本发明专利技术公开了一种适用于模拟承压含水层中隧道渗漏的逐级开闭装置，包括驱动模块和底座模块；驱动模块包括步进电机、可编程的控制面板和电机驱动器；底座模块包括压板，压板的底面中间位置固定有一个弧形板，弧形板上嵌装有矩形滑块并设有矩形渗漏缝；矩形滑块通过安装在压板底面上的两根定位导杆支撑，并与一丝杠配合，步进电机带动丝杠转动，丝杠的转动带动矩形滑块沿丝杠轴向移动，的可编程的控制面板通过电机驱动器控制步进电机的转动角度与转动时间，从而实现矩形渗漏缝的打开和关闭及漏缝的宽度。本发明专利技术不仅可以现实在承压饱和砂的实验环境中的执行高精度逐级开闭动作，还可以实现远程操作或编程自动执行，具有集成化和电子化显著的优势。电子化显著的优势。电子化显著的优势。
【技术实现步骤摘要】
适用于模拟承压含水层中隧道渗漏的逐级开闭装置
[0001]本专利技术属于电子机械领域，涉及承压含水层隧道模型的实验装置，具体涉及一种适用于承压饱和砂的逐级开闭装置。
技术介绍
[0002]当今是隧道地下空间大力发展的21世纪，在开发地下空间的进程中，大量的地下隧道被修筑建设，相比于传统的地上工程，地下结构具有很多优势，比如较好的热稳定性，密闭性，防灾减灾性等。但是地下工程的修建难度更高，修建的周期也更长。此外由于地下工程位于岩土体中，因此地下结构会在不同程度上会受到地下水的影响。地下水的主要影响有以下两点：第一点是随埋深的增大而随之增大的水压，水压增大会加强地下水的渗透作用，第二点是地下水中复杂的化学成分对地下结构的腐蚀和破坏作用。为了确保地下结构的安全性和耐久性，在地下工程的设计，施工及服役过程中，需要重视防水治水。现行国家标准规定，地下工程防水的设计与施工以及地下工程渗漏水治理的设计和施工应遵循“以堵为主，堵排结合，因地制宜，多道设防，综合治理”的原则。在这一原则的指导下，地下工程的防水治水技术及设计施工质量在不断发展和提高。但是渗漏水仍然是地下工程的通病，以重庆2018年上半年为例，重庆市城乡建设委员会通报建设工程质量问题中防水有问题的项目占近1/3。
[0003]当隧道发生渗漏灾害，常分为多个发展阶段，只涌水不漏砂阶段，涌水漏砂阶段，漏砂并引起隧道外侧土体变形阶段。当隧道外侧水土流失严重，隧道结构会出现结构响应，当水土流失量超越某一限度时，渗漏侵蚀将在隧道外侧制造出一不规则的空腔，混凝土隧道结构在某些情况下将逐渐破坏，随着破坏的发展，渗漏点将逐渐从点扩展成线，渗漏面积的扩大会加速水土流失的速度，水土流失引起的外侧空腔将随之发展，更大的空腔反过来引起隧道周边的应力重分布，继续破坏隧道结构，将原有的渗漏线形区域向横向纵向两方向发展，发展成渗漏面，当渗漏面积达到某一阈值，漏水漏砂量将迅速掏空隧道外侧相邻区域内的所有，直接引发隧道的破坏。
[0004]目前隧道的渗漏机理还不明确，在研究隧道渗漏侵蚀对外侧土体的影响机理时常常使用隧道模型进行研究，在研究过程中为了实现实际工程的还原，需要模拟隧道从完全不渗漏到逐渐渗漏的过程。
技术实现思路
[0005]针对上述现有技术，本专利技术提供的一种适用于承压饱和砂的逐级开闭装置，一方面解决了目前实验装置中缺乏模拟承压含水层中隧道渗漏的逐级开闭的功能，另一方面通过高度电子化，集成化的设计，给使用者提供了可编程的控制面板，使用该控制面板精确的控制一台高精度的步进电机能实现渗漏缝处的高精度开闭动作。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种适用于模拟承压含水层中隧道渗漏的逐级开闭装置，包括驱动模块和底座模块；所述驱动模块包括步进电机、可编程的控制面板
和电机驱动器，所述可编程的控制面板控制所述电机驱动器的电流输出模式；所述底座模块包括压板，所述压板的底面中间位置固定有一个弧形板，所述弧形板与所述压板相对的一侧设有凹槽，所述弧形板上设有矩形渗漏缝，所述凹槽内嵌装有矩形滑块，所述矩形滑块与所述弧形板上的凹槽面紧密贴合；所述矩形滑块通过安装在所述压板底面上的两根定位导杆支撑，所述矩形滑块上通过一螺纹孔与一丝杠配合，所述步进电机固定在所述压板上、且步进电机的输出轴与所述丝杠同轴连接；所述步进电机带动所述丝杠转动，所述丝杠的转动带动矩形滑块沿丝杠轴向移动，所述的可编程的控制面板通过所述电机驱动器控制步进电机的转动角度与转动时间，从而实现所述矩形渗漏缝的打开和关闭，及打开状态下所形成的漏缝的宽度。
[0007]进一步讲，本专利技术所述的逐级开闭装置，其中：
[0008]所述压板、弧形板、矩形滑块和丝杠均采用金属材料。
[0009]所述驱动模块中，通过一根与电源相连的防水屏蔽线缆为所述可编程的控制器和电机驱动器供电，所述电机驱动器与所述可编程的控制面板和步进电机相连。
[0010]所述底座模块中，所述压板的底部两侧对称的设有两组轴承座，所述矩形滑块上、在与两组轴承座对应的位置设有两个通孔，两根定位导杆分别穿过两个通孔，两根定位导杆的两端分别通过两组轴承座支撑。
[0011]所述步进电机的输出轴上设有法兰；所述矩形滑块上、在位于两个通孔之间设有螺纹孔，所述丝杠装配在该螺纹孔中，所述丝杠的一端通过刚性联轴器与所述法兰相连；所述丝杠的另一端通过设置在压板上的轴座支承；两根定位导杆的轴向与所述丝杠的轴向平行。
[0012]所述底座模块中，在所述矩形渗漏缝位于与矩形滑块贴合的一端设有密封垫凹槽，所述密封垫凹槽内设有密封橡胶垫。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0014](1)本专利技术中构成底座模块整体的各部分均采用金属材质，其自身的重量起到了配重的作用，从而能够稳定整个装置，防止该装置因其中电机的重量发生侧倾，同时，由于底座模块的底面为弧形，因此能够贴合隧道拱底的几何面，为装置的精确安装提供了几何层面上的基础。
[0015](2)本专利技术中，在渗漏缝处采用了密封胶垫的密闭方案，一方面保证了滑块的可滑动性，另一方面保证了在承压水作用下依然能够保持密封的状态，从而能够模拟隧道不漏水的正常使用状态到逐渐漏水漏砂的破损状态的转变。
[0016](3)本专利技术中的渗漏缝设计为平面矩形漏缝，并有一密封橡胶垫用于密封，在密封橡胶垫上方有一用于固定位置的三杆滑轨(即相互平行的一根丝杠和两根定位导杆)，滑轨上有一矩形金属滑块，矩形金属滑块压在密封橡胶垫上，密封橡胶垫被压缩，密封性得到了良好的保证。
[0017](4)本专利技术中通过可编程的控制面板与高精度的步进电机相结合，能够远程且自动化的控制漏缝张开大小与速度，实现实验的高精度与规范化操作。
附图说明
[0018]图1为本专利技术适用于承压饱和砂的逐级开闭装置的整体立体结构示意图；
[0019]图2为图1所示装置的仰视图；
[0020]图3为图1所示装置中弧形板及其开缝处的示意图。
[0021]图中：
[0022]1‑
步进电机
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控制面板
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电机驱动器
[0023]4‑
防水屏蔽线缆
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压板
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矩形滑块
[0024]7‑
丝杠
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定位导杆
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刚性联轴器
[0025]10
‑
轴承座
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11
‑
法兰
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12
‑
弧形板
[0026]13
‑
密封垫凹槽
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种适用于模拟承压含水层中隧道渗漏的逐级开闭装置，包括驱动模块和底座模块；其特征在于，所述驱动模块包括步进电机(1)、可编程的控制面板(2)和电机驱动器(3)，所述可编程的控制面板(2)控制所述电机驱动器(3)的电流输出模式；所述底座模块包括压板(5)，所述压板(5)的底面中间位置固定有一个弧形板(12)，所述弧形板(12)与所述压板(5)相对的一侧设有凹槽，所述弧形板(12)上设有矩形渗漏缝(15)，所述凹槽内嵌装有矩形滑块(6)，所述矩形滑块(6)与所述弧形板(12)上的凹槽面紧密贴合；所述矩形滑块(6)通过安装在所述压板(5)底面上的两根定位导杆(8)支撑，所述矩形滑块(6)上通过一螺纹孔与一丝杠(7)配合，所述步进电机(1)固定在所述压板(5)上、且步进电机(1)的输出轴与所述丝杠(7)同轴连接；所述步进电机(1)带动所述丝杠(7)转动，所述丝杠(7)的转动带动矩形滑块(6)沿丝杠(7)轴向移动，所述的可编程的控制面板(2)通过所述电机驱动器(3)控制步进电机(1)的转动角度与转动时间，从而实现所述矩形渗漏缝(15)的打开和关闭，及打开状态下所形成的漏缝的宽度。2.根据权利要求1所述的逐级开闭装置，其特征在于，所述压板(5)、弧形板(12)、矩形滑块(6)和丝杠(7)均采用金属材料。3.根据权利要求1所述的逐级开闭...
【专利技术属性】
技术研发人员：李钟顺，马庆伟，郭景琢，周强，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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