個冰體提取器5，且同一冰體預(yù)制箱3內(nèi)的兩冰體提取器5以冰體預(yù)制箱3中線對稱分布在冰體預(yù)制箱3兩端位置，并與冰體預(yù)制箱3箱體31內(nèi)表面滑動連接，冰體提取器5包括基體51、手把52及凸塊53，基體51為板狀結(jié)構(gòu)，手把52與基體51上端面連接，且手把52斷面為圓弧狀結(jié)構(gòu)，凸塊53若干并以矩形陣列分布在基體51前表面，凸塊53軸線與基體51前表面垂直分布。

本實施例中，所述的轉(zhuǎn)運車4包括底座41、導(dǎo)向柱42、驅(qū)動液壓缸43、承載板44及定位夾具45，底座41下表面設(shè)行走機構(gòu)46，導(dǎo)向柱42至少四個，并對稱分布在底座41兩端位置，各導(dǎo)向柱42均與底座41相互垂直分布，承載板44位于底座41正上方，并與底座41平行分布，承載板44與底座41間通過至少兩個驅(qū)動液壓缸43相互連接，驅(qū)動液壓缸43軸線分別與的承載板44和底座41相互垂直分布，定位夾具45至少兩個，并對稱分布在承載板44上表面兩端位置，且定位夾具45與承載板垂直分布。

本實施例中，所述的雙向加載臺架1的施壓板13與加載油缸12間通過棘輪機構(gòu)相互鉸接。

本實施例中，所述的施壓板13前表面設(shè)耐磨防護層14。

本實施例中，所述的雙向加載臺架1的承載架11底部上表設(shè)至少兩條排污槽15。

本實施例中，所述冰體預(yù)制箱3的箱體31和箱蓋32間通過滑軌或棘輪機構(gòu)中任意一種方式連接。

本實施例中，所述冰體預(yù)制箱3的箱體31的側(cè)表面設(shè)驅(qū)動手柄35。

本實施例中，所述冰體提取器5的凸塊53為軸向面為等腰體形的臺狀結(jié)構(gòu)或軸向截面為等腰三角形的錐形結(jié)構(gòu)中的任意一種。

本實施例中，所述定位夾具45與承載板44間通過滑軌滑動連接。

如圖6所示，一種水基溫控式相似模擬實驗臺的使用方法包括：

第一步，制備冰體，首先根據(jù)使用需要，選擇相應(yīng)數(shù)量的，冰體預(yù)制箱并在各將冰體預(yù)制箱內(nèi)安裝冰體提取器，然后在冰體預(yù)制箱注入水，并對水和冰體提取器一同進行冷凍作業(yè)，并使液態(tài)水經(jīng)過冷凍為低溫冰體6，且冰體提取器與冰體兩端經(jīng)過冷凍連接到一起，且制備出的各冰體體積分別為制備該冰體冰體預(yù)制箱有效容積的10%—100%，低溫冰體溫度不大于-10℃；

第二步，冰體轉(zhuǎn)運，將經(jīng)過第一步制備的冰體6，通過冰體提取器從冰體預(yù)制箱中取出，并放置到轉(zhuǎn)運車上，并在冰體6放置到轉(zhuǎn)運車上后，對冰體6進行定位安裝，同時將冰體6兩端的體提取器去掉，然后通過轉(zhuǎn)運車將冰體6轉(zhuǎn)運至雙向加載臺架處，并依次將各冰體6安裝到雙向加載臺架上；

第三步，冰體定位，在各冰體6安裝到雙向加載臺架上時，首先由加載油缸驅(qū)動施壓板對冰體6表面施加均勻定位力，并直至所有冰體6安裝完畢，然后根據(jù)使用需要，利用加載油缸通過施壓板對冰體6表面施加實驗作用壓力，各施壓板對冰體6表面施加的實驗作用壓力均與冰體6表面垂直分布，且各施壓板施加的實驗作用壓力各相同，其中最大的實驗作用壓力為最小的實驗作用壓力1—20倍；

第四步，進行實驗，在完成第三步操作后，并確保各施壓板對冰體6表面施加的實驗作用壓力保持恒定，然后通過實驗設(shè)備對冰體6進行實驗即可。

本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作及使用靈活方面便，實驗資源回收利用率高，一方面可有效降低實驗設(shè)備使用及操作的復(fù)雜性，降低實驗運行成本，提高實驗效率，另一方面可有效的對多種地層結(jié)構(gòu)進行模擬仿真，從而有助于提高實驗仿真作業(yè)的真實性和可靠性。

本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。