[发明专利]利用磁流体模拟可视化裂隙渗流的装置及方法

说明书

一种利用磁流体模拟可视化裂隙渗流的装置，包括主体框架，安装于主体框架内的摄像机通过主体框架上的顶部万向球铰与可移动副框架连接，可视化岩样通过膨胀加压气垫放置于剪切反力架上表面，可视化岩样由上盖板透明树脂和普通岩样组成，上盖板透明树脂和普通岩样之间形成一条裂缝，可视化岩样两侧面各通过液压杆加载装置与剪切反力架的内侧壁连接，液压杆加载装置设有应力传感器和位移传感器，注浆/水装置的注浆/水管与上盖板透明树脂和普通岩样之间的裂缝相配合。本发明提供的利用磁流体模拟可视化裂隙渗流的装置及方法，利用磁流体模拟空间多角度不同围压、侧向力条件下裂隙渗流情况，研究各种情况下的渗流规律。

技术领域

本发明涉及岩石裂隙试验技术领域，尤其是一种利用磁流体模拟可视化裂隙渗流的装置及方法。

背景技术

近些年来，随着国内基础工程不断发展，各类隧道（洞）工程建设规模也不断扩大，我国已经成为世界上工程建设规模最大、质量要求最严格的国家。在矿山开采、水利水电、隧道、边坡加固等岩土工程中，节理裂隙对岩体工程的稳定性有着重要影响。一方面岩体裂隙是导致地下工程水害的重要原因之一，另一方面裂隙的存在也大大降低了岩体强度。通过注浆充填裂隙，不仅可以有效防治工程水害，而且提高了围岩的整体性，对破碎岩体的加固效果十分明显。在注浆的过程中，浆液在裂隙中的扩散规律对堵水和围岩加固效果具有决定性的重要影响。

目前我国隧洞工程建设中面临的高地应力、高水头压力等复杂水文地质条件，施工场地随时面临断层、喀斯特地貌等不良地质等诱发的突水、涌泥涌砂等严重地质灾害，修建难度在工程界堪称世界之最，轻则造成施工现场破坏、隧道坍塌、施工机械损坏，重则造成人员伤亡重大安全事故和严重的经济财产损失。目前我国在建隧道多为基岩隧道，基岩中节理裂隙发育并以裂隙水为主，其引发突涌水灾害逐渐成为限制地下工程建设发展的瓶颈问题。因此，本领域非常需要对浆液在裂隙中的扩散形态及影响因素进行研究，而进行复杂条件下的裂隙注浆模拟试验，并以此为基础建立裂隙注浆径向扩散模型是一种有效的研究手段。建立裂隙注浆径向扩散模型应考虑以下几方面的因素：裂隙的受力状态、裂隙变形及相对剪切位移、裂隙面接触面积、浆液黏度、裂隙开度、注浆压力、裂隙粗糙度、裂隙连通性、裂隙地下水压力和流动、裂隙面是否张开等和各种施工因素等。其关键技术是试验边界条件的实现，即荷载、位移边界条件和渗流边界条件。由于试验条件的限制，特别是在围压加载、裂隙可控错动、渗透密封手段、及可视化的实现方面，国内关于在复杂条件下的岩石裂隙注浆扩散试验及试验方法的研究还存在局限性，相关试验设备还比较缺乏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用磁流体模拟可视化裂隙渗流的装置及方法，可以解决缺乏相关试验设备和方法的问题，利用磁流体模拟空间多角度不同围压、侧向力条件下裂隙渗流情况，研究各种情况下的渗流规律。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种利用磁流体模拟可视化裂隙渗流的装置，包括主体框架，主体框架上设置有可伸缩支撑杆，主体框架顶面滑动连接有可移动副框架，安装于主体框架内的摄像机通过主体框架上的顶部万向球铰与可移动副框架连接，剪切反力架通过万向球铰反力装置安装于主体框架的底板上表面，可视化岩样通过膨胀加压气垫放置于剪切反力架上表面，膨胀加压气垫与充气装置连通，可视化岩样由上盖板透明树脂和普通岩样组成，上盖板透明树脂和普通岩样之间形成一条裂缝，可视化岩样两侧面各通过液压杆加载装置与剪切反力架的内侧壁连接，液压杆加载装置设有应力传感器和位移传感器，注浆/水装置的注浆/水管与上盖板透明树脂和普通岩样之间的裂缝相配合，可视化岩样两端通过带法向限制条的螺纹杆与剪切反力架及膨胀加压气垫固定连接，剪切反力架底部安装有与万向球铰反力装置相配合的角度检测仪，U型可调电磁铁通过U型槽套设于可视化岩样外表面并与可视化岩样滑动连接。

主体框架为采用无法被永磁铁吸附的材料制成的框架体。

万向球铰反力装置包括安装于底板上表面的架体，万向球铰安装在架体上并与架体转动连接，万向球铰底部设置有球铰紧固螺杆，剪切反力架放置于万向球铰顶部的承压平台上。