地下水渗透和冲刷岩石试验装置及试验系统的制作方法

本实用新型涉及岩石物理测试领域，具体而言，涉及地下水渗透和冲刷岩石试验装置及试验系统。

背景技术：

岩石的物理力学性质与其所处的地下水环境密切相关。岩体中，地下水的渗流会对其物理力学特性产生显著影响，尤其是宏观尺寸的径流乃至管涌，因其对岩石中矿物成分的不断溶解以及对微小矿物颗粒的冲刷，不仅影响着岩石的物理力学性质，还对岩石(尤其是软岩)的物理形态产生重大影响。而实际岩土工程中，地下水的存在几乎不可避免。因此，要合理评估地下水环境中岩土工程的安全性，就必须深入研究地下水渗透和冲刷对岩石物理力学特性的影响。目前，关于地下水渗透和冲刷下岩石物理力学特性的地下水渗透和冲刷岩石试验装置方面的研究还很少涉及。由此可见，针对地下水渗透和冲刷下岩石物理力学特性的地下水渗透和冲刷岩石试验装置和方法研究就显得十分重要了。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种地下水渗透和冲刷岩石试验装置，其能模拟不同水压的地下水对岩石的渗透和冲刷作用。

本实用新型的另一目的在于提供一种地下水渗透和冲刷岩石试验系统，其能模拟不同水压的地下水对岩石的渗透和冲刷作用。

本实用新型提供一种技术方案：

一种地下水渗透和冲刷岩石试验装置，用于模拟地下水渗透和冲刷下岩石，所述地下水渗透和冲刷岩石试验装置包括第一容置部、第二容置部、加压装置和激荡装置。所述第一容置部内部具有第一容置空间，所述第一容置空间用于装盛所述岩石。所述第二容置部内部具有第二容置空间，所述第二容置空间用于装盛所述地下水。所述第一容置部与所述第二容置部连接，并使得所述第一容置空间与所述第二容置空间连通。所述加压装置与所述第二容置部连接，并且所述加压装置用于对所述地下水加压。所述激荡装置设置于所述第二容置空间内部，并且所述激荡装置用于反复冲击所述地下水。

进一步地，所述激荡装置包括形变装置和形变驱动装置，所述形变装置设置于所述第二容置空间内部，并且所述形变装置位于所述第二容置空间远离所述第一容置部的一侧，所述形变驱动装置与所述形变装置连接，所述形变驱动装置用于放大或者缩小所述形变装置的体积以使所述形变装置反复冲击所述地下水。

进一步地，所述形变装置包括气囊，所述气囊设置于所述第二容置空间内部，并且所述气囊的一侧固定连接于所述第二容置空间的内周壁，所述形变驱动装置包括进气结构，所述进气结构贯穿所述第二容置部的周壁和所述气囊的周壁并使得气囊内部与大气连通。

进一步地，所述第二容置部具有进液口和出液口，所述进液口和所述出液口均与所述第二容置空间连通，所述加压装置通过所述进液口连接于所述第二容置部。

进一步地，所述第一容置部包括第一容置部主体和封盖部，所述第一容置部主体围成筒形，所述第一容置空间位于所述第一容置部主体的内部，并且所述第一容置空间贯穿第一容置空间主体，所述封盖部盖设于所述第一容置部主体的一端，所述第二容置部通过所述第一容置部主体远离所述封盖部的一端伸入所述第一容置空间以使所述第一容置空间与所述第二容置空间连通。

进一步地，所述第一容置部主体的内周壁上设置于弹性套，所述第二容置部通过所述弹性套连接于所述第一容置部主体，并且所述封盖部伸入所述第二容置空间内部并通过所述弹性套与所述第一容置部主体连接。

进一步地，所述第一容置部主体上开设有进气口和出气口，所述进气口和所述出气口分别与所述第二容置空间连通。

进一步地，所述地下水渗透和冲刷岩石试验装置还包括围压排气阀，所述围压排气阀通过所述进气口与所述第一容置部主体连通，所述围压排气阀用于选择性地打开所述进气口并对所述岩石施加围压。

进一步地，所述封盖部上开设有通孔，所述通孔贯穿所述封盖部与所述第一容置空间连通。

一种地下水渗透和冲刷岩石试验系统，包括控制器和地下水渗透和冲刷岩石试验装置，所述地下水渗透和冲刷岩石试验装置包括第一容置部、第二容置部、加压装置和激荡装置。所述第一容置部内部具有第一容置空间，所述第一容置空间用于装盛所述岩石。所述第二容置部内部具有第二容置空间，所述第二容置空间用于装盛所述地下水。所述第一容置部与所述第二容置部连接，并使得所述第一容置空间与所述第二容置空间连通。所述加压装置与所述第二容置部连接，并且所述加压装置用于对所述地下水加压。所述激荡装置设置于所述第二容置空间内部，并且所述激荡装置用于反复冲击所述地下水。所述加压装置和所述激荡装置分别与所述控制器连接，所述控制器用于控制所述加压装置施加于所述地下水的压力，所述控制器用于控制所述激荡装置反复冲击所述地下水的频率。

相比现有技术，本实用新型提供的地下水渗透和冲刷岩石试验装置及试验系统的有益效果是：

本实用新型提供的地下水渗透和冲刷岩石试验装置及试验系统通过第一容置部容置岩石，并通过第二容置部容置地下水，然后将第一容置部和第二容置部连接使得第一容置部的第一容置空间与第二容置空间连通，以使地下水与岩石接触，通过加压装置对第二容置空间内部的地下水加压，并通过激荡装置反复地冲击第二容置空间内部的地下水以使得地下水产生湍流并冲击第一容置空间内部的岩石，并且通过加压装置改变施加于地下水的压力便能模拟在不同的水压的地下水渗透和冲刷岩石并研究岩石的物理特性。地下水渗透和冲刷岩石试验装置及试验系统的结构比较简单，实施方便，并且能进行实时的调控，便于试验操作人员进行模拟试验。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的第一实施例提供的地下水渗透和冲刷岩石试验装置的结构示意图；

图2为图1中II处的放大结构示意图；

图3为图1中III处的放大结构示意图；

图4为图1中IV处的放大结构示意图；

图5为图1中V处的放大结构示意图。

图标：10-地下水渗透和冲刷岩石试验装置；100-第一容置部；110-第一容置空间；120第一容置部主体；121-进气口；122-出气口；130-封盖部；131-盖合部；132-阻塞部；133-凹槽；134-通孔；140-弹性套；200-第二容置部；210-第二容置空间；221-进液口；222-出液口；310-压力计；400-激荡装置；410-形变装置；411-气囊；420-形变驱动装置；421-进气结构；500-围压排气阀。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

第一实施例

请参阅图1，本实施例中提供了一种地下水渗透和冲刷岩石试验装置10，其用于模拟地下水渗透和冲刷岩石并研究岩石的物理力学特性。

其中，地下水渗透和冲刷岩石试验装置10包括第一容置部100、第二容置部200、加压装置(图未示)和激荡装置400。第一容置部100用于装盛岩石，第二容置部200用于装盛地下水，并且第一容置部100和第二容置部200相连接，以使第一容置部100的内部和第二容置部200的内部相连通并使得岩石和地下水相接触。另外，加压装置与第二容置部200连接，并且加压装置用于向第二容置部200内部的地下水加压，以实现地下水相对于岩石具有水压并渗透于岩石的目的。激荡装置400连接于第二容置部200，并且激荡装置400用于反复冲击地下水，以使得第二容置部200内部的地下水能产生湍流，以实现第二容置部200内部的地下水冲刷岩石的目的。其中，通过第一容置部100和第二容置部200相连接，以提供模拟岩石和地下水相接触的环境。通过加压装置对第二容置部200内部的地下水加压以模拟地下水渗透岩石的目的，并且通过改变加压装置对地下水施加不同的压力以实现模拟不同水压的地下水对岩石的渗透作用。通过激荡装置400反复冲击第二容置部200内部的地下水，以模拟地下水冲刷岩石的目的，并且通过加压装置对地下水施加不同的压力能使得激荡装置400引起的湍流能对第一容置部100内部的岩石产生不同压力下的冲刷作用。即，通过本实施例提供的地下水渗透和冲刷岩石试验装置10能简单便捷的模拟不同水压的地下水对岩石的渗透和冲刷作用。

请结合参阅图1、图2和图3，第一容置部100内部具有第一容置空间110，即，第一容置部100通过第一容置空间110装盛岩石。在本实施例中，第一容置部100包括第一容置部主体120和封盖部130，其中，第一容置部主体120围成筒形，第一容置空间110位于第一容置部100的内部，并且第一容置空间110贯穿第一容置部主体120，第二容置部200和封盖部130分别通过第一容置部主体120的两端与第一容置部主体120连接，即，第二容置部200于第一容置部100的一端伸入第一容置空间110并使得第一容置空间110与第二容置部200的内部连通。封盖部130则于第二容置部200主体的另一端盖设于第一容置部主体120并封盖第一容置空间110，避免第一容置空间110内部的岩石在不同水压的渗透和冲刷时脱离第一容置空间110。

进一步地，在本实施例中，第一容置部主体120的内周壁上还设置有弹性套140，第二容置部200通过弹性套140连接于第一容置部主体120，并且封盖部130伸入第一容置空间110内部并通过弹性套140与第一容置部主体120连接。其中，第二容置部200的外径和封盖部130伸入第一容置空间110内部部分的外径略大于弹性套140的内径，以使得第二容置部200和封盖部130伸入第一容置空间110的不封能挤压弹性套140产生形变，使得弹性套140能紧密地贴合在第二容置部200和封盖部130的外侧，提高第二容置部200、第一容置部主体120和封盖部130之间连接的密封性，避免第二容置部200内部的地下水在加压后漏出的现象，以及能保证封盖部130封盖第一容置空间110的密封性，避免封盖部130与第一容置部100连接处出现漏水的情况产生。

另外，第一容置部主体120上还开设进气口121和出气口122，进气口121和出气口122分别贯穿第一容置部主体120的周壁并与第一容置空间110连通，其中进气口121和出气口122用于对第一容置空间110内部的岩石的围压进行控制。其中，在本实施例中，地下水渗透和冲刷岩石试验装置10还包括围压排气阀500，围压排气阀500通过进气口121与第一容置部主体120连接，并且围压排气阀500选择性地打开进气口121并对岩石施加围压。

封盖部130包括阻塞部132和盖合部131，所述阻塞部132固定连接于盖合部131的一侧。阻塞部132的外径小于盖合部131的外径，其中阻塞部132用于伸入第一容置空间110内部通过弹性套140与第一容置部主体120连接，并且阻塞部132的外径略大于弹性套140的内径，以使得阻塞部132能与弹性套140配合时能挤压弹性套140使得弹性套140紧密地贴合在阻塞部132的外侧，提高阻塞部132和第一容置部主体120的连接密封性。另外，盖合部131用于盖合于第一容置部主体120的端部，以使得封盖部130能盖合在第一容置部主体120端部并向阻塞部132提供载体，以便于阻塞部132伸入或者取出第一容置空间110。

进一步地，在本实施例中，阻塞部132自中心的截面呈T字形，盖合部131的一侧开设有凹槽133以使得盖合部131自中心的截面呈“凹”字形，盖合部131上的凹槽133的内周壁的内径与第一容置部主体120的外周壁相适配以使得盖合部131能稳定地盖合在第一容置部主体120的端部，并且阻塞部132的小端固定连接于盖合部131上的凹槽133内部。另外，封盖部130上还开设有通孔134，通孔134贯穿封盖部130并用于与第一容置空间110连通，以使得渗透过岩石的地下水能从通孔134流出，避免影响后续的地下水的渗透作用。在本实施例中，通孔134贯穿阻塞部132和盖合部131。

请结合参阅图1和图4，在本实施例中，第二容置部200呈桶形，并且其中第二容置部200的内部具有第二容置空间210，第二容置空间210用于装盛地下水。其中，第二容置部200伸入第一容置空间110内部，以使得第二容置空间210与第一容置空间110连通，并能使得地下水能与第一容置空间110内部的岩石接触。

另外，第二容置部200具有进液口221和出液口222，进液口221和出液口222均贯穿第二容置部200的周壁并与第二容置空间210连通，加压装置通过进液口221与第二容置部200连接并通过进液口221向第二容置空间210内部的地下水施加压力。出液口222用于在试验停止后排出第二容置空间210内部的水流。

在本实施例中，加压装置靠近于进液口221处设置压力计310，通过压力计310检测加压装置对第二容置空间210内部的地下水施加的压力，能便于试验操作者实时监控第二容置空间210内部的压力情况。

请结合参阅图1和图5，激荡装置400设置于第二容置空间210内部，以使得激荡装置400能与地下水相接触并能向第二容置空间210内部的地下水持续发起反复冲击以模拟地下水冲刷岩石的情况。其中，激荡装置400包括形变装置410和形变驱动装置420，形变装置410设置于第二容置空间210内部，并且形变装置410位于第二容置空间210远离第一容置部100的一侧，以使得第二容置空间210内部的地下水能充分地与第一容置空间110内的岩石接触。其中，形变装置410能产生体积的变化以反复地冲击第二容置空间210内部的地下水，以使地下水能冲刷第一容置空间110内部岩石。另外，形变驱动装置420连接于形变装置410，并且形变驱动装置420用于放大或者缩小形变装置410的体积以使形变装置410反复冲击地下水，并使得地下水能冲刷第一容置空间110内部的岩石。

在本实施例中，形变装置410包括气囊411，气囊411设置于第二容置空间210内部，并且气囊411的一侧固定连接于第二容置空间210的内周壁，形变驱动装置420包括进气结构421，进气结构421贯穿第二容置部200的周壁和气囊411的周壁并使得气囊411内部与大气连通，以使得能从外侧通过进气结构421向气囊411内部通入气流以使得能通过进气结构421改变气囊411的体积，使得气囊411在体积变化的同时反复冲击地下水，以使地下水形成湍流并冲刷岩石。

应当理解，在其他实施例中，激荡装置400也可以采用其他的方式使得第二容置空间210内部的地下水产生湍流冲刷岩石，例如，激荡装置400可以采用螺旋桨，即，螺旋桨在第二容置空间210内部旋转以形成湍流以冲刷第一容置空间110内的岩石，或者，激荡装置400为在第二容置空间210内部往复运动的推板，推板的往复运动引起湍流以冲击第一容置空间110内部的岩石等。

本实施例中提供的地下水渗透和冲刷岩石试验装置10在需要进行模拟地下水渗透和冲刷岩石并研究岩石的物理特性时，将岩石放入第一容置空间110，并将地下水注入第二容置空间210，将第一容置部100和第二容置部200连接以使得第一容置空间110与第二容置空间210连通并使得地下水接触于岩石，通过连接于第二容置部200的加压装置对第二容置空间210内部的地下水施加压力，并且能通过加压装置实时调控施加于地下水的压力；通过激荡装置400，即气囊411和进气结构421，反复冲击地下水使得地下水形成湍流以冲击岩石，即能实现模拟不同水压的地下水渗透和冲刷岩石并研究岩石的物理特性。

本实施例中提供的地下水渗透和冲刷岩石试验装置10结构简单，便于操作，并且能进行水压的实时调控，能模拟不同水压的地下水渗透和冲刷岩石并研究物理特性，便于试验操作者进行模拟试验。

第二实施例

本实施例中提供了一种地下水渗透和冲刷岩石试验系统，其用于模拟地下水渗透和冲刷岩石并研究岩石的物理力学特性。

其中，试验系统包括控制器和第一实施例中提供的地下水渗透和冲刷岩石试验装置10，其中，加压装置和激荡装置400分别与控制器连接，控制器用于控制加压装置施加于地下水的压力，以便于对加压装置进行智能的施压调控。并且，控制器还用于控制激荡装置400反复冲击地下水的频率，以实现地下水不同程度上的冲击力对于岩石的冲刷产生的效果。

本实施例中提供的试验系统能智能地对地下水的水压以及冲击力进行实时的调控，方便于试验人员模拟不同水压以及不同冲击力的地下水渗透和冲刷岩石并研究岩石物理特性。

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