[发明专利]有自由面裂隙网络渗流试验装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及岩石裂隙渗流相似模型试验技术领域，特别涉及一种有自由面裂隙网络渗流试验装置。

背景技术

岩体中由不同产状组合形成的裂隙网络是地下水流动的主要路径。采用模型试验的方法对裂隙网络渗流运动进行研究是探索裂隙岩体水力学特性的重要途径。然而，由于岩体内部的裂隙网络间距、宽度、长度、连通率和倾角等因素多变而复杂，对裂隙网络进行模型试验研究时，试件装置的制作较为困难。通过研究已有的裂隙网络渗流试验装置，发现存在如下不足：

（1）目前相似试验装置大多采用密闭水箱，提供承压水头，试验装置的裂隙网络全部处于承压水中，不能反映出渗流自由面的情况。而工程实践中进行仿真模拟时，渗流自由面是湿区和干区的分界面，对边坡、地下洞室的稳定性具有重要影响。

（2）目前的试验装置，设计复杂，不易加工，由于经济可行性制约，不适于大量生产。

发明内容

针对目前裂隙网络渗流试验装置主要测定有压流、无法反映有自由面的无压渗流运动特征、且试验装置不易加工等问题，本发明提供了一种设计简单、成本低、易于加工、可直观模拟裂隙网络内水流运动及自由面渗流运动特征的裂隙网络渗流试验装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案如下：

有自由面裂隙网络渗流试验装置，包括裂隙网络模型、上游水箱、下游水箱、贮水箱和接水箱，上游水箱和下游水箱分别连接裂隙网络模型两端，上游水箱中水通过裂隙网络模型流至下游水箱，上游水箱、下游水箱分别通过连接水管与贮水箱、接水箱连通，其中：

裂隙网络模型内设模拟二维裂隙网络的缝隙，裂隙网络模型一面设有与缝隙连通的测压孔，测压孔内安装测压管；

上游水箱包括敞口箱体，箱体内设用来调节压力水头的溢流板以及用来稳流和消能的整流栅，溢流板和箱体形成的第一空间底面设有第一排水口，溢流板、整流栅和箱体形成的第二空间底面设有进水口，第一排水口连接带阀门的第一连接水管，进水口连接带阀门和水泵的第二连接水管，第一连接水管和第二连接水管未与上游水箱连接的一端置于贮水箱内；

下游水箱包括敞口箱体，箱体内设用来调节压力水头的溢流板，溢流板将箱体划分为第四空间和第五空间，第四空间底面设有第二排水口，第五空间底面设有第三排水口，第二排水口连接带阀门的第三连接水管，第三排水口连接带流量计的第四连接水管，第三连接水管和第四连接水管未与下游水箱连接的一端置于接水箱内。

上述裂隙网络模型由刻画板和盖板粘合而成，刻画板一面刻有模拟二维裂隙网络的缝隙，另一面设有与缝隙连通的测压孔，盖板与刻画板刻有缝隙的一面粘合；刻画板侧壁之一密封，其未密封的两相对侧壁分别与上游水箱、下游水箱连接。

作为优选，测压孔设于缝隙相交处。

作为优选，缝隙深度不小于5mm。

上游水箱中，所述的溢流板和整流栅垂直设于箱体底面，且平行于箱体侧壁，平行于溢流板和整流栅且距离整流栅更近的侧壁为可拆卸侧壁，其上开设有尺寸和形状与裂隙网络模型端面匹配的插口，裂隙网络模型通过该插口与上游水箱相连。

下游水箱中，所述的溢流板垂直设于箱体底面，且平行于箱体侧壁，平行于溢流板且距离第二排水口更近的侧壁为可拆卸侧壁，其上开设有尺寸和形状与裂隙网络模型端面匹配的插口，裂隙网络模型通过该插口与下游水箱相连。

作为优选，溢流板包括固定溢流板和活动溢流板，箱体侧壁设有垂直箱体底面的溢流板插槽，固定溢流板固定于溢流板插槽底部且与箱体底面密封接触，活动溢流板根据实验需要插入溢流板插槽内。

 

本发明装置可直观观察水流在裂隙网络中的流动以及自由面位置的变化，并可测定缝隙内部水压力，可采用更换可拆迁侧壁来模拟不同产状组合形成的裂隙网络，通过调整溢流板高度进行上下游不同压力水头的渗流试验，利用效率高。

相对于现有技术，本发明具有如下的优点和积极效果：

（1）    设计简单、易于加工，成本低廉，易于推广；

（2）    可根据需要进行不同规格裂隙网络的实验，如隙宽、倾角和间距等；

（3）    压力水头调节可通过更换溢流板实现，操作方便。

附图说明

图1为本发明具体实施例的整体结构图；

图2为本发明具体实施例的上游水箱结构图，其中，图（a）为上游水箱侧视图，图（b）为上游水箱俯视图；

图3为本发明具体实施例的下游水箱结构图，其中，图（a）为下游水箱侧视图，图（b）为下游水箱俯视图；