[发明专利]地下泥沙堵疏裂隙效应模拟试验装置

说明书

技术领域

本发明属于水力学及河流动力学测试技术领域，特别涉及一种地下泥沙堵疏裂隙效应模拟试验装置。

背景技术

岩土体内部的泥沙输移，可以称为地下水泥沙输移。泥沙颗粒在水压力作用下通过岩体内部的裂隙，可以称为地下泥沙岩体裂隙输移。

天然岩体必然存在或多或少的裂隙；水利水电工程，如堤坝、水电站等，建成以后，在蓄水的过程中，水位不断上涨，水压力不断增大；由于拦水结构的建成，使得水流速度变小，在库区中泥沙就会淤积，库底淤积的泥沙在较小水压力下，处于静止状态；随着水位的上涨，水压力不断增大，原本静止的泥沙此时可能进入岩体裂隙，进而可能出现地下泥沙岩体裂隙输移，进而导致库内水的渗漏。而水电站、水库的建设是希望能够蓄水，减少或者防止水的渗漏；因此需要对泥沙的岩体裂隙输移进行研究，兴起利，除其害。

泥沙在水的驱动之下进入裂隙，会出现如下几种情况：

（1）泥沙颗粒直径小于裂隙直径，较低浓度的泥沙颗粒混合着水流，通过裂隙。

（2）泥沙颗粒直径小于裂隙直径，较高浓度的泥沙颗粒混合着水流，堵塞裂隙。

（3）泥沙颗粒直径大于裂隙直径，较低浓度的泥沙颗粒混合着水流，经过变形压缩，通过裂隙，

（4）泥沙颗粒直径大于裂隙直径，较低浓度的泥沙颗粒混合着水流，经过变形压缩，发生破碎，通过裂隙。

（5）泥沙颗粒直径大于裂隙直径，较高浓度的泥沙颗粒堵塞裂隙。

这些现象可以称为泥沙与岩体裂隙的相互作用效应。上述的现象可以根据如下的影响因素进行分析：泥沙颗粒直径、密度，岩体裂隙的直径、裂隙的长度、裂隙的粗糙度，水流速度（压力）、泥沙的浓度等。

关于泥沙颗粒混合着水流通过岩体裂隙的一系列的研究目前较为少见，主要的原因在于相关的实验设备装置没有建立，不能进行相关的机理研究。进行细致研究的前提是具有相关的实验装置和设备。但目前岩体固定裂隙的堵疏实验装置还不多见。

一种地下泥沙冲刷模型实验装置和方法（专利号：200910092249）和地下泥沙冲刷模型实验装置（专利号：200920222614.9）是针对土体天然裂隙，在冲刷的过程中土体中的裂隙其直径不断增大，同时其路径走向不断变化，其随机性很强；岩体中的裂隙，其裂隙直径和路径相对比较稳定，已有的发明专利（专利号：200910092249，200920222614.9）无法模拟稳定裂隙中的地下泥沙冲刷模拟，同时也无法进行裂隙的堵疏效应实验研究。

发明内容

本发明提供了一种地下泥沙堵疏裂隙效应模拟试验装置，可以通过此装置量化研究地下泥沙通过裂隙过程所出现的各种情况，研究裂隙泥沙的堵疏效应和机理。

本发明采用的技术方案为：

上固定板、下固定板、前挡板、后挡板、两块侧板共同围成模拟实验装置的腔体；在该腔体内放置裂隙岩体，并将该裂隙岩体与两块侧板固定；所述裂隙岩体与前挡板之间、裂隙岩体与后挡板之间均留有空腔；所述前挡板和后挡板上分别设置一个或多个水沙进出口；所述裂隙岩体分为若干层，每相邻两层间均设置若干个水平布置的裂隙。

所述裂隙岩体，每层均由若干个裂隙板块排列组成，每个裂隙板块上均设置有构成裂隙的凹槽。

所述裂隙的横截面为矩形、菱形、圆形、椭圆形或大于4边的多边形。

所述裂隙岩体由若干个裂隙板块排列组成，裂隙板块均为平面板块，在相邻的两层裂隙板块之间设置面裂隙宽度垫片，使相邻裂隙板块间形成片状的面裂隙。

所述上固定板、下固定板、前挡板、后挡板及两块侧板均采用无色透明的有机玻璃材质制成；裂隙岩体采用无色透明的有机玻璃材质或待试验的岩石材料。

本发明的有益效果为：

（1）使用本装置，可研究获得地下泥沙输移与岩体裂隙的相互影响关系，包括泥沙颗粒直径、密度，岩体裂隙的直径、裂隙的长度、裂隙的粗糙度，水流速度（压力）、泥沙的浓度，等因素的影响规律。

（2）可以通过此实验装置，实验获得地下泥沙堵塞岩体裂隙的临界条件和闭塞岩体泥沙的疏通临界条件。

（3）在水库蓄水前可以预先铺设一定颗粒直径的泥沙，用于阻塞岩体裂隙，本实验装置可以对此进行相关的实验，为此堵漏方法提供理论支持、技术支撑。

（4）可以对已建水利工程（如大坝、水电站等）的使用状态进行裂隙泥沙堵疏健康评估。

（5）本装置透明，可直接观测，可拆卸；每个裂隙在打开后可以直接取样。

（6）能够进行堵塞和疏塞两个方面的正向和逆向冲刷研究，并能够模拟几种不同的岩体裂隙，具有可扩展性。