[實用新型]一種干濕循環氣候超重力模擬系統

無效

• 申請號: 201120173540.1
• 申請日: 2011-05-27
• 公開（公告）號: CN202083615U
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 陳云敏;朱斌;楊春寶;孔令剛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳昱彤

技術領域

????本實用新型涉及干濕循環氣候（包括雨季和旱季）模擬系統，尤其是涉及基于超重力離心機機載模型箱的干濕循環氣候模擬系統。

背景技術

????氣候變化影響著土工構筑物的服役環境，極易誘發巖土體發生過大變形甚至失穩等災變。例如，強降雨引起滑坡和泥石流，造成了大量人員傷亡和巨大經濟損失，2010年舟曲泥石流災害的慘痛經歷仍記憶猶新；干濕循環氣候對誘發凍土融化并導致路堤變形和失穩，在青藏鐵路中尤為突出。

????在以前的研究中，多采用現場試驗和室內常重力小比尺模型試驗。然而大范圍的現場試驗往往不具備龐大的設備和儀器，使得試驗不具備可行性和可操作性。室內常重力小比尺模型試驗由于不能真實模擬原型巖土體的應力和應變，其試驗結果與實際值存在較大的誤差。

超重力離心機通過較大的離心加速度產生超重力場，在小比尺條件下也能真實模擬原型巖土體的應力應變狀況，其模型試驗在土木、環境、地質、礦山、水利等科學和技術領域得到了廣泛的應用。

目前國內外超重力土工離心機的數量和容量提升迅速，更全面、更精細的土工模型試驗要求推動超重力離心機向多功能化發展。然而，在超重力離心機模型試驗中，模擬干濕循環氣候的環境致災系統卻鮮有研究。因此，在超重力離心模型中模擬干濕循環氣候誘發巖土體災變的過程顯得尤為重要。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種集降雨和干燥控制為一體的干濕循環氣候超重力模擬系統，以解決在超重力離心模型中有效模擬干濕循環氣候的問題。

為實現上述目的，本實用新型所采取的技術手段是：該干濕循環氣候超重力模擬系統包括超重力離心機機載模型箱，在所述模型箱的外部設有空氣加熱減濕機、鼓風機和水箱，所述空氣加熱減濕機的出氣口與鼓風機的進氣口通過導氣管連接，鼓風機的出氣口連接有進氣管，空氣加熱減濕機的進氣口連接有出氣管；所述水箱固定于所述模型箱的頂部，所述進氣管和出氣管均伸入到模型箱的內部；

在所述模型箱的內部，其底部置有巖土體模型，所述巖土體模型與所述模型箱的側壁之間設有土工隔板，并在所述土工隔板與所述模型箱的側壁之間留有空間作為集水區，在所述集水區的底部設有出水口；在所述巖土體模型的上方設有方形雨霧噴嘴，各所述方形雨霧噴嘴通過輸水管與水箱連通；所述輸水管上安裝有壓力傳感器、減壓閥和降雨開關，所述壓力傳感器和減壓閥置于模型箱的外部；

各所述方形雨霧噴嘴與巖土體模型的上表面的垂直距離均滿足以下關系式（1），

?????????（1）

在所述方形雨霧噴嘴的朝向巖土體模型方向的正投影面上，所有方形雨霧噴的投影呈矩陣式排列，且同一行和同一列的相鄰兩個方形雨霧噴嘴的中心之間的距離滿足以下關系式（2），

???????????????（2）

式（1）和式（2）中，為方形雨霧噴嘴與巖土體模型的上表面的垂直距離，為方形雨霧噴嘴的噴雨幅角值，為同一行或同一列的相鄰方形雨霧噴嘴的中心之間的距離，為降雨面的面積；

其中，降雨面的面積按下式（3）計算：

???????????（3）

式（3）中，為單位時間內通過方形雨霧噴嘴的水流量，為降雨強度；?

并且，在所述巖土體模型存在變坡面時，與變坡面的臨界線相鄰的方形雨霧噴嘴在其對應的巖土體模型上表面上的垂直投影的中心與所述臨界線的距離為。

進一步地，本實用新型在所述方形雨霧噴嘴與所述輸水管之間安裝有可調球形接頭，以使方形雨霧噴嘴的噴射方向與其對應的巖土體模型上表面垂直。

本實用新型的有益效果是：

（1）本實用新型模擬系統可模擬從濕雨到豪雨等各種工況，真實降雨誘發巖土體災變過程，為相關研究打下堅實的基礎。（2）在超重力條件下，降雨時間的相似比為。即原型巖土體中24小時的降雨，在60倍重力加速（60g）的超重力環境中模擬，只需要24秒；20年的季節性干濕循環只需要48.7小時。可見，本實用新型模擬系統在時間上具有較大的優越性。（3）本實用新型模擬系統中的方形雨霧噴嘴可以實現降雨零盲區，達到降雨均勻性的控制。（4）可調球形接頭可調整雨霧噴射角度，解決模型中存在變坡面時的降雨均勻性問題。（5）本實用新型模擬系統可模擬干旱對巖土體的變形和穩定的影響。（6）通過降雨和干燥的循環作用可模擬實際工況中的干濕循環氣候，研究干濕循環氣候誘發巖土體變形和失穩等災變的過程。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構側視圖；