[實用新型]構造裂隙充填結構突水突泥試驗裝置

有效

• 申請號: 201520563141.4
• 申請日: 2015-07-30
• 公開（公告）號: CN204855131U
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 張蕊;王自高;王昆;徐云海;袁紅
• 申請（專利權）人: 中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 昆明祥和知識產權代理有限公司 53114
• 代理人: 施建輝

技術領域

本實用新型涉及交通與水工隧道工程技術領域，尤其是一種用于模擬交通和水工隧道中構造裂隙充填結構突水突泥災害的試驗裝置。

背景技術

構造裂隙充填結構突水突泥是交通和水工隧道施工的多發工程災害，構造裂隙充填結構突水突泥災害輕者會影響工程施工及運營，重者會導致重大經濟損失乃至人員傷亡。限于構造裂隙充填結構突水突泥災害源的隱蔽性，孕災地質環境的復雜性，使得交通和水工隧道中構造裂隙充填結構突水突泥災害的預測非常困難，已成為該領域的一個研究熱點與難點。

鑒于此，國內外學者針對上述問題開展了大量的研究工作，其中物理模擬研究為最常用、最有效的手段之一。但在實際模擬過程中，由于構造裂隙充填結構突水突泥過程的影響因素較多，相關的突水突泥物理試驗模擬裝置均存在明顯的缺陷，例如專利2008100453044公開了一種大尺寸巖石試樣高壓滲透試驗裝置，但其只針對巖樣測試；專利CN101308126A公開了一種開挖突水的模擬裝置，但其最大承受水壓僅為1MPa，且其加壓系統難以持續穩壓，不能滿足高承壓水作用下隧道突水突泥試驗模擬的要求。由此可見，相關的構造裂隙突水突泥試驗裝置有待于更進一步改進。

發明內容

本實用新型所要解決的就是現有交通和水工隧道中，構造裂隙充填結構突水突泥災害的物理試驗模擬裝置均存在明顯的缺陷的問題，提供一種構造裂隙充填結構突水突泥試驗裝置，結構簡單、剛度大、強度高、密封性較好、測量數據準確，能夠模擬不同類型、不同突涌水條件下的構造裂隙充填結構突水突泥試驗裝置。

本實用新型的構造裂隙充填結構突水突泥試驗裝置，其特征在于該裝置包括壓力加載裝置、突涌通道模擬裝置、水壓加壓及穩壓裝置和數據采集及分析裝置，壓力加載裝置設置在突涌通道模擬裝置的頂部及底部，為突涌通道模擬裝置提供軸向壓力；水壓加壓及穩壓裝置通過進水管與突涌通道模擬裝置頂部連接，為突涌通道模擬裝置提供帶有穩定壓力的水壓；所述的數據采集及分析裝置安裝在突涌通道模擬裝置底部的出水管上。

所述的壓力加載裝置為電子萬能試驗機，提供最大試驗壓力為300kN。

所述的突涌通道模擬裝置包括活塞、缸筒以及透水板，缸筒呈圓筒狀，壁厚大于15mm；活塞為兩個，分別設置在缸筒頂部及底部，頂部的活塞與進水管連接，底部的活塞與出水管連接；所述的透水板為三塊，分上、中、下順序設置在缸筒內部，其中上、下兩塊透水板分別與兩個活塞連接，中間一塊透水板固定在缸筒中間位置。

所述的透水板上設置有透水孔，三塊上、中、下設置的透水板，其透水孔直徑分別為10mm、2mm以及5mm，分別允許通過不大于其透水孔直徑的物質通過；最上面一塊透水板底部還設置有一層透水毛氈。

所述的活塞下部設置有“O”型密封圈，提升密封效果。

所述的水壓加壓及穩壓裝置包括恒壓水箱和高壓氮氣加壓裝置，恒壓水箱包括進水閥、出水閥、氮氣注入管路，進水閥設置在恒壓水箱上部，出水閥設置在恒壓水箱下部，并與進水管連接，氮氣注入管路與高壓氮氣加壓裝置連接；高壓氮氣加壓裝置由數瓶高壓氮氣瓶串聯組成。

所述的數據采集及分析裝置包括滲透壓力傳感器、流量計及泥砂分離裝置，用于不間斷的采集數據和圖像以及進行數據分析，監測構造裂隙充填結構突水突泥過程中滲透壓力、突水量及突泥量的變化。

所述的三塊透水板與缸筒之間的空間形成兩個試驗腔體，用于進行構造裂隙充填結構充填物突水突泥試驗。

所述的構造裂隙充填結構突水突泥試驗裝置，通過以下步驟進行試驗測試：

（1）將構造裂隙充填結構充填物分為上下兩部分分別填入模型試驗腔體中，并壓實，壓實壓力根據所模擬斷層的實測地應力為準，該充填物組分通過現場采集的構造裂隙充填結構充填物試樣的物質組分、及充填物結構性狀參數確定；

（2）構造裂隙充填結構充填物鋪設完成后，將突涌通道模擬裝置置于電子萬能試驗機上，通過電子萬能試驗機對構造裂隙充填結構充填物施加豎向荷載至設定值；

（3）通過連接管路將高壓氮氣加壓裝置與氣液復合型的恒壓水箱連接，同時將恒壓水箱上部的進水閥接至供水水源；

（4）通過高壓水管將恒壓水箱與突涌通道模擬裝置頂部的進水管連接；

（5）在突涌通道模擬裝置底部出水管處設置滲透壓力傳感器、流量計及泥砂分離裝置；

（6）調節高壓氮氣加壓裝置，由高壓氮氣瓶組向恒壓水箱內注入高壓氮氣，再通過恒壓水箱向突涌通道模擬裝置中注入穩定的壓力的水源；