[实用新型]一种气垫悬浮式岩土离心机

说明书

本实用新型公开了一种气垫悬浮式岩土离心机，包括位于地面以下且活动设置于悬浮结构车体内的模型试验舱、直线电机、数据采集设备、无线传输设备、供电设备和地面试验室计算机；气垫悬浮结构车体的侧部间隔设置两个相互平行的第一气垫，气垫悬浮结构车体的底部间隔设置两个相互平行的第二气垫；两个第一气垫之间构成的间隙与第一铁轨配合连接，两个第二气垫之间构成的间隙与第二铁轨配合连接；直线电机的定子固定于第一铁轨和第二铁轨上，直线电机的动子固定于悬浮结构车体上；数据采集设备安装于模型试验舱内，并通过无线传输设备与地面试验室计算机信号连接。

技术领域

本实用新型属于岩土离心模型试验的技术领域，具体涉及一种气垫悬浮式岩土离心机。

背景技术

岩土离心机自六十年代开始，在世界范围内，逐渐成为土木工程界一种前沿的试验技术，其主要作用是在实验室内可以模拟地球的重力作用，从而研究高大土木建筑物的变形和稳定问题。因此从一开始，岩土离心模型试验技术就是研究岩岩土程问题的重要方法。试验中将缩小了尺寸的结构模型置于高速旋转的离心机中，让模型承受大于重力加速度的离心加速度的作用，补偿因为模型缩尺带来的岩土构筑物自重损失，使模型中的应力与原型完全相同，从而可以直接通过各类观测设备和数据采集设备，完成对岩土构筑物的变形和稳定研究。

目前世界上的主流岩土离心机全部是转臂式离心机，是一种绕固定轴旋转的机械结构，主要由电机和传动系统、转动系统、上下仪器舱、集流环和旋转接头等组成。其工作原理是通过旋转电机驱动一根巨大的转臂，转臂两端分别是吊篮以及用于平衡的配重，将提前做好的试验模型放入吊篮内，通过调节配重使得两边重量一致，以尽量消除转轴受到的不平衡力。进行试验时，通过转臂的旋转为试验模型提供所需的离心加速度，随着离心机转速提升，离心加速度逐渐增大，本身垂直于地面的吊篮受离心力作用慢慢向外摆动，最终呈现近似水平的状态，在离心加速度达到目标数值后就可以开始进行各项试验。

我国的岩工离心机起步比较晚，中国水利水电科学研究院于1991年建成了当时亚洲最大的，容量为450g-ton的岩土离心机，半径为4.5米，在我国的水利工程大坝建设中发挥了重要的作用。近年来，随着我国岩岩土程实践的不断发展，岩土离心模型试验技术也在不断完善，不断进步，中国水利水电科学研究院又于2020年建设一台容量1000g-ton大型岩土离心机，半径为8.5米，可以为岩岩土程建设提供更好的研究平台。

然而模拟地球的重力作用，首先需要注意到地球的重力方向基本是垂直地面的，而在离心机中，由于旋转半径的限制，模型中的重力场与实际地面上的重力场总有一个夹角，从而不可避免地产生一些系统误差，分析表明当旋转半径为4.5米时，误差约为5％；半径为8.5米时，误差约为2％，对于科学研究来说，这样的系统误差仍然比较大，因此有必要加大转动半径。然而对于臂式离心机，目前的机械和材料科学水平已经到达和接近极限安全水平，不能再增加了。

随着高铁技术的日益成熟，速度越来越快，已经可以达到1000km/h，因此完全可以将高铁技术用于岩土离心机，使高铁沿一个圆形轨道快速旋转，便可以产生试验要求的离心机加速度，无需转臂，彻底突破半径的限制，从而基本消除了岩土离心机的固有系统误差，当旋转半径超过20米时，误差可以降低到0.5％以下，离心机容量则可以提升到3000g-ton以上，这将是岩土离心机试验技术的一项重大突破。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种气垫悬浮式岩土离心机，以解决离心模型试验的精度水平低的问题。

为达到上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种气垫悬浮式岩土离心机，其包括位于地面以下且活动设置于悬浮结构车体内的模型试验舱、直线电机、数据采集设备、无线传输设备、供电设备和地面试验室计算机；

气垫悬浮结构车体的侧部间隔设置两个相互平行的第一气垫，气垫悬浮结构车体的底部间隔设置两个相互平行的第二气垫；两个第一气垫之间构成的间隙与第一铁轨配合连接，两个第二气垫之间构成的间隙与第二铁轨配合连接；