[实用新型]可预制断层的大型流-固耦合模型试验台架

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种模型试验装置，具体的说是一种可预制断层的大型流-固耦合模型试验台架。

背景技术

随着我国经济和科学技术的发展，交通建设中穿越断层的海底隧道、过江隧道及岩溶地区的深埋大断面隧道也越来越常见，水对这些工程的成功修建的影响也十分显著，许多技术问题急需解决。很多专家希望通过模型试验来实现现场工况的模拟，得出结论以便指导现场施工的安全顺利进行。

目前虽有用于流-固耦合模型试验的装置，但该类设备其主要是用于模拟现场真实情况下渗流场及应力场、直观的观察施工过程中隧道围岩渗流特征及加载过程中围岩破裂和突水过程的、模拟平面及准三维流-固耦合模型试验。

但上述传统的地质力学模型试验一般采用均匀各向同性的材料，很少涉及断层等不良地质环境，也极少考虑实验中水的介入，无法实现水体与模拟围岩材料流-固耦合模拟，因此得出的结论不能真实反映存在断层时的实际情况。

实用新型内容

本实用新型的目的正是为了克服上面所述的模型试验中没有模拟断层情况的不足，提供一种可预制断层的大型流-固耦合模型试验台架，该台架通过模块化拼接实现拓展进而适应不同试验的尺寸要求从而实现台架的循环利用；同时采用高强度钢骨架内附钢化玻璃的设计理念，保证了装置的水封性同时实现了实验过程中的不借助仪器的实时现象观测；内部加装断层预制模板后可以进行断层的预制，模拟穿越断层处隧道的流-固耦合特性，进行复杂地质环境下的渗流场与应力场的模型试验分析研究，得出更符合实际情况的结论，进而更好的指导实际工程，保证施工的质量及安全。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种可预制断层的大型流-固耦合模型试验台架，包括一个台架体，台架体各内壁设有钢化玻璃内衬隔水层从而组成一个密封空间，在密封空间顶部设有进水口，在该密封空间内设有断层预制模块，所述断层预制模块包括一个模板固定框架，模板固定框架两侧与钢化玻璃内衬隔水层安装在一起，同时在模板固定框架两侧分别至少设有一对倾角可调的模块滑动导轨，在模板滑动导轨上放置断层预制模板；在密封空间内铺设流-固耦合相似材料，流-固耦合相似材料中埋设有监测元件，监测元件与信息采集存储装置连接，信息采集存储装置和信息实时显示装置连接。

所述模板滑动导轨可改变倾角和彼此相邻的间距，实现任意方向和厚度的断层模拟。

所述台架体为镂空的钢骨架，该钢骨架由底梁、前、后山墙、两侧边墙活动拼接而成，其中底梁及山墙预留拼接接口，使台架体尺寸可调；模板固定框架的两侧与两边墙内侧的钢化玻璃内衬隔水层连接。

所述模板固定框架与钢化玻璃内衬隔水层间设有橡胶缓冲层。

所述底梁、前、后山墙、两侧边墙均由模块组装而成，其中两侧边墙中间的模块有模拟隧道断面用的开挖洞口，开挖洞口设有可拆卸的封堵钢化玻璃，通过更换该模块进行开挖洞口尺寸的改变。

所述信息采集存储装置为计算机。

所述信息实时显示装置包括至少一台大屏幕的显示器。

一种采用可预制断层的大型流-固耦合模型试验台架的试验方法，包括以下几个步骤：

A.组装试验台架体；

B.断层预制模板的安装：在台架体内侧安装模板固定框架，再安装模板滑动导轨并且调节好角度和间距，放入断层预制模板；

C.铺设流-固耦合相似材料和监测元件，并将监测元件与信息采集存储装置连接，信息采集存储装置与信息实时显示装置安装；

D.开挖前准备：向台架体内加水，将流-固耦合相似材料浸泡饱和，使台架体的模型内部渗流场和应力场均达到动态稳定平衡状态，并测量开挖扰动前的各监测元器件的初始值；

E.试验进行：打开所有的信息采集存储装置和信息实时显示装置，然后通过开挖洞口进行开挖模拟，模拟时按照实际开挖的顺序进行；同时设置系统将测的数据记录保存；等开挖完了，再进行后续渗水量的采集测量。

所述步骤C中，将试验拟采用的流-固耦合相似材料拌合好，分层铺设、夯实，随着填料过程的推进，手动向上滑动断层预制模板并固定，如此往复；直到模型体封顶；填料过程中根据试验之前要测量的物理量及其位置，将选用的监测元件埋设在指定的位置；将流-固耦合相似材料放置晾干，同时测试监测元件的工作情况，检测埋设过程中是否损坏。