[实用新型]一种透明相似材料隧道模型模具

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种模拟试验装置及模型铺设方法，尤其适用于隧道工程模型的建模与内部可视化试验。

背景技术

对于模型试验的位移测量，与机械式和电感式测量技术相比，光学测量技术具有非接触式(对被测对象无干扰)全场量测、抗电磁等干扰的能力强、测试精度高等明显的优越性，因而得到了越来越广泛的应用。尤其是与新兴的透明相似材料模型试验相结合，可以直观而精确地测量模型内部的位移场，为全面准确地获取模型的位移场分布及演化规律创造了空前的利好条件。

目前在光学测量透明相似材料模型内部位移的试验中，最常用的方法是采用线状激光剖切模型待测面以在该面上形成激光散斑，采用数码相机按一定时间间隔采集该激光散斑面的图像，经相关软件分析处理后即可得到该面的位移场分布及随时间的演化情况。然而，激光散斑的方法存在一些明显不足。(1)激光对人眼伤害大，尤其是需要大功率激光的情况下，如稍有不慎即可致人眼盲，因而安全性较差。(2)激光散斑面的图像很容易受到散斑面与相机之间的模型材料干扰，尤其是模型透明度不佳和材料颗粒较细的情况下，造成测量准确度降低。(3)由于激光散斑与周围模型材料的对比度较弱，在高速位移的条件下获得的图像质量较差，也会造成测量精度降低。(4)激光强度随传播距离的增加而急剧减小，使得激光散斑面的光强分布不均，这也会影响测量精度。

为克服激光散斑存在的不足，可采用人工制斑的方法。该方法是在模型铺设的过程中事先在待测面上均匀地铺设较薄的一层深颜色颗粒，实验时用亮度恒定的普通光源均匀地(各部分光强一致)照亮该观测面即可获得高质量的散斑图像。这种方法虽然克服了激光散斑的不足，但对模型模具及铺设过程提出了更高的要求，而且现有的透明相似材料隧道模型试验模具都不便于模型内部人工散斑面的铺设，更未见能铺设两个正交散斑面的模具。

在透明相似材料模型的铺设方面，过去采用的方法都是将一定量的搅拌好的悬浮液倒入模具再进行抽真空脱气，不断重复此过程直至模具铺设完毕。这种方法存在三个明显缺陷：(1)为提高脱气质量，每次倒入模具的悬浮液要尽量少，相应地完成模型铺设所需重复的步骤就很多，建模速度极慢。(2)每次倒入模具的悬浮液的搅拌均匀度无法保证完全一致，而且相邻两次操作之间有较长的时间间隔，容易在相邻两次铺设的材料之间形成层理面，影响试验结果。(3)脱气过程要么采用一个容积大到足够容纳整个模具的真空箱，要么利用模具自身密封性来直接脱气，对于前者需要反复多次将整个装有相似材料的模具搬入搬出真空箱，费时费力；对于后者需要反复多次拆装模具，不仅费时费力而且容易损坏模具而影响其密封性。

实用新型内容

本实用新型的目的是要提供一种透明相似材料隧道模型模具，解决现有技术安全性较差、测量精度低的问题，便于直观而准确地获得隧道横断面和纵剖面的位移场分布及演化过程。

本实用新型的目的是这样实现的：该模型模具包括：顶部面板、前部面板、侧部面板、后部面板、底部面板、过滤板、内部隔板、堵头和阀门；上述所有面板均采用透明有机玻璃制作，各面板之间采用螺钉连接，过滤板置于模具内的底部面板之上，内部隔板的上端部通过两颗螺钉与顶部面板连接，堵头与前部面板的隧道开挖孔之间为螺纹连接，阀门与底部面板的排液孔之间为管螺纹连接。

所述的底部面板的上表面刻有一定深度的凹槽，用于汇集经过滤板渗透的液体并与排液孔导通。

所述的内部隔板7的中部对称线上钻有两个对称的深度小于板厚的螺纹孔，用于安设螺钉以作为拆除内部隔板时的操作手柄。

所述的堵头由大小二个圆柱体顺序连接而成。

所述的过滤板上有孔，孔径小于试验所用透明相似材料骨料的最小粒径。

有益效果，由于采用了上述方案，在模具内设置一个分隔板来实现模型内部两个正交散斑面的铺设，利用模具的气密性对模型材料进行脱气；采用一次大批量拌料和真空吸料的方式使模型材料的脱气伴随浇注过程自动连续地进行。采用模具及配套铺设方法，充分满足了在模型内部人工铺设两个正交散斑面的要求，克服了传统“搅拌——倒入——脱气”多次循环铺设方法的明显缺陷，巧妙地实现了“一次大批量搅拌、浇注与脱气过程自动同时且连续进行”，既省时省力又最大限度地确保了模型铺设的质量。

本实用新型解决了现有技术安全性较差、测量精度低的问题，便于直观而准确地获得隧道横断面和纵剖面的位移场分布及演化过程，达到了本实用新型的目的。

优点：

(1)模具六面全透明，能“全场”测量模型不同方位的内部位移。

(2)易于在模型内部铺设1～2个人工散斑面，克服激光散斑存在的问题。