[实用新型]隧道突水涌泥模型试验中流体流动模拟装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种隧道突水涌泥模型试验中流体流动模拟装置。 

背景技术

隧道涉及交通工程（铁路、公路隧道）、水利水电工程（输水隧道、地下厂房）等重要工程领域，逐渐成为国家重大基础设施工程建设的重要组成部分，而随着国家“十二五”等战略科技发展的规划，重大工程建设的重心正逐渐向地形地质极端复杂的西部山区与岩溶地区转移，将出现一批具有“大埋深、长洞线、高应力、强岩溶、高水压”等显著特点的高风险隧道工程，修建过程中面临着严重的突水涌泥等地质灾害风险。深埋隧道突水涌泥灾害往往具有突发性、大流量、高水压等特点，灾害一旦发生，轻则淹没隧道、施工中断，重则造成重大的人员伤亡和经济损失，甚至有些工程被迫停建或改线。准确的掌握突水涌泥灾害发生时水、泥等流体在隧道内的流动规律，可有效引导技术人员安全快速的撤离灾害现场。然而针对流体在隧道内的流动规律，国内外学者通常采用ANSYS等有限元分析软件进行数值模拟分析，而在模型试验研究方面尚属空白。 

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述技术的不足，提供一种结构简单、操作简便、具有可视性的流体流动模拟装置与方法，通过获取流速、水压等流场信息数据，准确掌握流体在隧道内的流动规律，从而制定科学合理的灾害逃生路线，有效引导技术人员的安全撤离。 

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案： 

隧道突水涌泥模型试验中流体流动模拟装置，包括两个相互平行的隧道模拟管，且两个隧道模拟管通过一个横洞模拟管连接，隧道模拟管和横洞模拟管底部均连接有滑行体，所述的滑行体放置在轨道槽中，且滑行体在轨道槽内自由滑动；在所述的两个隧道模拟管中均设有三心圆板，在所述的三心圆板处使流体按照设定的水压和速度流入隧道模拟管中；且通过调整隧道模拟管中设有三心圆板的构件的位置，模拟隧道掌子面与横洞之间的不同距离；通过调整两个隧道模拟管中设有三心圆板的构件位置，模拟两个隧道掌子面之间的不同位置关系。

所述的轨道槽底部固定在一个刚度板上，所述的刚度板通过插销与六个支撑腿铰接，支撑腿底部固定在圆形平板支座上。 

所述的滑行体为倒凸字形滑行体。 

所述的轨道槽为与滑行体相互配合的凹字形。 

所述的两个隧道模拟管分别由至少两个构件A和一个构件B组成，构件A与构件A之间、构件A与构件B之间通过螺栓和螺母连接到一起； 

所述的构件A为一个拱形件，且在拱形件的前后两个弧形面上均设有一圈向上的连接面，在所述的连接面设有螺纹孔；

所述的构件B为一个拱形件，所述的拱形件轴向面的前端的弧形面上设有一圈向上的连接面，在所述的连接面设有螺纹孔；在拱形件径向面设有一个与横洞模拟管相连通的孔，且在径向面孔的位置也设有一圈连接面，在所述的连接面设有螺纹孔。

所述的每个隧道模拟管中，其中有一个构件A中设有一个三心圆板。 

所述的三心圆板与隧道模拟管内侧形状一致，是由三段半径不同的圆弧相切连接而成。 

所述的横洞模拟管由至少两个可拆装的构件C组成，构件C之间通过螺栓和螺母连接到一起； 

所述的构件C为一个拱形件，且在拱形件的前后两个弧形面上均设有一圈向上的连接面，在所述的连接面设有螺纹孔。

所述的两个隧道模拟管和横洞模拟管的内表面进行磨砂处理，以增大流体与管内表面的摩擦力。 

所述的两个隧道模拟管和横洞模拟管所用材料为高强度透明树脂，具有良好的可视性。 

所述的刚度板与两个隧道模拟管的轴线所在平面平行。 

所述的刚度板上共有三个轨道槽，轨道上共有七个滑行体。 

所述的刚度板与支撑腿铰接，可自由转动，支撑腿上设有三个插销。 

应用上述装置实现隧道突水涌泥模型试验中流体流动的模拟方法，包括以下步骤： 

A. 将固定在圆形平板支座上的支撑腿放置到同一水平面上，确定支撑腿上插销的位置，并通过插销将刚度板铰接到支撑腿上；

B. 根据两个隧道模拟管的间距确定横洞模拟管所需构件C数量，用螺栓B和螺母B将各个构件C连接到一起，并将连接好后的横洞模拟管通过倒凸字形滑行体放置到凹字形轨道槽中；