模拟含储水构造可充填裂隙岩体渗流过程试验装置的制作方法

本发明涉及一种岩石水力学试验模型装置，尤其是涉及模拟含储水构造可充填裂隙岩体渗流过程试验装置。

背景技术：

在富水带地下工程中，突水突泥以及其引发的坍塌泄露等事故一直备受关注，天然岩石含有各种各样的含储水构造充填节理裂隙，裂隙岩体中流体流动特性是评估地下工程安全稳定的重要指标之一，因此，裂隙渗流问题的研究是研究渗漏事故发生机理以及其防治措施的重要课题，尤其是含岩溶管道等储水构造的渗流问题，利用精度较高、可视化效果较好的试验模型研究含储水构造裂隙渗流问题，具有重要的理论意义和应用价值。申请号为cn201410588213.0的发明专利介绍了采用真实岩石或者混凝土试块进行裂隙渗流模拟的装置和方法，外部水源经过试样与容器内壁界面后开始产生渗流，这样不利于控制试验结果产生的误差，因为外部水源在与容器内壁接触的过程中会沿着接触面扩散，水压力和流量会产生消散。

《岩土力学》2016年第11期题为《等效水力隙宽和水力梯度对岩体裂隙网络非线性渗流特性的影响》中介绍了一种裂隙网络渗流试验装置和方法，该实验装置采用了两块同样尺寸的方形普通玻璃夹住一块摔碎后保持整体形状的普通玻璃，并在玻璃周边用高强度不透水密封胶密封，并在每个进出口转换容器设置了一个挡板来平衡压力。由于采用的是密封胶密封，且都采用普通玻璃，所以该装置可以研究较小的水压力下节理开度较大时的裂隙网络渗流规律，且具有不可重复性，试验环境稍有变动，得到的结果就不同，该装置还有一个不足就是采用的方形模型，这样不利于控制试验变量，裂隙长度具有随机性。

申请号为cn201610574945.3的发明专利介绍一种模拟致密岩体交叉裂隙的渗流试验装置，该装置采用三块圆形玻璃板叠放，中间玻璃板来预制交叉裂隙，且直径大于两侧玻璃板的直径，不利于控制三个玻璃板圆心严格在一条线上，固定仅采用密封胶不能承受较大水压，所以该实验装置不能模拟充填情况下的渗流问题，中间玻璃不具有可塑性，不能严格按照预想的裂隙长度或者形式预制，对试验环境的适应性也不强，可研究的工况仅限于低压情况下随机裂隙网络的研究，对于更加精确的基础理论研究不易得到精确结果。

上述用于渗流试验研究的模型装置主要用于模拟单一因素影响下裂隙网络渗流问题，不能定量化的模拟高水压以及充填等交互情况下，尤其是在含岩溶孔洞等储水构造情况下进行定量化、可重复的试验研究。此外，在渗流试验研究中对试验装置的固定也是目前存在的一个关键问题。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有试验模型存在的缺陷而提供的一种盘状、含储水构造、防水性能好、结构简单、便于观察、试验精度高、可研究工况多的含储水构造可充填裂隙岩体渗流的试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

模拟含储水构造可充填裂隙岩体渗流过程试验装置，用于模拟富水地下工程或结构中含储水构造充填裂隙岩体渗流状态，该实验模型整体为一组合盘状结构，包括钢化玻璃盖板、钢化玻璃底板、透明pvc模型板、进出口可螺栓固定的转换容器、含垫片螺栓和螺杆长度较长的含垫片螺栓。

所述的钢化玻璃盖板、钢化玻璃底板以及透明pvc模型板的直径相同且沿着圆周等间距均匀间隔分布24个等直径圆孔。

所述的透明pvc模型板上设有试验需要尺寸或者形状的可填充的裂隙缺陷和可填充的储水构造，且预设缝隙或储水构造中可根据试验需要可填充石英砂、粘土等颗粒。

所述的含垫片螺栓和螺杆长度较长的含垫片螺栓的螺杆外直径与钢化玻璃盖板、钢化玻璃底板、透明pvc模型板以及出口可螺栓固定的转换容器，所述圆孔相同，其中含垫片螺的螺杆长度略大于钢化玻璃盖板、钢化玻璃底板以及透明pvc模型板叠加的厚度，其中螺杆长度较长的含垫片螺栓螺杆的长度略大于钢化玻璃盖板、钢化玻璃底板、透明pvc模型板以及进出口可螺栓固定的转换容器叠加的厚度。

所述的进出口可螺栓固定的转换容器与钢化玻璃盖板、钢化玻璃底板以及透明pvc模型板接触的圆弧面半径与钢化玻璃盖板相同。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、防水性能好：本发明提供了一种透明pvc模型板和钢化玻璃组合的试验模型装置，通过环向分布的螺杆固定，通过拧紧螺杆来控制透明pvc模型板和钢化玻璃接触的紧密程度直至完全密封。

二、试验精度高：本发明提供了一种透明pvc模型板和钢化玻璃组合的试验模型装置，通过环向分布的螺杆来限制模型的位移，钢化玻璃刚度和强度可以限制模型发生变形，盘状模型在研究任意夹角裂隙分布的时候，裂隙长度在不同角度均相同。

三、可研究工况多：本发明采用的透明pvc模型板材质可塑性高，可根据试验需要调整裂隙或储水构造的尺寸和形状，经过环向分布的螺杆控制的试验模型装置，其变形和相对位移可控，因此可以研究比如充填、高水压等多种工况。

四、结构简单：本发明结构简单，拆卸方便，可重复性好。

附图说明

图1为本发明的模拟含储水构造可充填裂隙岩体渗流过程试验装置结构示意主视图。

图2为本发明的模拟含储水构造可充填裂隙岩体渗流过程试验装置结构示意俯视图。

其中：1、钢化玻璃底板，2、透明pvc模型板，3、钢化玻璃盖板，4、含垫片螺栓，5、螺杆长度较长的含垫片螺栓，6、转换容器，7、可充填的裂隙缺陷，8、可充填的储水构造。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

以下说明本发明的具体实施方式，本领域科研人员可由本说明书所揭露的内容了解本发明的优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可立足于不同研究与应用，在没有背离本发明的精神下进行适当修饰或改变。

模拟含储水构造可充填裂隙岩体渗流过程试验装置，用于模拟含储水构造充填裂隙的工程岩体在不同工况下的渗流过程，其特征在于，该实验模型装置为一组合盘状结构，包括含沿圆周等间距均匀间隔分布24个等直径圆孔的钢化玻璃盖板3、含沿圆周等间距均匀间隔分布24个等直径圆孔的钢化玻璃底板1、含沿圆周等间距均匀间隔分布24个等直径圆孔的透明pvc模型板2、进出口可螺栓固定的转换容器6、含垫片螺栓4及螺杆长度较长的含垫片螺栓5，所述的钢化玻璃盖板3和钢化玻璃底板1上设有沿圆周等间距均匀间隔分布的24个等直径圆孔，所述透明pvc模型板2设有与钢化玻璃盖板3及钢化玻璃底板1相同分布的等直径圆孔，所述透明pvc模型板2设有根据试验需要布置的可填充的缝隙缺陷7和可填充的储水构造8缺陷，所述缺陷中填充相应试验所需填充物质，所述转换容器6上设有两个与钢化玻璃底板1、透明pvc模型板2及钢化玻璃盖板3尺寸相适应且用于固定相同直径的圆孔，所述含垫片螺栓4和螺杆长度较长的含垫片螺栓5螺杆外直径与所述模型钢化玻璃底板1、透明pvc模型板2、钢化玻璃盖板3及转换容器6的圆孔直径相同。

进一步，所述的钢化玻璃盖板3、钢化玻璃底板1及透明pvc模型板2的外径相同，且所述钢化玻璃盖板3、钢化玻璃底板1及透明pvc模型板2沿圆周等间距均匀间隔分布24个等直径圆孔。

进一步，所述的透明pvc模型板2上设有试验需要尺寸或者形状的可填充的缝隙缺陷7和可填充的储水构造8，且其上预设缝隙或储水构造中可根据试验需要填充石英砂、粘土等颗粒，并可根据试验需求叠加使用。

如图1所示，该实验模型是放置在水平实验平台上并保证模型处于水平位置用于模拟实验的，该模型共有3个面，一面为钢化玻璃底板1，一面为钢化玻璃盖板3，一面为模型安装完成后盘状环向侧面。该模型装置为透明的可便于正面观察流体运移过程中的变化，模型上沿着环向布设的配套螺栓是用来固定模型和进出口容器的。

如图2所示，该模型中间透明pvc模型板板上预留的间隙或孔洞是用来在充填后模拟充填裂隙岩体7和储水构造8的，可以任意改变填充状态，或者通过改变透明pvc模型板2厚度来调节裂隙开度。

如图1所示，进出口容器6上预留的孔是用来和盘状模型裂隙两侧的孔配套螺栓连接的，其上还设有进出开关阀门及压差传感器，该试验模型通过压水或填充后压水，并经压差传感器控制压差，可以模拟含储水构造可充填裂隙岩体渗流过程。

上述内容可说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对本发明具体细节进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中在没有脱离本发明所揭示的思想下的一切等效改变或修饰，仍应由本发明的权利要求所涵盖。