[發明專利]有自由面裂隙網絡滲流試驗裝置

無效

• 申請號: 201310657945.6
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103604736A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 姜清輝;葉祖洋;習志銳;孫金山;周創兵
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

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技術領域

本發明涉及巖石裂隙滲流相似模型試驗技術領域，特別涉及一種有自由面裂隙網絡滲流試驗裝置。

背景技術

巖體中由不同產狀組合形成的裂隙網絡是地下水流動的主要路徑。采用模型試驗的方法對裂隙網絡滲流運動進行研究是探索裂隙巖體水力學特性的重要途徑。然而，由于巖體內部的裂隙網絡間距、寬度、長度、連通率和傾角等因素多變而復雜，對裂隙網絡進行模型試驗研究時，試件裝置的制作較為困難。通過研究已有的裂隙網絡滲流試驗裝置，發現存在如下不足：

（1）目前相似試驗裝置大多采用密閉水箱，提供承壓水頭，試驗裝置的裂隙網絡全部處于承壓水中，不能反映出滲流自由面的情況。而工程實踐中進行仿真模擬時，滲流自由面是濕區和干區的分界面，對邊坡、地下洞室的穩定性具有重要影響。

（2）目前的試驗裝置，設計復雜，不易加工，由于經濟可行性制約，不適于大量生產。

發明內容

針對目前裂隙網絡滲流試驗裝置主要測定有壓流、無法反映有自由面的無壓滲流運動特征、且試驗裝置不易加工等問題，本發明提供了一種設計簡單、成本低、易于加工、可直觀模擬裂隙網絡內水流運動及自由面滲流運動特征的裂隙網絡滲流試驗裝置。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案如下：

有自由面裂隙網絡滲流試驗裝置，包括裂隙網絡模型、上游水箱、下游水箱、貯水箱和接水箱，上游水箱和下游水箱分別連接裂隙網絡模型兩端，上游水箱中水通過裂隙網絡模型流至下游水箱，上游水箱、下游水箱分別通過連接水管與貯水箱、接水箱連通，其中：

裂隙網絡模型內設模擬二維裂隙網絡的縫隙，裂隙網絡模型一面設有與縫隙連通的測壓孔，測壓孔內安裝測壓管；

上游水箱包括敞口箱體，箱體內設用來調節壓力水頭的溢流板以及用來穩流和消能的整流柵，溢流板和箱體形成的第一空間底面設有第一排水口，溢流板、整流柵和箱體形成的第二空間底面設有進水口，第一排水口連接帶閥門的第一連接水管，進水口連接帶閥門和水泵的第二連接水管，第一連接水管和第二連接水管未與上游水箱連接的一端置于貯水箱內；

下游水箱包括敞口箱體，箱體內設用來調節壓力水頭的溢流板，溢流板將箱體劃分為第四空間和第五空間，第四空間底面設有第二排水口，第五空間底面設有第三排水口，第二排水口連接帶閥門的第三連接水管，第三排水口連接帶流量計的第四連接水管，第三連接水管和第四連接水管未與下游水箱連接的一端置于接水箱內。

上述裂隙網絡模型由刻畫板和蓋板粘合而成，刻畫板一面刻有模擬二維裂隙網絡的縫隙，另一面設有與縫隙連通的測壓孔，蓋板與刻畫板刻有縫隙的一面粘合；刻畫板側壁之一密封，其未密封的兩相對側壁分別與上游水箱、下游水箱連接。

作為優選，測壓孔設于縫隙相交處。

作為優選，縫隙深度不小于5mm。

上游水箱中，所述的溢流板和整流柵垂直設于箱體底面，且平行于箱體側壁，平行于溢流板和整流柵且距離整流柵更近的側壁為可拆卸側壁，其上開設有尺寸和形狀與裂隙網絡模型端面匹配的插口，裂隙網絡模型通過該插口與上游水箱相連。

下游水箱中，所述的溢流板垂直設于箱體底面，且平行于箱體側壁，平行于溢流板且距離第二排水口更近的側壁為可拆卸側壁，其上開設有尺寸和形狀與裂隙網絡模型端面匹配的插口，裂隙網絡模型通過該插口與下游水箱相連。

作為優選，溢流板包括固定溢流板和活動溢流板，箱體側壁設有垂直箱體底面的溢流板插槽，固定溢流板固定于溢流板插槽底部且與箱體底面密封接觸，活動溢流板根據實驗需要插入溢流板插槽內。

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本發明裝置可直觀觀察水流在裂隙網絡中的流動以及自由面位置的變化，并可測定縫隙內部水壓力，可采用更換可拆遷側壁來模擬不同產狀組合形成的裂隙網絡，通過調整溢流板高度進行上下游不同壓力水頭的滲流試驗，利用效率高。

相對于現有技術，本發明具有如下的優點和積極效果：

（1）????設計簡單、易于加工，成本低廉，易于推廣；

（2）????可根據需要進行不同規格裂隙網絡的實驗，如隙寬、傾角和間距等；

（3）????壓力水頭調節可通過更換溢流板實現，操作方便。

附圖說明

圖1為本發明具體實施例的整體結構圖；

圖2為本發明具體實施例的上游水箱結構圖，其中，圖（a）為上游水箱側視圖，圖（b）為上游水箱俯視圖；

圖3為本發明具體實施例的下游水箱結構圖，其中，圖（a）為下游水箱側視圖，圖（b）為下游水箱俯視圖；