[实用新型]一种模拟隧道穿越富水断层突涌水的试验装置

说明书

本实用新型提供一种模拟隧道穿越富水断层突涌水的试验装置，利用两两铰接的短钢板模拟由围岩容重差异或埋深高程差异导致的不均匀围岩压力，铰接短钢板能传递剪力但不传递弯矩，使得模拟不均匀围岩压力的同时不会因为压力骤变而造成剪切破坏；通过调整加载的荷载大小(即压力大小)来模拟隧道埋深，通过纱网能灵活控制破碎带的厚度和倾角，从而模拟断层宽度及倾角；通过调整围岩相似材料的组成调整围岩属性，通过水力加载装置能对断层不同富水情况进行定量控制。因此本实用新型能够灵活控制隧道埋深、围岩属性、断层宽度及倾角(隧道交角)以及水力条件等变量，适用于模拟不同埋深情况、不同断层构造、不同水力条件下隧道穿越富水断层突涌水情况。

技术领域

本实用新型属于隧道工程地质灾害模型试验领域，具体涉及一种模拟隧道穿越富水断层突涌水的试验装置。

背景技术

隧道在穿越富水断层时，极易出现塌方、突涌水突泥等工程问题，这将极大增加工程难度与费用，增加工期甚至造成人员伤亡事故。开展模型试验对隧道穿越富水断层进行研究，有助于深化认识富水断层致灾机理和规律，为隧道安全施工提供指导作用。

但是，现有的断层模型穿越断层隧道开挖模拟试验在隧道埋深、断层厚度、断层倾角等方面过于单一，无法精确控制变量，进而无法研究隧道稳定性与各因素之间的定量关系，所测得的结果在实际应用中常有难以调适的偏差，不具有代表性，因此难以灵活适应多变的工程实际地质情况。因此要实现富水断层突涌水的试验模拟，急需研究能综合实现断层参数，不同水力条件和工程地质条件模拟的试验装置。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种模拟隧道穿越富水断层突涌水的试验装置，能够灵活控制隧道埋深、围岩属性、断层宽度及倾角以及水力条件等变量，准确研究隧道稳定性与各因素之间的定量关系，能灵活适应多变的工程实际地质情况。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种模拟隧道穿越富水断层突涌水的试验装置，包括模型试验箱、顶部荷载控制系统、水力加载装置、断层构造、数据采集监测设备、视频录制设备以及突涌水混合物收集装置；

所述模型试验箱的一侧面上设置有隧道断面；

所述断层构造包括设置在模型试验箱内的破碎带和围岩相似材料，围岩相似材料顶部设置有传力板；破碎带包括破碎带相似材料和用于将破碎带相似材料和围岩相似材料隔开的纱网；破碎带呈倾斜设置，沿隧道断面开挖的隧道能穿过破碎带的倾斜面；传力板由多块短钢板通过铰接装置铰接而成；

所述顶部荷载控制系统用于给传力板施加向下的压力载荷；所述水力加载装置用于向破碎带内定量注水；所述数据采集监测设备埋设在破碎带相似材料和围岩相似材料内；所述突涌水混合物收集装置用于收集从隧道断面流出的突涌水混合物；所述视频录制设备用于录制隧道突涌水发生过程。

优选的，模型试验箱包括钢骨架和固定设置在钢骨架内的箱体，箱体由第一侧板、第二侧板、第三侧板、第四侧板和底板围成，第一侧板和第三侧板相对设置，第二侧板和第四侧板相对设置，在第一侧板上设置隧道断面，第一侧板为透明钢化玻璃。

优选的，传力板与围岩相似材料之间布置有橡胶止水薄板。

优选的，破碎带的顶部与传力板相接，底部与模型试验箱的底部内侧接触，两端分别与模型试验箱上相对的两侧内壁接触，破碎带与隧道断面垂直的纵截面呈平行四边形设置。

优选的，所述模型试验箱顶部设置有顶部支撑架，顶部支撑架位于传力板的上方；

所述顶部荷载控制系统包括千斤顶和荷载控制系统，千斤顶上部与顶部支撑架固定连接，千斤顶的活塞端面与传力板相对设置；荷载控制系统用于控制千斤顶的加载状态。

优选的，水力加载装置包括供水箱、供水管、高压水泵、流量计和渗水管；