一种用于模型地质体内的模拟渗流生成的装置的制作方法

本发明涉及一种用于模型地质体内的模拟渗流生成的装置。

背景技术：

天然地质体内赋存有大量的空隙水、节理裂隙水，地下工程的开挖施工，改变了原岩的初始应力场和渗流场，并引起岩体的力学与变形特性发生改变。三维地质力学模型试验作为研究地下工程的重要手段之一，能够直观、形象地反映开挖过程中岩体的力学与变形规律，这一研究手段和方法与数值仿真计算、现场原位监测相互补充验证，对准确预测和判定复杂地质条件下岩体的力学与变形规律，优化岩体开挖技术工艺和地下工程支护技术方案等具有重要参考价值和意义。长期以来，三维地质力学模型试验中的渗流生成及渗流场真实性模拟一直是影响模型试验数据精确度的关键技术之一。申请人发明的渗流生成的装置系统，最大限度实现了原型渗流场的真实模拟，提高了试验数据的精度，推动了三维地质力学模型试验技术的进步。

地下工程或岩质隧道开挖，地应力释放，原始地应力改变，围岩应力重分布，并且造成围岩地质结构发生改变，引起围岩应力场、渗流场发生改变，两者的耦合作用进一步恶化了围岩质量，加剧了围岩的变形，围岩节理裂隙的延展、贯通既增大了二衬支护结构的岩体压力，又使高渗透水压直接作用于二衬外表面，衬砌外水压力加大，对支护结构的稳定差生不利影响。研究高渗透水力特性及其在开挖岩体内的运动规律对岩体的开挖支护、防突水、岩块塌落等均具有重要意义。

地质力学模型试验能够准确给出地下水对岩体结构面、二衬结构的作用效应，对反馈修正岩体参数提供支撑。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种用于模型地质体内的模拟渗流生成的装置，本发明克服了模型试验中既有渗流模拟技术的不足，具有结构简单、制作安装简易，材料成本低的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于模型地质体内的模拟渗流生成的装置，包括模型箱体，所述模型箱体中部设置有模拟隧道，所述模型箱体两侧分别设置有一套供水管路系统，所述供水管路系统连接有自动加压装置，以提供不同压力的模拟渗流；

所述供水管路系统包括嵌入模型箱体内的多级分支管，将供水管路系统内进入的水进行分流，最后一级的分支管上设有渗水孔，实现渗流效应。

所述供水管路系统包括两个供水箱，且两个供水箱设置高度不同，内部的水的相对压差不同。

所述供水管路系统至少包括一级分支管、二级分支管和三级分支管，所述一级分支管有两个，分别连通不同的供水箱，所述一级分支管上均设置有多个二级分支管，所述二级分支管的末端设置有延伸入模型箱体内的三级分支管。

进一步的，所述三级分支管上设置有多个渗水孔。

进一步的，所述三级分支管缠绕有麻丝，防止模型材料花管壁上的渗水孔堵塞。

进一步的，所述一级分支管上设置有多个四通管，以延伸连接不同的二级分支管，使得供水方向改变。

进一步的，所述二级分支管的结构一致，以保证供水分散的均匀性。

进一步的，所述供水箱设置有自动加压装置，且供水箱内设置有压力表，以实时调节供水压力。

进一步的，所述渗水孔成矩阵式均匀分布，以维持渗流的稳定和均匀性。

进一步的，所述三级分支管具有一弧度，使得供水方向从平行于模型箱体侧面方向改变为垂直方向。

进一步的，所述隧道外表面设置有二次衬砌。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明通过多级分支管，将供水压力进行分散，能够更好的进行渗流的模拟，保证模拟效果；

(2)本发明的三级分支管上设置有渗流孔，以使压力水流出并扩散进入模型体内或沿相应的节理裂隙等渗流路径流动；且由麻丝缠绕，模型制作时细粒材料不会堵塞空洞。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的示意图；

图2为本发明的水箱侧面及一、二级支管系统正视图；

图3为本发明的水箱侧面钢板及一级支管、二级支管穿越钢板与花管连接侧视图；

图4为本发明的防堵塞花式铜管示意图；

图5为本发明的二级支管示意图；

其中，(1)一级支管，(2)二级支管，(3)防堵塞花式铜管，(4)压力水源箱，(5)供水管，(6)模拟开挖隧道，(7)二次衬砌，(8)水箱侧面钢板，(9)四通管，(10)铜管壁上小圆孔，(11)花铜管壁上的螺纹。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

一种用于模型地质体内的模拟渗流生成的装置系统包括：供水管、压力水源箱、自动加压装置、一级支管、二级支管、防堵塞花式铜管等，其中，一级支管，位于模型箱体侧面，每侧面有两个，一个下端深入下压力水箱，另一个下端深入上压力水箱。

上、下水源箱均可提供不同压差的压力水。

二级支管均为塑料材质，固定于模型箱体侧板上，一端用螺母固定在侧向钢板上并穿越钢板与铜花管相连通，另一端与一级支管相连。

所述花管均为铜质材质，壁上钻有梅花状分布的小圆孔，用麻丝缠绕，防止模型材料花管壁上的小圆孔堵塞。

压力水箱中的水由外部水源通过供水管经加压后供给，水的压力值可由仪表盘确定并根据需要自行调节加压。模型试验箱体两个侧面，每个侧面有两根垂直于水箱的一级支管，一根与下水箱联通，另一根与上水箱联通。

二级支管：水箱顶一级支管与8个二级支管相连通，二级支管的出口端穿越钢板，与埋入材料内部的水平铜花管相连通，两侧支管总数为32个。

花管：花管由直径较小的铜管制作而成，铜管壁上钻有很多小圆空，小圆空中有压力水流渗出，流向模型材料体内，管壁缠绕有一层薄麻丝，防止小圆孔堵塞。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种用于模型地质体内的模拟渗流生成的装置系统，包括上水箱自动蓄水装置(1)，上水箱自动加压装置(2)，下水箱自动蓄水装置(3)，下水箱自动加压装置(4)，供水干管(5)，一级支管(6)，二级支管(7)，防堵塞花式铜管(8),模拟开挖隧道(9)，供水箱(10)等。自动加压装置(2)(4)给水源箱体(10)内水自动加压，压力水自上下水箱进入一级支管(6)，由一级支管(6)进入二级支管(7)，再由二级支管(7)进入防堵塞花式铜管(8)，然后由防堵塞花式铜管(8)扩散渗透到模型材料内。

水源箱(10)内的压力水的压差可根据设计需要自动调整，上下部水源箱分别为模型材料的模型体提供不同压差的渗透水。

二级支管(7)出口每侧有16个，两侧共有32个，防堵塞花式铜管(8)于模型箱体侧面钢板进入模型材料内5cm，并被固定于侧面钢板上。

二级支管(7)为塑料材质，防堵塞花式铜管(8)为铜质材料。

防堵塞花式铜管(8)为铜质材料，管壁钻有成梅花状分布的小圆孔，以使压力水流出并扩散进入模型体内或沿相应的节理裂隙等渗流路径流动。

防堵塞花式铜管(8)壁上呈梅花状分布的小圆孔由麻丝缠绕，模型制作时细粒材料不会堵塞空洞。

本渗流生成实验装置系统，可以实现三维模型地质体内渗流的高仿真度模拟并可以准确模拟隧洞开挖过程中渗流场的演化规律。相比实际工程中的渗流监测,该模拟仿真系统仿真度高,且避免了实际工程中各种施工因素的干扰,可以对渗流场进行长期跟踪模拟。

本发明具体的工作流程如下：

外部供水系统通过(5)向上下两个水箱内供水，上下两个水箱内的压力水通过水压由装置(12)进行量测，上下水箱内的水通过一级支管(1)向上输送，支管(1)内的压力水通过二级支管(2)流向埋在模型材料内的花铜管(3)，花铜管内的压力水通过铜管壁上的小圆孔10(见图3)流向模型材料内部，生成渗流场。模型材料开挖后，渗流场发生改变。二次衬砌(7)完成后渗流场逐渐趋于稳定状态。(8)为模型的侧向钢板，(12)为水压表。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。