[发明专利]隧道充填结构渗流、侵蚀与应力耦合失稳试验装置与方法

权利要求书

1.隧道充填结构渗流、侵蚀与应力耦合失稳试验装置，其特征是：包括试验台架、封闭试验舱、可视化渗透试验室、地应力加载系统、渗压加载系统、信息监测与数据采集系统和流量监测与流失颗粒采集系统，其中：

所述试验台架承载封闭试验舱，所述封闭试验舱为由钢板拼接成的具有容纳空间的密封结构，至少一块钢板上嵌设有钢化玻璃，实现可视化，每块钢板中部安装加载杆与反力梁，向其容纳的可视化渗透试验室施加地应力荷载，每条加载杆与地应力加载系统单独连接，可实现不同方向独立加载；

所述可视化渗透试验室填充现场充填介质或者不同级配砂土体组成试验试样，可视化渗透试验室的四周设置有加载板，其边界采用锯齿形结构，可实现四个方向地应力的同时加载；

所述流量监测与流失颗粒采集系统位于可视化渗透试验室下部，将试验室内流出的水和细颗粒进行分离与收集；

所述地应力加载系统用于向可视化渗透试验室施加荷载，模拟充填结构真实赋存的三维地应力状态，所述渗压加载系统设置于可视化渗透试验室上端，向试样顶部施加渗透压力，模拟充填结构所受的地下水压力和渗流作用；

所述信息监测与数据采集系统，采集模拟实验过程中试样所受的地应力、渗透压力、体积变形以及位移变化数据通过传感器进行监测采集，实现隧道充填结构渗流、侵蚀与应力耦合失稳突水全过程检测与信息采集；

所述渗压加载系统包括加载水源，加载水源施加的水样经加压水管向试样顶部施加渗透压力，试验过程中加载水源由试样顶部向试样内部发生渗流作用，模拟充填结构所受的地下水压力和渗流作用。

2.如权利要求1所述的隧道充填结构渗流、侵蚀与应力耦合失稳试验装置，其特征是：所述试验台架用于承载封闭试验舱，具体包括基础箱体、不锈钢机架、透明玻璃罩和可滑动轨道，基础箱体由不锈钢材料制作而成，两侧设置有开口，下端具有储物空间，上侧设置有所述不锈钢机架，透明玻璃罩设置在不锈钢机架上，不锈钢机架底端设置有可滑动轨道。

3.如权利要求1所述的隧道充填结构渗流、侵蚀与应力耦合失稳试验装置，其特征是：所述封闭试验舱由钢板和钢化玻璃通过高强螺栓拼接而成，拼接缝隙采用密封件进行密封，封闭试验舱前侧为钢化玻璃，左右两侧、后侧、顶侧为钢板，每块钢板中部安装加载杆与反力梁，向可视化渗透试验室施加地应力荷载，每条加载杆与地应力加载系统单独连接，可实现不同方向独立加载；在顶部钢板中心部位预留两个圆孔，用于安装加压水管连接渗压加载系统，向可视化渗透试验室施加渗透水压力。

4.如权利要求1所述的隧道充填结构渗流、侵蚀与应力耦合失稳试验装置，其特征是：所述可视化渗透试验室为长方体结构，用于填充现场充填介质或者不同级配砂土体组成试验试样，试验室下端固定在可滑动轨道上，试验室内填筑试样后直接向右推入封闭试验舱内部，调整加载杆的对应位置，即可实现试样的三向地应力加载。

5.如权利要求1所述的隧道充填结构渗流、侵蚀与应力耦合失稳试验装置，其特征是：所述地应力加载系统向可视化渗透试验室施加荷载，模拟充填结构真实赋存的三维地应力状态，所述地应力加载系统由四个液压千斤顶连接加载杆分别提供加载动力，可实现轴向地应力、侧向地应力的同步加载，所述加载杆上安装有压力传感器，实时监测试验过程中的地应力状态。

6.如权利要求1所述的隧道充填结构渗流、侵蚀与应力耦合失稳试验装置，其特征是：所述加压水管上安装有微型渗压计和控制阀，通过控制阀控制加载渗透压力大小。

7.如权利要求1所述的隧道充填结构渗流、侵蚀与应力耦合失稳试验装置，其特征是：所述信息监测与数据采集系统，包括LVDT高精度位移计、微型渗压计、压力传感器以及控制器，LVDT高精度位移计、微型渗压计和压力传感器分别采集试验过程中试样所受的体积变形以及位移变化、渗透压力和地应力数据，采集的数据由数据转换器传输至控制器，实现数据的实时显示与定量化智能控制。