構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及交通與水工隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于模擬交通和水工隧道中構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥災(zāi)害的試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥是交通和水工隧道施工的多發(fā)工程災(zāi)害，構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥災(zāi)害輕者會(huì)影響工程施工及運(yùn)營(yíng)，重者會(huì)導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失乃至人員傷亡。限于構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥災(zāi)害源的隱蔽性，孕災(zāi)地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，使得交通和水工隧道中構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥災(zāi)害的預(yù)測(cè)非常困難，已成為該領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。
[0003]鑒于此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)上述問(wèn)題開展了大量的研究工作，其中物理模擬研究為最常用、最有效的手段之一。但在實(shí)際模擬過(guò)程中，由于構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥過(guò)程的影響因素較多，相關(guān)的突水突泥物理試驗(yàn)?zāi)M裝置均存在明顯的缺陷，例如專利2008100453044公開了一種大尺寸巖石試樣高壓滲透試驗(yàn)裝置，但其只針對(duì)巖樣測(cè)試；專利CN101308126A公開了一種開挖突水的模擬裝置，但其最大承受水壓僅為IMPa，且其加壓系統(tǒng)難以持續(xù)穩(wěn)壓，不能滿足高承壓水作用下隧道突水突泥試驗(yàn)?zāi)M的要求。由此可見(jiàn)，相關(guān)的構(gòu)造裂隙突水突泥試驗(yàn)裝置有待于更進(jìn)一步改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的就是現(xiàn)有交通和水工隧道中，構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥災(zāi)害的物理試驗(yàn)?zāi)M裝置均存在明顯的缺陷的問(wèn)題，提供一種構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥試驗(yàn)裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度大、強(qiáng)度高、密封性較好、測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，能夠模擬不同類型、不同突涌水條件下的構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥試驗(yàn)裝置。
[0005]本實(shí)用新型的構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥試驗(yàn)裝置，其特征在于該裝置包括壓力加載裝置、突涌通道模擬裝置、水壓加壓及穩(wěn)壓裝置和數(shù)據(jù)采集及分析裝置，壓力加載裝置設(shè)置在突涌通道模擬裝置的頂部及底部，為突涌通道模擬裝置提供軸向壓力；水壓加壓及穩(wěn)壓裝置通過(guò)進(jìn)水管與突涌通道模擬裝置頂部連接，為突涌通道模擬裝置提供帶有穩(wěn)定壓力的水壓；所述的數(shù)據(jù)采集及分析裝置安裝在突涌通道模擬裝置底部的出水管上。
[0006]所述的壓力加載裝置為電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，提供最大試驗(yàn)壓力為300kN。
[0007]所述的突涌通道模擬裝置包括活塞、缸筒以及透水板，缸筒呈圓筒狀，壁厚大于15mm ;活塞為兩個(gè)，分別設(shè)置在缸筒頂部及底部，頂部的活塞與進(jìn)水管連接，底部的活塞與出水管連接；所述的透水板為三塊，分上、中、下順序設(shè)置在缸筒內(nèi)部，其中上、下兩塊透水板分別與兩個(gè)活塞連接，中間一塊透水板固定在缸筒中間位置。
[0008]所述的透水板上設(shè)置有透水孔，三塊上、中、下設(shè)置的透水板，其透水孔直徑分別為10mm、2mm以及5mm，分別允許通過(guò)不大于其透水孔直徑的物質(zhì)通過(guò)；最上面一塊透水板底部還設(shè)置有一層透水毛氈。
[0009]所述的活塞下部設(shè)置有“O”型密封圈，提升密封效果。
[0010]所述的水壓加壓及穩(wěn)壓裝置包括恒壓水箱和高壓氮?dú)饧訅貉b置，恒壓水箱包括進(jìn)水閥、出水閥、氮?dú)庾⑷牍苈罚M(jìn)水閥設(shè)置在恒壓水箱上部，出水閥設(shè)置在恒壓水箱下部，并與進(jìn)水管連接，氮?dú)庾⑷牍苈放c高壓氮?dú)饧訅貉b置連接；高壓氮?dú)饧訅貉b置由數(shù)瓶高壓氮?dú)馄看?lián)組成。
[0011]所述的數(shù)據(jù)采集及分析裝置包括滲透壓力傳感器、流量計(jì)及泥砂分離裝置，用于不間斷的采集數(shù)據(jù)和圖像以及進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，監(jiān)測(cè)構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥過(guò)程中滲透壓力、突水量及突泥量的變化。
[0012]所述的三塊透水板與缸筒之間的空間形成兩個(gè)試驗(yàn)腔體，用于進(jìn)行構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)充填物突水突泥試驗(yàn)。
[0013]所述的構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥試驗(yàn)裝置，通過(guò)以下步驟進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試:
[0014](I)將構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)充填物分為上下兩部分分別填入模型試驗(yàn)腔體中，并壓實(shí)，壓實(shí)壓力根據(jù)所模擬斷層的實(shí)測(cè)地應(yīng)力為準(zhǔn)，該充填物組分通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集的構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)充填物試樣的物質(zhì)組分、及充填物結(jié)構(gòu)性狀參數(shù)確定；
[0015](2)構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)充填物鋪設(shè)完成后，將突涌通道模擬裝置置于電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上，通過(guò)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)充填物施加豎向荷載至設(shè)定值；
[0016](3)通過(guò)連接管路將高壓氮?dú)饧訅貉b置與氣液復(fù)合型的恒壓水箱連接，同時(shí)將恒壓水箱上部的進(jìn)水閥接至供水水源；
[0017](4)通過(guò)高壓水管將恒壓水箱與突涌通道模擬裝置頂部的進(jìn)水管連接；
[0018](5)在突涌通道模擬裝置底部出水管處設(shè)置滲透壓力傳感器、流量計(jì)及泥砂分離裝置；
[0019](6)調(diào)節(jié)高壓氮?dú)饧訅貉b置，由高壓氮?dú)馄拷M向恒壓水箱內(nèi)注入高壓氮?dú)猓偻ㄟ^(guò)恒壓水箱向突涌通道模擬裝置中注入穩(wěn)定的壓力的水源；
[0020](7)構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥過(guò)程中，數(shù)據(jù)采集及分析裝置不間斷的采集數(shù)據(jù)和圖像，監(jiān)測(cè)構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥過(guò)程中滲透壓力、突水量及突泥量的變化。
[0021]本實(shí)用新型的構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥試驗(yàn)裝置，采用高強(qiáng)度的厚鋼管及厚鋼板作為模型試驗(yàn)臺(tái)，模型整體剛度較高，能夠承受較大的加載壓力；在模型缸筒和活塞之間設(shè)置“O”型橡膠圈，封水效果較好；通過(guò)設(shè)置三層帶有直徑分別為10mm、2mm及5mm透水孔的透水板，能夠模擬構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)在突水過(guò)程中不同粒徑充填物顆粒的運(yùn)移情況；通過(guò)氣液復(fù)合型恒壓水箱來(lái)施加水壓力，可以更精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)水壓力；豎向壓力加載裝置可以模擬不同地應(yīng)力條件下的構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥過(guò)程。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型突涌通道模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本實(shí)用新型恒壓水箱結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]其中，壓力加載裝置I，數(shù)據(jù)采集及分析裝置2，進(jìn)水管3，出水管4，活塞5，缸筒6，透水板7，密封圈8，恒壓水箱9，進(jìn)水閥10，出水閥11，氮?dú)庾⑷牍苈?2，試驗(yàn)腔體13，透水毛氈14。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1:一種構(gòu)造裂隙充填結(jié)構(gòu)突水突泥試驗(yàn)裝置，包括壓力加載裝置1、突涌通道模擬裝置、水壓加壓及穩(wěn)壓裝置和數(shù)據(jù)采集及分析裝置2，其中:
[0026](I)壓力加載裝置I為電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，提供最大試驗(yàn)壓力為300kN，設(shè)置在突涌通道模擬裝置的頂部及底部，為突涌通道模擬裝置提供軸向壓力；
[0027](2)水壓加壓及穩(wěn)壓裝置通過(guò)進(jìn)水管3與突涌通道模擬裝置頂部連接，水壓加壓及穩(wěn)壓裝置包括恒壓水箱9和高壓氮?dú)饧訅貉b置，恒壓水箱9包括進(jìn)水閥10、出水閥11、氮?dú)庾⑷牍苈?