CN105181507B - 一种模拟水流对库岸边坡岩体冲刷作用的装置 - Google Patents

Abstract

一种模拟水流对库岸边坡岩体冲刷作用的装置包括试验仓、及设在所述试验仓内的螺旋搅拌器轴，螺旋搅拌器轴上设有螺旋搅拌器叶片，岩样容器边缘与试验仓边缘相接、且与试验仓连通;岩样放置在所述岩样容器中,其局部通过岩样容器与试验仓相接外进入试验仓。本发明的优点在于,可以较为直观的模拟在自然状况下，库水冲刷和水位升降对消落带岩体的作用，并且可通过控制水流流速、水流温度、水位升降高度差等参数变化来研究以上因素对消落带岩体产生的影响，进一步探究库岸边坡岩体的水岩耦合作用及岩石力学损伤机理。

Description

一种模拟水流对库岸边坡岩体冲刷作用的装置

技术领域

本发明涉及岩土力学实验领域中水流冲刷作用对库岸边坡岩体产生的影响及水位升降对消落带岩体的作用。

技术背景

在现有的试验装置中，涉及水流冲刷作用及水位升降对消落带岩体影响的试验装置和设备还比较少，本装置的设计可以较为直观的模拟在自然状况下，库水冲刷和水位升降对库岸边坡消落带岩石的作用，并且可控制水流流速、水流温度、消落带面积等不同变量对试验结果产生不同的影响，进一步探究库岸边坡岩体的水岩耦合作用及岩石力学损伤机理。根据水流冲刷作用对岩石特定表面的侵蚀磨损状况，对水流冲刷作用展开量化研究，后期可对试验岩样进行CT探伤扫描、微观电镜扫描、切片分析等，进而分析评价岩石的物理性质及力学特征。本发明对现有的可模拟水岩耦合作用机理的实验仪器存在的岩样位置设置不合理、取放岩样不方便、水力冲刷作用不均匀、没有考虑温度对水岩作用机理以及水位升降等问题提出了相应改进方案，并通过改变岩样放置方式，完善装置密封性能，采用更加便捷的冲刷水流控速、温度调控和水位升降方式，使实验变量可控性更高，结果更具有说服力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种仪器能够模拟自然条件下水流的冲刷作用和库水水位升降所产生的消落带对岩石的外形、物理及力学性质的影响。

本发明的目的是这样实现的：一种模拟水流对库岸边坡岩体冲刷作用的装置包括试验仓、及设在所述试验仓内的螺旋搅拌器轴，螺旋搅拌器轴上设有螺旋搅拌器叶片，岩样容器边缘与试验仓边缘相接、且与试验仓连通;

岩样放置在所述岩样容器中,其局部通过岩样容器与试验仓相接处进入试验仓。

进一步讲,试验仓为圆桶状容器。

进一步讲,多个所述岩样容器分布在试验仓边缘。

进一步讲,岩样容器内壁设有密封层。

还可以,在所述岩样容器内壁与密封层之间设有冲气垫,冲气垫与高压气源连通。

进一步讲,岩样容器内壁设有加热电丝。

进一步讲,试验仓内壁设有水位感应器。

本发明的优点在于, 本装置既可单独试验仅分别考虑水流流速、水温、侵入液面高度对岩体的冲刷作用，也可同时考虑以上几种因素对岩样的耦合作用，探究在复杂的自然条件下，水流冲刷作用及水位升降产生的消落带对库岸边坡岩体的影响。

同时本装置弥补了在室内条件下模拟水流冲刷和水位升降产生的消落带对库岸边坡岩体影响的实验设备空白，减小了对库岸边坡岩体研究的难度。

通过对岩样装置密封，可使岩样一部分与流水直接接触，另一部分避免流水的直接冲刷，能够真实地反映库岸边坡受水流冲刷作用和水位升降产生的消落带对库岸边坡岩体的影响;将岩样放置于壳体边缘更能真实模拟自然界中库水对岸边岩体的单向冲刷，同时螺旋搅拌器也可使得装置内的水流方向保持一致，使水流更加稳定，达到以水流对岩样作用为主的效果;可通过调节温度来模拟真实环境中温度的变化，以研究温度对水岩作用的影响。

通过水流冲刷作用对岩石特定表面的侵蚀磨损状况，对冲刷作用展开量化研究，后期可对试验岩样进行CT探伤扫描、微观电镜扫描、切片分析等，进而分析评价岩石的物理性质及力学特征。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的顶视图。

图3是本发明优选的顶视图。

图4是岩样容器横断面示意图。

如图所示，试验仓1，入水口2，螺旋搅拌器轴3，螺旋搅拌器叶片4，岩样5，岩样容器6，水流加热器7，水位感应器8，电动机9, 密封层10, 冲气垫11。

具体实施方式

参见图1、2，试验仓1为圆桶状容器,试验仓1顶部开有入水口2，可调节入水量。优选的,试验仓1中轴线位置有螺旋搅拌器轴3和螺旋搅拌器叶片4共同组成的螺旋搅拌器，螺旋搅拌器与试验仓1外的电动机9连通，电动机9转动带动搅拌器转动为试验仓1中的水产生沿容器内壁流动动力, 试验仓1中轴线位置设有螺旋搅拌器，使试验仓1中水绕中轴线产生固定流速的旋转水流，从而实现了通过调节电动机转速达到精确控制水流流速的目的。岩样容器6边缘与试验仓1边缘相接、且与试验仓1连通,岩样5竖直放置于岩样容器6中，其局部通过岩样容器6与试验仓1相接处进入试验仓1,优选的,通过橡胶卡扣固定密封防止水流入岩样容器6内，水流在容器中冲刷时，岩样5裸露于试验仓1中的部分表面受到水流冲刷，以此模拟不同水流流速对岩样的冲刷作用, 从而实现部分岩样受到水流冲刷，更真实的模拟自然条件下受到水流冲刷的库岸岩体状态(现实中只有局部岩石受到水流的冲刷)。

试验仓1中安装有水流加热器7，可在较快时间内将水温加热至预定温度，在与螺旋搅拌器对水流产生的流速同时作用下，可模拟不同水温的水流流速对岩样的冲刷作用。

试验仓1设有出水口，可与入水口2相互协调调节容器内部水位液面高度，水位感应器8能实测试验仓1内的水位高度,使岩样浸泡在水中的高度发生预定的变化，从而模拟水位升降产生的消落带对库岸边坡岩体的影响。

如图3中, 三个岩样容器6分布在试验仓1边缘,可以同时对三个岩样5进行试验,以提高试验的效率和精度。

本装置可以模拟试验仓1满水及到一定水位的冲刷试验,特别适于模拟水流面(岩样5一部分在水中,一部分不在水中)对岩样5的冲刷。

优选的, 岩样容器6内壁设有加热电丝,通过加热电丝对岩样容器6中的岩样5非接水的一面进行加热,可以更真实的模拟出岩样5在实现中的状态,现实中岩样5只有一面与水接触,其它其不与水接触,在岩样5在太阳下暴晒后,就会使岩样5出现接水面与非接水面出现较大温差,此时通过这个装置正好可以模拟此类状态。

如图4中,岩样容器6内壁设有密封层10,在岩样容器6内壁与密封层10之间设有冲气垫11,冲气垫11与高压气源连通,工作时,通过向冲气垫11充气,可以使岩样5更紧密的贴向岩样容器6与试验仓1相接处,防止试验仓1内的水通过相接处进入岩样容器6中。

Claims (7)

1.一种模拟水流对库岸边坡岩体冲刷作用的装置，其特征在于：所述装置包括试验仓（1）、及设在所述试验仓（1）内的螺旋搅拌器轴(3)，螺旋搅拌器轴(3)上设有螺旋搅拌器叶片(4)，岩样容器(6)边缘与试验仓（1）边缘相接、且与试验仓(1)连通;

岩样(5)放置在所述岩样容器(6)中,其局部通过岩样容器(6)与试验仓（1）相接处进入试验仓（1）。

2.根据权利要求1所述的一种模拟水流对库岸边坡岩体冲刷作用的装置，其特征在于：所述试验仓（1）为圆桶状容器。

3.根据权利要求1所述的一种模拟水流对库岸边坡岩体冲刷作用的装置，其特征在于：多个所述岩样容器(6)分布在试验仓(1)边缘。

4.根据权利要求1所述的一种模拟水流对库岸边坡岩体冲刷作用的装置，其特征在于：所述岩样容器(6)内壁设有密封层。

5.根据权利要求1所述的一种模拟水流对库岸边坡岩体冲刷作用的装置，其特征在于：在所述岩样容器(6)内壁与密封层之间设有冲气垫,冲气垫与高压气源连通。

6.根据权利要求1所述的一种模拟水流对库岸边坡岩体冲刷作用的装置，其特征在于：所述岩样容器(6)内壁设有加热电丝。

7.根据权利要求1所述的一种模拟水流对库岸边坡岩体冲刷作用的装置，其特征在于：所述试验仓（1）内壁设有水位感应器(8)。