一种模拟膨胀围岩隧道降雨入渗的试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种膨胀围岩隧道领域的试验方法，特别是一种模拟膨胀围岩隧道降雨入渗的试验方法。
【背景技术】
[0002]膨胀性岩土是一种多裂隙，且遇水膨胀软化，失水收缩干裂的具有显著胀缩特性的岩土体。当隧道穿越膨胀岩土这种特殊地质体时，常因大气降雨入渗及自然风干蒸发引发这种不良特性，给隧道结构造成严重的破坏。
[0003]目前，在对膨胀围岩隧道物理模型进行降雨入渗方面的研究尚不多见，室内模拟大气降雨入渗的方式和方法也较为普通，一般是向围岩采用人工洒水或灌水的方式来模拟大气降雨。这种方法在模拟降雨入渗的过程中，因大部分水流沿模型箱各侧壁直接流出箱体外，导致降雨入渗效果不佳。并且在降雨过程中不能使水分均匀分散于围岩内，常造成不同区域的围岩含水量相差较大，致使与实际降雨情况相差甚远。此外，在模型试验对单位时间降雨量有具体要求的情况下，不能有效的控制单位时间水流量及水流速度。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了弥补现有对膨胀围岩隧道物理模型进行降雨入渗的方法及方式的不足，而提供一种可使水流有效渗入围岩内且能方便控制降雨均匀性及降雨量的试验方法。
[0005]本发明为国家自然科学基金项目“炎热多雨环境下膨胀围岩隧道施工的时变力学性态研究”项目编号:51368014。
[0006]具体步骤为:
一、建立一个模拟膨胀围岩隧道物理模型降雨入渗的试验装置，包括引水导流系统部分和模型箱部分。
[0007]引水导流系统部分包括盛水瓶、12通分流器、导流管；其中导流管包括导流总管、总管止水阀、导流分水管、流量观察器、分水管流量控制阀、排气阀、管壁带小孔的金属管；导流总管上端和盛水瓶出水口连接，中部安装总管止水阀，下端和12通分流器连接，各导流分水管接于分流器12个出水口，导流分水管从上至下依次连接流量观察器、分水管流量控制阀、排气阀、管壁带小孔的金属管；
模型箱部分包括带圆孔的顶板、带圆孔的底板、前大面侧板、后大面侧板、左边侧板、右边侧板，并通过螺栓连接及拼装，两块拉条连接左边侧板和右边侧板。
[0008]引水导流系统安装于模型箱上部，二者通过均匀对称插入模型顶部岩体中且管壁带小孔的金属管连接；利用二者之间的高差所产生的水头压力将水流压入岩体内，其中高差不得小于2m。
[0009]二、盛水瓶盛装模拟降雨时用的水，水流从盛水瓶经导流总管流入分流器中，通过分流器将水流分成12注分水流，各分水流再经导流分水管流入管尖插入岩体10~15cm深的管壁带小孔的金属管中，由于管中水流具有一定的水头压力，通过这种压力将管壁带小孔的金属管中的水流压入岩体中；导流分水管中的水流速度通过流量观察器来观察、速度大小通过分水管流量控制阀来调节，单位时间水流量通过1mL量筒量取单位时间内的水量来计算；当导流分水管中进入空气造成水流不畅时，通过排气阀将管内空气排出，以保持水流畅通。
[0010]在整个模拟降雨过程中，因隧道洞室的开挖前大面侧板是被拆除掉的，为了能限制膨胀围岩吸水后的膨胀变形，用两块钢板拉条拉结左边侧板和右边侧板，以保证模型箱的整体刚度。
[0011]本发明的有益效果是，能通过将管壁带小孔的金属管均匀对称的插入模型顶部岩体中，达到将水流引入岩体中及使围岩水分分布均匀的效果。能通过观察流量观察器及调节分水管流量控制阀来控制水流量及水流速度。
【附图说明】
[0012]图1为本发明试验装置引水导流系统部分示意图。
[0013]图2为本发明试验装置模型箱部分示意图。
[0014]图3为本发明试验装置整体示意图。
[0015]图中标记:1-盛水瓶，2-/K，3-出水口，4-导流总管，5-总管止水阀，6-12通分流器，7-导流分水管，8-流量观察器，9-分水管流量控制阀，10-排气阀，11-管壁带小孔的金属管，12-顶板，13-顶板圆孔，14-顶板纵肋，15-顶板提手，16-前大面侧板，17-后大面侧板，18-左边侧板，19-右边侧板，20-底板，21-螺栓，22-侧板提手，23-底板圆孔，24-底板横肋，25-拉条，26-隧道洞室，27-隧道围岩材料。
【具体实施方式】
[0016]实施例:
一、如图1-3所示，建立一个模拟膨胀围岩隧道物理模型降雨入渗的试验装置，包括引水导流系统部分和模型箱部分；引水导流系统安装于模型箱上部，二者由管壁带小孔的金属管11连接。
[0017]引水导流系统部分包括盛水瓶1、12通分流器6、导流管；其中导流管包括导流总管4、总管止水阀5、导流分水管7、流量观察器8、分水管流量控制阀9、排气阀10、管壁带小孔的金属管11 ;导流总管4上端和盛水瓶I出水口 3连接，中部安装总管止水阀5，下端和12通分流器6连接，各导流分水管7接于分流器12个出水口，导流分水管7从上至下依次连接流量观察器8、分水管流量控制阀9、排气阀10、管壁带小孔的金属管11 ;
模型箱部分包括带圆孔的顶板12、带圆孔的底板20、前大面侧板16、后大面侧板17、左边侧板18、右边侧板19，并通过螺栓21连接及拼装，两块拉条25连接左边侧板18和右边侧板19 ;为保证箱体具有较大的刚度，各板均由1mm厚钢板及角钢焊接制成。同时为便于拼装和拆卸，各侧板通过螺栓21连接。另外，顶板12做成可活动式的，以便围岩材料27的浇筑；引水导流系统安装于模型箱上部，二者通过均匀对称插入模型顶部岩体中且管壁带小孔的金属管连接；利用二者之间的高差所产生的水头压力将水流压入岩体内，其中高差为3m ο
[0018]二、盛水瓶盛装模拟降雨时用的水，水流从盛水瓶I经导流总管4流入分流器6中，通过分流器6将水流分成12注分水流，各分水流再经导流分水管7流入管尖插入岩体10~15cm深的管壁带小孔的金属管11中，由于管中水流具有一定的水头压力，通过这种压力将管壁带小孔的金属管11中的水流压入岩体中；导流分水管7中的水流速度通过流量观察器8来观察、速度大小通过分水管流量控制阀9来调节，单位时间水流量通过1mL量筒量取单位时间内的水量来计算；当导流分水管7中进入空气造成水流不畅时，通过排气阀10将管内空气排出，以保持水流畅通。
[0019]在整个模拟降雨过程中，因隧道洞室的开挖前大面侧板是被拆除掉的，为了能限制膨胀围岩吸水后的膨胀变形，用两块钢板拉条拉结左边侧板和右边侧板，以保证模型箱的整体刚度。
【主权项】
1.一种模拟膨胀围岩隧道物理模型降雨入渗的试验方法，其特征在于具体步骤为: 一、建立一个模拟膨胀围岩隧道物理模型降雨入渗的试验装置，包括引水导流系统部分和模型箱部分； 引水导流系统部分包括盛水瓶(1)、12通分流器(6)、导流管；其中导流管包括导流总管(4)、总管止水阀(5)、导流分水管(7)、流量观察器(8)、分水管流量控制阀(9)、排气阀(10 )、管壁带小孔的金属管(11);导流总管(4 )上端和盛水瓶(I)出水口( 3 )连接，中部安装总管止水阀(5)，下端和12通分流器(6)连接，各导流分水管(7)接于分流器12个出水口，导流分水管(7 )从上至下依次连接流量观察器(8 )、分水管流量控制阀(9 )、排气阀(10 )、管壁带小孔的金属管(11); 模型箱部分包括带圆孔的顶板(12)、带圆孔的底板(20)(、前大面侧板(16)、后大面侧板(17 )、左边侧板(18 )、右边侧板(19 )，并通过螺栓(21)连接及拼装，两块拉条(25 )连接左边侧板(18)和右边侧板(19)； 引水导流系统安装于模型箱上部，二者通过均匀对称插入模型顶部岩体中且管壁带小孔的金属管(11)连接；利用二者之间的高差所产生的水头压力将水流压入岩体内，其中高差不得小于2m ; 二、盛水瓶(I)盛装模拟降雨时用的水，水流从盛水瓶(I)经导流总管(4)流入分流器(6 )中，通过分流器(6 )将水流分成12注分水流，各分水流再经导流分水管(7 )流入管尖插入岩体10~15cm深的管壁带小孔的金属管(11)中，由于管中水流具有一定的水头压力，通过这种压力将管壁带小孔的金属管(11)中的水流压入岩体中；导流分水管(7)中的水流速度通过流量观察器(8 )来观察、速度大小通过分水管流量控制阀(9 )来调节，单位时间水流量通过1mL量筒量取单位时间内的水量来计算；当导流分水管(7)中进入空气造成水流不畅时，通过排气阀(10)将管内空气排出，以保持水流畅通。
【专利摘要】本发明公开了一种模拟膨胀围岩隧道物理模型降雨入渗的试验方法。一、建立一个模拟膨胀围岩隧道物理模型降雨入渗的试验装置，包括引水导流系统部分和模型箱部分；引水导流系统安装于模型箱上部，二者由管壁带小孔的金属管连接。二、盛水瓶盛装模拟降雨时用的水，水流从盛水瓶经导流总管流入分流器中，通过分流器将水流分成12注分水流，各分水流再经导流分水管流入管尖插入岩体10~15cm深的管壁带小孔的金属管中，由于管中水流具有一定的水头压力，通过这种压力将金属管中的水流压入岩体中，当导流分水管中进入空气造成水流不畅时，通过排气阀将管内空气排出，以保持水流畅通。本发明的装置结构简单，能达到将水流引入岩体中并使围岩水分分布均匀及能有效控制单位时间降雨量的效果。
【IPC分类】G01N15/08
【公开号】CN105223121
【申请号】CN201510694347
【发明人】杨军平, 王沾义, 周立新, 樊永华, 马勇
【申请人】桂林理工大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月22日