[實用新型]模型試驗中突水涌泥水力邊界條件控制系統

有效

• 申請號: 201420475464.3
• 申請日: 2014-08-22
• 公開（公告）號: CN204085842U
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 周宗青;陳迪楊;李術才;李利平;石少帥;袁永才;雷霆;王升
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本實用新型涉及一種地質力學試驗技術，尤其涉及一種模型試驗中突水涌泥水力邊界條件控制系統。

背景技術

隧道修建過程中面臨著嚴重的突水涌泥等地質災害風險，尤其是深埋隧道突水涌泥災害往往具有突發性、大流量、高水壓等特點，災害一旦發生，輕則淹沒隧道、施工中斷，重則造成重大的人員傷亡和經濟損失，甚至有些工程被迫停建或改線。國內外學者針對突水涌泥災害致災機理及其災變演化過程中位移場、應力場和滲流場的變化特征作了大量理論與模型試驗研究工作，而對于災害發生后流體在隧道內的流動規律研究甚少，僅采用ANSYS等有限元分析軟件進行了數值模擬，在模型試驗研究方面尚屬空白。

如何真實的模擬隧道突水涌泥災害的流速、流量及水壓等邊界條件，從而準確分析流體在隧道內的流動規律，是開展此類模型試驗中面臨的主要技術問題之一。通過調研分析發現，已有學者設計了適用于巖體含水層內部及上覆水體的水力邊界條件控制系統，而適用于突水涌泥災害的水力邊界條件(包括流速、流量、水壓等)的控制系統和方法，國內外未見相關報道。

實用新型內容

本實用新型的目的是為克服上述技術的不足，提供一種結構簡單、操作簡便、具有可視性的適用于模型試驗中突水涌泥水力邊界條件控制系統，以模擬隧道突水涌泥災害的流速、流量及水壓等邊界條件，從而真實再現隧道突水涌泥災害，準確分析水力邊界條件對流體在隧道內流動規律的影響。

為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種模型試驗中突水涌泥水力邊界條件控制系統，包括：控制水箱，所述控制水箱一側通過進水管與水泵連接，所述水泵設置在外部集水箱中；所述控制水箱內部設置隔水板A和隔水板B，所述隔水板A和隔水板B將控制水箱依次分為E1、E2、E3三個區；

所述控制水箱E2區底部通過輸水管與水壓轉換器連接，所述水壓轉換器放置在隧道進口端，隧道出口端下方設置采集裝置，采集裝置通過回流管A與外部集水箱連通；

所述控制水箱E3區底部通過回流管B與外部水箱連接。

所述進水管上靠近控制水箱位置處設有閥門A，所述進水管上還安裝有流量計。

所述輸水管兩端分別設有閥門B和閥門C，并在靠近隧道進口端位置處設置流速計。

所述的回流管B上設有一閥門D。

所述水壓轉換器包括：水壓轉換器進水管口、轉換裝置以及若干不同管徑的水壓轉換器出水管口，所述若干水壓轉換器出水管口通過轉換裝置分別與水壓轉換器進水管口連通。

所述的控制水箱內水流具有單向流動性，即水流可依次流過E1、E2、E3區。

所述隔水板B高度可調，通過調節隔水板B高度調節E2區的最大儲水量。

所述控制水箱和隧道均采用高強度透明樹脂材料制成，具有可視性。

本實用新型有益效果：

1、本裝置中的水可循環利用，節約水資源。

2、本裝置采用高強度透明樹脂材料制成，具有良好的可視性。

3、水壓轉換器的設置可調節一定流量條件下突水涌泥處的水壓。

4、控制水箱的設置，可模擬不同靜儲量條件下的突水涌泥模型試驗。

5、本裝置可模擬靜儲量一定，補給水源不同條件下(無補給水源、少量補給水源、補給水源充足)的突水涌泥模型試驗。

附圖說明：

圖1是本實用新型結構示意圖；

圖2是水壓轉換器結構示意圖。

其中，1.控制水箱，2.進水管，3.水泵，4.外部集水箱，；5.輸水管，6.水壓轉換器，7.隧道，8.采集裝置，9.回流管A，10.回流管B，11.隔水板A，12.隔水板B，13.閥門A，14.流量計，15.閥門B，16.閥門C，17.流速計，18.閥門D，19.水壓轉換器進水管口，20.轉換裝置，21.水壓轉換器出水管口。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本實用新型進行進一步的說明。

模型試驗中突水涌泥水力邊界條件控制系統如圖1所示，包括控制水箱1，控制水箱1左側通過一進水管2與水泵3連接，水泵3放置在外部集水箱4中，控制水箱1底部中心通過一輸水管5與水壓轉換器6連接，水壓轉換器6放置在隧道7進口端，隧道7出口端下方放置一采集裝置8，采集裝置8通過回流管A?9與外部集水箱4相通；控制水箱1右下方通過回流管B?10與外部水箱4連接。

控制水箱1被隔水板A?11和隔水板B?12分為三個區：E1、E2、E3。