一种大尺寸能源墙模型试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大尺寸能源墙模型试验装置及试验方法，包括可在水平方向分层加载及顶部固定位置加载的模型箱、设置在所述模型箱内部中间位置的混凝土墙以及在所述模型箱内部填充在所述混凝土墙周围的土体；在所述土体内部同一深度不同水平位置处放置若干测量温度的温度传感器；在所述混凝土墙一侧安装有提供提供冷热源的换热管；在所述混凝土墙的两侧沿竖直方向安装有振弦式应变计及振弦式土压力盒。本发明专利技术能够实现水平方向分层加载和竖直方向加载，能够模拟地下墙处于不同深度条件下的情况，以往的大尺寸试验只能在无围压条件下进行，不能准确反映地下连续墙的实际应力状态，能够进行小相似比大尺寸模型试验，试验结果更可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸能源墙模型试验装置及方法
本专利技术涉及地源热泵系统。具体涉及一种结构中埋管对结构热力学影响的模型试验装置及方法。技术背景能源地下结构是一个由传统地下结构(如桩基础，隧道衬砌，地下连续墙等)和可以和地下岩土体进行能量交换的高密度聚乙烯管路组成的系统。他与地源热泵系统类似，通常是以为建筑提供加热或者制冷为目的。冬季，它从地下提取热能用于供热；夏季，它将热量释放到地下以达到制冷的目的。能源地下结构被认为是一项解决建筑和其他公共设施日益增长的制冷或供热需求的本地的可持续能源。然而我们仍然担心这一热泵形式的热交换过程会引起建筑结构内部的应力/应变变化，进而对结构的安全造成影响。为了更好的了解温度和力学作用条件下能源地下结构的热力学行为变化规律，有必要通过现场试验，室内试验，数值模拟等研究手段对其进行研究。对于能源桩的模型以及开展了很多相关的研究，但是极少数的研究是针对能源地下连续墙，并且他们对能源地下连续墙的热力学行为也未给出一致的结论。现场试验研究能源地下连续墙收到条件和现场条件较为复杂的限制，数值模拟研究缺乏合适的理论依据，因此有必要通过室内模型试验研究其热力学行为。
技术实现思路
专利技术目的：针对现在能源地下连续墙的相关研究较少，尤其是尚未有相关的模型试验研究。建立了一套研究温度对能源地下结构热力学行为影响的大尺寸物理模型。技术方案：一种大尺寸能源墙模型试验装置，包括可在水平方向分层加载及顶部固定位置加载的模型箱、设置在所述模型箱内部中间位置的混凝土墙以及在所述模型箱内部填充在所述混凝土墙周围的土体；在所述土体内部同一深度不同水平位置处放置若干测量温度的温度传感器；在所述混凝土墙一侧安装有提供提供冷热源的换热管；在所述混凝土墙的两侧沿竖直方向安装有振弦式应变计及振弦式土压力盒。所述模型箱的尺寸根据不同的模型相似比确定。所述模型箱的内部尺寸为2m*2m*2m。所述混凝土墙的尺寸根据1：3的模型相似比制作，所述混凝土墙的尺寸为2m高，1.8m宽，0.2m厚；所述混凝土配比按照模型相似比后的力学参数通过实验确定。所述温度传感器相互之间的距离根据具体试验情况确定。所述模型箱的外壳为加载板，包括水平加载板和垂直加载板，所述水平加载板为三层加载板；所述振弦式土压力盒的位置和三层水平加载板在同一水平高度；数量为所述混凝土墙的每侧放置6个；一共3层，每层2个。所述换热管是沿着钢筋在所述混凝土墙内部程S型布置；所述振弦式应变计绑在钢筋上，与所述振弦式土压力盒在同一水平高度。一种根据大尺寸能源墙模型试验装置的试验方法，包括步骤：A：读取未开始试验前各传感器的初始值；B：根据模型相似比，模型箱水平方向对应不同深度提供不同的水平荷载，垂直方向提供相应深度的垂直荷载；所述荷载根据对应的模拟深度的应力条件，再结合模型相似比确定；读取各传感器的值；C：将换热管的进出水口连接到热响应测试仪器，通所需要工况温度和流速的热源；D：随着模型箱中温度的变化，每隔一段时间读取各传感器的数值；E：当试验时间满足条件后，停止提供热水，每隔一段时间读取各传感器数值；当温度恢复到初始条件时，完成一次试验循环；F：固定温度工况和流速，改变水平和垂直方向应力或固定水平和垂直方向应力，改变进水温度和流速，重复上述试验过程。所述步骤D中具体间隔时间为每小时一次。所述步骤E中具体的间隔时间可根据试验情况确定，如果相似比越大，间隔越短。有益效果：本专利技术针对大尺寸能源地下结构，解决了现有能源地下连续墙模型试验的空白，并解决了以往模型试验尺寸较小难以反应实际工程情况的劣势。本专利技术有以下优势特点：1、能够实现水平方向分层加载和竖直方向加载，能够模拟地下墙处于不同深度条件下的情况，以往的大尺寸试验只能在无围压条件下进行，不能准确反映地下连续墙的实际应力状态。2、能够进行小相似比大尺寸模型试验，试验结果更可靠。附图说明图1是本专利技术的模型试验装置示意图。其中图1a是模型箱示意图，图1b是图1a中的A-A剖面，图1c是图1a中的B-B剖面。图2是本专利技术的混凝土墙及其内部结构示意图。其中图2a是换热管的详细布置；图2b是应变计的详细布置。其中，1、模型箱，2、分层加载板，3、混凝土墙，4、土体，5、温度传感器，6、振弦式应变计，7、换热管，8、振弦式土压力盒，9、换热管进水口，10、换热管出水口。具体实施方式结合附图对本专利技术进行详细说明：图1是试验模型尺寸及传感器分布图。本专利技术的具体包括：内部尺寸为2m*2m*2m的模型箱1，在所述模型箱1内部有2m高，1.8m宽，0.2m厚的混凝土墙3；在所述模型箱1内部，混凝土墙3周围填满试验所需土体4，所述土体4提供相应的约束条件；所述模型箱1提供一个密闭的试验环境和试验载体，同时能够在水平方向和垂直方向提供试验所需的荷载。在所述土体4内部同一深度不同水平位置处放置测量温度的温度传感器5，所述温度传感器5相互之间的距离可根据试验情况确定；换热管7安装在混凝土墙3的一侧，换热管7提供冷热源；振弦式应变计6沿竖直方向安装在混凝土墙3的两侧；在所述混凝土墙3的两侧放置振弦式土压力盒8，所述振弦式土压力盒8的数量为所述混凝土墙3的每侧放置6个，一共3层，每层2个。所述模型箱1的尺寸可以根据不同的模型相似比确定。混凝土内部以及外部的传感器实时监测每个时间段的数据，为后期的结果分析提供数据支持。在本专利技术中，模型箱1的加载装置由外部的液压装置完成；混凝土墙3的尺寸根据1：3的模型相似比制作，同时其混凝土配比也是按照相似比后的力学参数通过实验确定；现实工程中，换热管7的安装一般沿着钢筋笼布置，所以在该模型试验中换热管7被安装在一侧，同时振弦式应变计6也是需要绑在钢筋上，所以振弦式应变计6也是被安装在混凝土墙3的两侧；模型箱的外壳为加载板，包括水平加载板和垂直加载板，所述水平加载板为三层加载板；振弦式土压力盒8的位置在混凝土墙3两侧的表面，并和三层水平加载板在同一水平高度。图2是混凝土墙的换热管具体布置以及振弦式应变计的具体放置：在本专利技术中，换热管7是沿着钢筋在混凝土墙3内部程S型布置；振弦式应变计6也是绑在钢筋上，与振弦式土压力盒8在同一水平高度。本专利技术针对能源地下连续墙的模型试验方法，其具体试验方法如下：A读取未开始试验前各传感器的初始值。B根据模型相似比，模型箱水平方向对应不同深度提供不同的水平荷载，垂直方向提供相应深度的垂直荷载。所述荷载需根据对应的模拟深度的应力条件，再结合相似比确定；读取各传感器的值。C将聚乙烯管的进出水口连接到热响应测试仪器，通所需要工况温度和流速的热源(水)。D随着模型箱中温度的变化，每隔一段时间读取各传感器的数值；具体间隔时间为每小时一次。E当试验时间满足条件后，停止提供热水，每隔一段时间读取各传感器数值。当温度恢复到初始条件时，完成一次试验循环。具体的间隔时间可根据试验情况确定，如果相似比越大，间隔越短；F固定温度工况和流速，改变水平和垂直方向应力或固定水平和垂直方向应力，改变进水温度和流速，重复上述试验过程。本专利技术未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。以上公开的仅为本专利技术的具体实施方式，但是本专利技术并非局限于此，本领域的技术人员在不脱离本专利技术所保护的范围和精神下，可根据不同的实际需要做出各种具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大尺寸能源墙模型试验装置，其特征在于：包括可在水平方向分层加载及顶部固定位置加载的模型箱、设置在所述模型箱内部中间位置的混凝土墙以及在所述模型箱内部填充在所述混凝土墙周围的土体；在所述土体内部同一深度不同水平位置处放置若干测量温度的温度传感器；在所述混凝土墙一侧安装有提供提供冷热源的换热管；在所述混凝土墙的两侧沿竖直方向安装有振弦式应变计及振弦式土压力盒。

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸能源墙模型试验装置，其特征在于：包括可在水平方向分层加载及顶部固定位置加载的模型箱、设置在所述模型箱内部中间位置的混凝土墙以及在所述模型箱内部填充在所述混凝土墙周围的土体；在所述土体内部同一深度不同水平位置处放置若干测量温度的温度传感器；在所述混凝土墙一侧安装有提供提供冷热源的换热管；在所述混凝土墙的两侧沿竖直方向安装有振弦式应变计及振弦式土压力盒。2.根据权利要求1所述的大尺寸能源墙模型试验装置，其特征在于：所述模型箱的尺寸根据不同的模型相似比确定。3.根据权利要求2所述的大尺寸能源墙模型试验装置，其特征在于：所述模型箱的内部尺寸为2m*2m*2m。4.根据权利要求1所述的大尺寸能源墙模型试验装置，其特征在于：所述混凝土墙的尺寸根据1：3的模型相似比制作，所述混凝土墙的尺寸为2m高，1.8m宽，0.2m厚；所述混凝土配比按照模型相似比后的力学参数通过实验确定。5.根据权利要求1所述的大尺寸能源墙模型试验装置，其特征在于：所述温度传感器相互之间的距离根据具体试验情况确定。6.根据权利要求1所述的大尺寸能源墙模型试验装置，其特征在于：所述模型箱的外壳为加载板，包括水平加载板和垂直加载板，所述水平加载板为三层加载板；所述振弦式土压力盒的位置和三层水平加载板在同一水平高度；数量为所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鹏，李晓昭，董盛时，李明洪，
申请(专利权)人：南京大学苏州高新技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32