[發(fā)明專利]地下泥沙堵疏裂隙效應模擬試驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310245331.7
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103323211A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設計）人: 孫即超
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發(fā)明屬于水力學及河流動力學測試技術領域，特別涉及一種地下泥沙堵疏裂隙效應模擬試驗裝置。

背景技術

巖土體內部的泥沙輸移，可以稱為地下水泥沙輸移。泥沙顆粒在水壓力作用下通過巖體內部的裂隙，可以稱為地下泥沙巖體裂隙輸移。

天然巖體必然存在或多或少的裂隙；水利水電工程，如堤壩、水電站等，建成以后，在蓄水的過程中，水位不斷上漲，水壓力不斷增大；由于攔水結構的建成，使得水流速度變小，在庫區(qū)中泥沙就會淤積，庫底淤積的泥沙在較小水壓力下，處于靜止狀態(tài)；隨著水位的上漲，水壓力不斷增大，原本靜止的泥沙此時可能進入巖體裂隙，進而可能出現地下泥沙巖體裂隙輸移，進而導致庫內水的滲漏。而水電站、水庫的建設是希望能夠蓄水，減少或者防止水的滲漏；因此需要對泥沙的巖體裂隙輸移進行研究，興起利，除其害。

泥沙在水的驅動之下進入裂隙，會出現如下幾種情況：

（1）泥沙顆粒直徑小于裂隙直徑，較低濃度的泥沙顆粒混合著水流，通過裂隙。

（2）泥沙顆粒直徑小于裂隙直徑，較高濃度的泥沙顆粒混合著水流，堵塞裂隙。

（3）泥沙顆粒直徑大于裂隙直徑，較低濃度的泥沙顆粒混合著水流，經過變形壓縮，通過裂隙，

（4）泥沙顆粒直徑大于裂隙直徑，較低濃度的泥沙顆粒混合著水流，經過變形壓縮，發(fā)生破碎，通過裂隙。

（5）泥沙顆粒直徑大于裂隙直徑，較高濃度的泥沙顆粒堵塞裂隙。

這些現象可以稱為泥沙與巖體裂隙的相互作用效應。上述的現象可以根據如下的影響因素進行分析：泥沙顆粒直徑、密度，巖體裂隙的直徑、裂隙的長度、裂隙的粗糙度，水流速度（壓力）、泥沙的濃度等。

關于泥沙顆粒混合著水流通過巖體裂隙的一系列的研究目前較為少見，主要的原因在于相關的實驗設備裝置沒有建立，不能進行相關的機理研究。進行細致研究的前提是具有相關的實驗裝置和設備。但目前巖體固定裂隙的堵疏實驗裝置還不多見。

一種地下泥沙沖刷模型實驗裝置和方法（專利號：200910092249）和地下泥沙沖刷模型實驗裝置（專利號：200920222614.9）是針對土體天然裂隙，在沖刷的過程中土體中的裂隙其直徑不斷增大，同時其路徑走向不斷變化，其隨機性很強；巖體中的裂隙，其裂隙直徑和路徑相對比較穩(wěn)定，已有的發(fā)明專利（專利號：200910092249，200920222614.9）無法模擬穩(wěn)定裂隙中的地下泥沙沖刷模擬，同時也無法進行裂隙的堵疏效應實驗研究。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種地下泥沙堵疏裂隙效應模擬試驗裝置，可以通過此裝置量化研究地下泥沙通過裂隙過程所出現的各種情況，研究裂隙泥沙的堵疏效應和機理。

本發(fā)明采用的技術方案為：

上固定板、下固定板、前擋板、后擋板、兩塊側板共同圍成模擬實驗裝置的腔體；在該腔體內放置裂隙巖體，并將該裂隙巖體與兩塊側板固定；所述裂隙巖體與前擋板之間、裂隙巖體與后擋板之間均留有空腔；所述前擋板和后擋板上分別設置一個或多個水沙進出口；所述裂隙巖體分為若干層，每相鄰兩層間均設置若干個水平布置的裂隙。

所述裂隙巖體，每層均由若干個裂隙板塊排列組成，每個裂隙板塊上均設置有構成裂隙的凹槽。

所述裂隙的橫截面為矩形、菱形、圓形、橢圓形或大于4邊的多邊形。

所述裂隙巖體由若干個裂隙板塊排列組成，裂隙板塊均為平面板塊，在相鄰的兩層裂隙板塊之間設置面裂隙寬度墊片，使相鄰裂隙板塊間形成片狀的面裂隙。

所述上固定板、下固定板、前擋板、后擋板及兩塊側板均采用無色透明的有機玻璃材質制成；裂隙巖體采用無色透明的有機玻璃材質或待試驗的巖石材料。

本發(fā)明的有益效果為：

（1）使用本裝置，可研究獲得地下泥沙輸移與巖體裂隙的相互影響關系，包括泥沙顆粒直徑、密度，巖體裂隙的直徑、裂隙的長度、裂隙的粗糙度，水流速度（壓力）、泥沙的濃度，等因素的影響規(guī)律。

（2）可以通過此實驗裝置，實驗獲得地下泥沙堵塞巖體裂隙的臨界條件和閉塞巖體泥沙的疏通臨界條件。

（3）在水庫蓄水前可以預先鋪設一定顆粒直徑的泥沙，用于阻塞巖體裂隙，本實驗裝置可以對此進行相關的實驗，為此堵漏方法提供理論支持、技術支撐。

（4）可以對已建水利工程（如大壩、水電站等）的使用狀態(tài)進行裂隙泥沙堵疏健康評估。

（5）本裝置透明，可直接觀測，可拆卸；每個裂隙在打開后可以直接取樣。

（6）能夠進行堵塞和疏塞兩個方面的正向和逆向沖刷研究，并能夠模擬幾種不同的巖體裂隙，具有可擴展性。