模擬含儲水構造可充填裂隙巖體滲流過程試驗裝置的制作方法

本發明涉及一種巖石水力學試驗模型裝置，尤其是涉及模擬含儲水構造可充填裂隙巖體滲流過程試驗裝置。

背景技術：

在富水帶地下工程中，突水突泥以及其引發的坍塌泄露等事故一直備受關注，天然巖石含有各種各樣的含儲水構造充填節理裂隙，裂隙巖體中流體流動特性是評估地下工程安全穩定的重要指標之一，因此，裂隙滲流問題的研究是研究滲漏事故發生機理以及其防治措施的重要課題，尤其是含巖溶管道等儲水構造的滲流問題，利用精度較高、可視化效果較好的試驗模型研究含儲水構造裂隙滲流問題，具有重要的理論意義和應用價值。申請號為cn201410588213.0的發明專利介紹了采用真實巖石或者混凝土試塊進行裂隙滲流模擬的裝置和方法，外部水源經過試樣與容器內壁界面后開始產生滲流，這樣不利于控制試驗結果產生的誤差，因為外部水源在與容器內壁接觸的過程中會沿著接觸面擴散，水壓力和流量會產生消散。

《巖土力學》2016年第11期題為《等效水力隙寬和水力梯度對巖體裂隙網絡非線性滲流特性的影響》中介紹了一種裂隙網絡滲流試驗裝置和方法，該實驗裝置采用了兩塊同樣尺寸的方形普通玻璃夾住一塊摔碎后保持整體形狀的普通玻璃，并在玻璃周邊用高強度不透水密封膠密封，并在每個進出口轉換容器設置了一個擋板來平衡壓力。由于采用的是密封膠密封，且都采用普通玻璃，所以該裝置可以研究較小的水壓力下節理開度較大時的裂隙網絡滲流規律，且具有不可重復性，試驗環境稍有變動，得到的結果就不同，該裝置還有一個不足就是采用的方形模型，這樣不利于控制試驗變量，裂隙長度具有隨機性。

申請號為cn201610574945.3的發明專利介紹一種模擬致密巖體交叉裂隙的滲流試驗裝置，該裝置采用三塊圓形玻璃板疊放，中間玻璃板來預制交叉裂隙，且直徑大于兩側玻璃板的直徑，不利于控制三個玻璃板圓心嚴格在一條線上，固定僅采用密封膠不能承受較大水壓，所以該實驗裝置不能模擬充填情況下的滲流問題，中間玻璃不具有可塑性，不能嚴格按照預想的裂隙長度或者形式預制，對試驗環境的適應性也不強，可研究的工況僅限于低壓情況下隨機裂隙網絡的研究，對于更加精確的基礎理論研究不易得到精確結果。

上述用于滲流試驗研究的模型裝置主要用于模擬單一因素影響下裂隙網絡滲流問題，不能定量化的模擬高水壓以及充填等交互情況下，尤其是在含巖溶孔洞等儲水構造情況下進行定量化、可重復的試驗研究。此外，在滲流試驗研究中對試驗裝置的固定也是目前存在的一個關鍵問題。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服上述現有試驗模型存在的缺陷而提供的一種盤狀、含儲水構造、防水性能好、結構簡單、便于觀察、試驗精度高、可研究工況多的含儲水構造可充填裂隙巖體滲流的試驗裝置。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

模擬含儲水構造可充填裂隙巖體滲流過程試驗裝置，用于模擬富水地下工程或結構中含儲水構造充填裂隙巖體滲流狀態，該實驗模型整體為一組合盤狀結構，包括鋼化玻璃蓋板、鋼化玻璃底板、透明pvc模型板、進出口可螺栓固定的轉換容器、含墊片螺栓和螺桿長度較長的含墊片螺栓。

所述的鋼化玻璃蓋板、鋼化玻璃底板以及透明pvc模型板的直徑相同且沿著圓周等間距均勻間隔分布24個等直徑圓孔。

所述的透明pvc模型板上設有試驗需要尺寸或者形狀的可填充的裂隙缺陷和可填充的儲水構造，且預設縫隙或儲水構造中可根據試驗需要可填充石英砂、粘土等顆粒。

所述的含墊片螺栓和螺桿長度較長的含墊片螺栓的螺桿外直徑與鋼化玻璃蓋板、鋼化玻璃底板、透明pvc模型板以及出口可螺栓固定的轉換容器，所述圓孔相同，其中含墊片螺的螺桿長度略大于鋼化玻璃蓋板、鋼化玻璃底板以及透明pvc模型板疊加的厚度，其中螺桿長度較長的含墊片螺栓螺桿的長度略大于鋼化玻璃蓋板、鋼化玻璃底板、透明pvc模型板以及進出口可螺栓固定的轉換容器疊加的厚度。

所述的進出口可螺栓固定的轉換容器與鋼化玻璃蓋板、鋼化玻璃底板以及透明pvc模型板接觸的圓弧面半徑與鋼化玻璃蓋板相同。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

一、防水性能好：本發明提供了一種透明pvc模型板和鋼化玻璃組合的試驗模型裝置，通過環向分布的螺桿固定，通過擰緊螺桿來控制透明pvc模型板和鋼化玻璃接觸的緊密程度直至完全密封。

二、試驗精度高：本發明提供了一種透明pvc模型板和鋼化玻璃組合的試驗模型裝置，通過環向分布的螺桿來限制模型的位移，鋼化玻璃剛度和強度可以限制模型發生變形，盤狀模型在研究任意夾角裂隙分布的時候，裂隙長度在不同角度均相同。

三、可研究工況多：本發明采用的透明pvc模型板材質可塑性高，可根據試驗需要調整裂隙或儲水構造的尺寸和形狀，經過環向分布的螺桿控制的試驗模型裝置，其變形和相對位移可控，因此可以研究比如充填、高水壓等多種工況。

四、結構簡單：本發明結構簡單，拆卸方便，可重復性好。

附圖說明

圖1為本發明的模擬含儲水構造可充填裂隙巖體滲流過程試驗裝置結構示意主視圖。

圖2為本發明的模擬含儲水構造可充填裂隙巖體滲流過程試驗裝置結構示意俯視圖。

其中：1、鋼化玻璃底板，2、透明pvc模型板，3、鋼化玻璃蓋板，4、含墊片螺栓，5、螺桿長度較長的含墊片螺栓，6、轉換容器，7、可充填的裂隙缺陷，8、可充填的儲水構造。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行詳細說明。

以下說明本發明的具體實施方式，本領域科研人員可由本說明書所揭露的內容了解本發明的優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可立足于不同研究與應用，在沒有背離本發明的精神下進行適當修飾或改變。

模擬含儲水構造可充填裂隙巖體滲流過程試驗裝置，用于模擬含儲水構造充填裂隙的工程巖體在不同工況下的滲流過程，其特征在于，該實驗模型裝置為一組合盤狀結構，包括含沿圓周等間距均勻間隔分布24個等直徑圓孔的鋼化玻璃蓋板3、含沿圓周等間距均勻間隔分布24個等直徑圓孔的鋼化玻璃底板1、含沿圓周等間距均勻間隔分布24個等直徑圓孔的透明pvc模型板2、進出口可螺栓固定的轉換容器6、含墊片螺栓4及螺桿長度較長的含墊片螺栓5，所述的鋼化玻璃蓋板3和鋼化玻璃底板1上設有沿圓周等間距均勻間隔分布的24個等直徑圓孔，所述透明pvc模型板2設有與鋼化玻璃蓋板3及鋼化玻璃底板1相同分布的等直徑圓孔，所述透明pvc模型板2設有根據試驗需要布置的可填充的縫隙缺陷7和可填充的儲水構造8缺陷，所述缺陷中填充相應試驗所需填充物質，所述轉換容器6上設有兩個與鋼化玻璃底板1、透明pvc模型板2及鋼化玻璃蓋板3尺寸相適應且用于固定相同直徑的圓孔，所述含墊片螺栓4和螺桿長度較長的含墊片螺栓5螺桿外直徑與所述模型鋼化玻璃底板1、透明pvc模型板2、鋼化玻璃蓋板3及轉換容器6的圓孔直徑相同。

進一步，所述的鋼化玻璃蓋板3、鋼化玻璃底板1及透明pvc模型板2的外徑相同，且所述鋼化玻璃蓋板3、鋼化玻璃底板1及透明pvc模型板2沿圓周等間距均勻間隔分布24個等直徑圓孔。

進一步，所述的透明pvc模型板2上設有試驗需要尺寸或者形狀的可填充的縫隙缺陷7和可填充的儲水構造8，且其上預設縫隙或儲水構造中可根據試驗需要填充石英砂、粘土等顆粒，并可根據試驗需求疊加使用。

如圖1所示，該實驗模型是放置在水平實驗平臺上并保證模型處于水平位置用于模擬實驗的，該模型共有3個面，一面為鋼化玻璃底板1，一面為鋼化玻璃蓋板3，一面為模型安裝完成后盤狀環向側面。該模型裝置為透明的可便于正面觀察流體運移過程中的變化，模型上沿著環向布設的配套螺栓是用來固定模型和進出口容器的。

如圖2所示，該模型中間透明pvc模型板板上預留的間隙或孔洞是用來在充填后模擬充填裂隙巖體7和儲水構造8的，可以任意改變填充狀態，或者通過改變透明pvc模型板2厚度來調節裂隙開度。

如圖1所示，進出口容器6上預留的孔是用來和盤狀模型裂隙兩側的孔配套螺栓連接的，其上還設有進出開關閥門及壓差傳感器，該試驗模型通過壓水或填充后壓水，并經壓差傳感器控制壓差，可以模擬含儲水構造可充填裂隙巖體滲流過程。

上述內容可說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對本發明具體細節進行修飾或改變。因此，凡所屬技術領域中在沒有脫離本發明所揭示的思想下的一切等效改變或修飾，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。