本發(fā)明屬于巖石滲流的試驗(yàn)研究領(lǐng)域，具體涉及一種模擬裂縫巖體的非線性滲流流速等效測(cè)試裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、土體中的貫通與非貫通裂縫、管道和孔隙結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的多孔網(wǎng)絡(luò)體系。其中，貫通管縫是地下水與地表水相互轉(zhuǎn)換的主要路徑，是地下水與巖土體之間水力聯(lián)系的重要通道，也是巖土體失穩(wěn)破壞常常追蹤的邊界條件。

2、由于組成多孔介質(zhì)的裂縫和孔隙的微觀結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜而又很不規(guī)則，通常在研究滲流問(wèn)題時(shí)只是從宏觀上采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，即主要研究滲流截面（與流體流動(dòng)方向垂直的地層截面）上流體流動(dòng)的平均流速和壓力，而不是研究個(gè)別裂縫和孔隙中流動(dòng)的情況。

3、目前滲流流速試驗(yàn)主要測(cè)量固定截面的流速以及滲透率，尚未有討論探究滲流流速、滲透率隨著距離貫通裂縫遠(yuǎn)近的流速變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種模擬裂縫巖體的非線性滲流流速等效測(cè)試裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

2、一種模擬裂縫巖體的非線性滲流流速等效測(cè)試裝置，包括：儲(chǔ)水容器、供水部分、測(cè)壓部分、孔隙基質(zhì)部分和貫通裂縫；

3、所述供水部分的輸出端連通所述儲(chǔ)水容器，所述儲(chǔ)水容器連通所述測(cè)壓部分和所述孔隙基質(zhì)部分；

4、所述孔隙基質(zhì)部分內(nèi)填充孔隙基質(zhì)，所述孔隙基質(zhì)為中空的圓柱結(jié)構(gòu)，所述孔隙基質(zhì)的中空部分形成所述貫通裂縫，所述貫通裂縫被封堵或部分填充；

5、所述孔隙基質(zhì)部分設(shè)置排水腔室，所述儲(chǔ)水容器中的水源經(jīng)過(guò)所述孔隙基質(zhì)進(jìn)入到排水腔室。

6、進(jìn)一步的，所述孔隙基質(zhì)部分包括導(dǎo)水箱體、中間框體和排水箱體；

7、所述導(dǎo)水箱體設(shè)置開(kāi)口朝上的空腔，其空腔通過(guò)進(jìn)水管連通所述儲(chǔ)水容器，所述導(dǎo)水箱體頂部可拆卸連接所述中間框體，所述中間框體頂部可拆卸連接所述排水箱體；

8、所述中間框體為中空結(jié)構(gòu)，所述中間框體的底部固定連接底部網(wǎng)格板，所述中間框體內(nèi)部設(shè)置多個(gè)分隔網(wǎng)格板，所述分隔網(wǎng)格板為中空?qǐng)A柱結(jié)構(gòu)，所述分隔網(wǎng)格板底部固定連接所述底部網(wǎng)格板，多個(gè)所述分隔網(wǎng)格板層層套設(shè)且同軸分布，多個(gè)所述分隔網(wǎng)格板的外徑從內(nèi)到外依次增大，多個(gè)所述分隔網(wǎng)格板將所述中間框體的內(nèi)部分為多個(gè)填充腔體，所述填充腔體內(nèi)填充所述孔隙基質(zhì)；位于最中間的所述分隔網(wǎng)格板的內(nèi)部不填充所述孔隙基質(zhì)并形成所述貫通裂縫；

9、所述排水箱體內(nèi)設(shè)置多個(gè)排水腔室，多個(gè)排水腔室一一對(duì)應(yīng)地連通所述填充腔體和所述貫通裂縫。

10、進(jìn)一步的，所述排水箱體內(nèi)固定連接多個(gè)環(huán)形擋板，多個(gè)所述環(huán)形擋板將所述排水箱體的內(nèi)部分為多個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)的所述排水腔室；所述排水箱體底部設(shè)置與多個(gè)所述排水腔室一一對(duì)應(yīng)的排水孔，所述排水孔連通所述排水腔室和所述填充腔體；所述排水箱體頂部固定設(shè)置與多個(gè)所述排水腔室一一對(duì)應(yīng)的排水管。

11、進(jìn)一步的，還包括注漿軸體，位于最中間的所述分隔網(wǎng)格板套設(shè)在所述注漿軸體上，該分隔網(wǎng)格板的內(nèi)壁面與所述注漿軸體外側(cè)面間隙分布，該間隙內(nèi)用于填充部分填充基質(zhì)，以形成部分填充的貫通裂縫。

12、進(jìn)一步的，所述底部網(wǎng)格板上設(shè)置第一螺紋孔，所述排水箱體上設(shè)置第二螺紋孔，所述注漿軸體螺紋連接第一、第二螺紋孔；

13、所述注漿軸體設(shè)置有開(kāi)口朝上的盲孔，所述注漿軸體的側(cè)壁設(shè)置有連通所述盲孔的腰型孔；所述排水箱體頂部設(shè)置排水注漿管，所述排水注漿管上設(shè)置開(kāi)關(guān)閥；

14、所述排水注漿管用于注入所述部分填充基質(zhì)到所述注漿軸體外側(cè)面的間隙中，所述開(kāi)關(guān)閥關(guān)閉時(shí)用于形成封堵的所述貫通裂縫。

15、進(jìn)一步的，所述測(cè)壓部分包括測(cè)壓管、擋塊、滑塊、彈簧和活塞；

16、所述測(cè)壓管豎直設(shè)置，其底部連通所述儲(chǔ)水容器，所述測(cè)壓管內(nèi)設(shè)置所述活塞，所述活塞為中空結(jié)構(gòu)，所述滑塊可滑動(dòng)的穿過(guò)所述活塞內(nèi)部，所述滑塊頂部和底部均為t形結(jié)構(gòu)，所述滑塊頂部的t形結(jié)構(gòu)下方設(shè)置所述彈簧，所述彈簧套設(shè)在所述滑塊上，所述滑塊底部的t形結(jié)構(gòu)抵接所述活塞底面；

17、所述滑塊設(shè)置開(kāi)口朝上的導(dǎo)流孔，所述滑塊側(cè)面設(shè)置連通所述導(dǎo)流孔的通孔，所述活塞內(nèi)壁面擋住所述通孔，所述滑塊上方設(shè)置所述擋塊，所述擋塊上設(shè)置有與所述導(dǎo)流孔適配的泄壓孔；

18、當(dāng)所述活塞上升至所述滑塊抵接所述擋塊時(shí)，所述滑塊下移，使所述通孔朝下離開(kāi)所述活塞，從而使所述通孔、所述導(dǎo)流孔和所述泄壓孔連通所述測(cè)壓管位于所述活塞下方的部分；

19、所述測(cè)壓管上設(shè)置有用于測(cè)壓的刻度線。

20、一種模擬裂縫巖體的非線性滲流流速等效測(cè)試方法，包括以下步驟：

21、步驟一，布置測(cè)試裝置，供水部分、儲(chǔ)水容器、孔隙基質(zhì)部分依次連通，儲(chǔ)水容器連通測(cè)壓部分，孔隙基質(zhì)部分內(nèi)填充孔隙基質(zhì)，并設(shè)置貫通裂縫；

22、步驟二，供水部分供水到儲(chǔ)水容器，通過(guò)測(cè)壓部分觀測(cè)儲(chǔ)水容器的水壓，收集各排水腔室的出水量，各個(gè)排水腔室的水量依次記為 v、 v、 v…… vn，通過(guò)流量計(jì)算出排水腔室的平均流速，繪制流速分布曲線；

23、步驟三，試驗(yàn)結(jié)束后，取出孔隙基質(zhì)，根據(jù)土工試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)定換算孔隙基質(zhì)的孔隙率 n和透水率 k，通過(guò)測(cè)試的 k和 n值以及模型各特征尺寸來(lái)計(jì)算出孔隙基質(zhì)的流速分布。

24、進(jìn)一步的，步驟一中，貫通裂縫為被封堵或部分填充，部分填充時(shí)，在貫通裂縫放入一軸體，軸體與貫通裂縫內(nèi)壁面形成間隙，在該間隙內(nèi)填充部分填充基質(zhì)，之后取出軸體，形成部分填充的貫通裂縫。

25、進(jìn)一步的，步驟三中，孔隙率 n和透水率 k由以下公式得到：

26、，

27、式中： q為流經(jīng)孔隙基質(zhì)部分的水量；

28、 l為孔隙基質(zhì)的長(zhǎng)度；

29、 a為孔隙基質(zhì)截面面積；

30、為孔隙基質(zhì)兩端的水頭差，單位為 m；

31、 t為試驗(yàn)時(shí)段；

32、，

33、式中： v0是孔隙基質(zhì)的體積；單位 m

34、 m2是孔隙基質(zhì)飽和狀態(tài)下在水中的質(zhì)量；

35、 m1是孔隙基質(zhì)干燥狀態(tài)下的質(zhì)量。

36、本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提出了一種制作便捷，測(cè)試方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可重復(fù)的貫通裂縫巖體的非線性滲流流速等效測(cè)試裝置，可以有效的測(cè)量出貫通裂縫巖體的流速在貫通裂縫處的變化情況，可以較為準(zhǔn)確的計(jì)算出含貫通裂縫的滲流流量，提出非線性滲流流速的變化規(guī)律。