CN105203737A - 一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的装置及方法,装置<b>包括试验箱</b><b>,</b><b>及设在试验箱内的试样托架</b><b>,</b>螺旋杆一端与试验箱外的电机机械连接、另一端伸入试验箱内,螺旋杆上设有风叶轮;试验箱上端设有进气管、排气阀、加岩孔,加岩孔上设有顶盖,所述试验箱下端设有排水口;试验箱内设水流加热器,在所述试验箱侧面设有通风孔,通风孔与鼓风机连通。方法包括反复进行岩样湿环境试验、岩样干环境试验,以更真实的模拟出试验箱内的试验环境。本发明的优点在于,通过模拟不同水流速度、水压状态,及干湿循环不同周期,实现更加精确的实验,使实验变量可控性更高，便于后续相关实验研究的进行。
Description
技术领域
本发明涉及岩土力学实验领域中一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的装置和方法。
技术背景
大量库岸边坡的稳定性问题需要了解库岸消落带水-岩作用机理，现有的实验设备模拟条件不真实,试验数据偏差较大,不利于开展后续研究,现有的研究方法受试验装置的影响,多注重定性分析研究,对岩石表面连续变化的定量研究相当薄弱。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟库岸消落带水-岩作用机理的实验装置及方法,通过模拟不同水流速度、水压状态,及干湿循环不同周期,实现更加精确的实验,使实验变量可控性更高，便于后续相关实验研究的进行。
本发明的目的是这样实现的：一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的装置包括试验箱,及设在试验箱内的试样托架,螺旋杆一端与试验箱外的电机机械连接、另一端伸入试验箱内,螺旋杆上设有风叶轮;
所述试验箱上端设有进气管、排气阀、加岩孔,加岩孔上设有顶盖,所述试验箱下端设有排水口;
所述的试样托架包括试样支杆、岩样板,岩样板通过试样支杆的支撑设置在试验箱内,试样支杆至少由两根短杆组成,短杆一端设有螺旋突起一端设有螺纹孔,相邻的短杆的螺旋突起能固定在螺纹孔中;
所述试验箱内设水流加热器。
进一步讲,螺旋杆垂直于岩样板、且从岩样板穿过。
进一步讲,在所述试验箱侧面设有通风孔,通风孔与鼓风机连通。
进一步讲,一种模拟库岸消落带水-岩作用机理的实验装置还包括控制器,控制器分别与进气阀、排水阀、水流加热器、鼓风机连接。
进一步讲,一种模拟库岸消落带水-岩作用机理的实验装置还包括控制器、湿度感应器、温度感应器,控制器分别与进气阀、排气阀、排水阀、水流加热器、鼓风机连接,湿度感应器、温度感应器向控制器输送数据;
湿度感应器、温度感应器设在试验箱内。
一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的方法包括第一次岩样湿环境试验——第一次岩样干环境试验——第二次岩样湿环境试验——第二次岩样干环境试验:
所述第一次岩样湿环境试验,将岩样放入试验箱中,在试验箱中加入水,使岩样全部浸入水中,并通过螺旋杆上的风叶轮使试验箱中的水循环流动;
所述第一次岩样干环境试验,完成第一次岩样湿环境试验后,将试验箱中的水排净,并启动加热设备或/和吹风设备对试验箱内的岩样进行去湿处理,可以根据试验的目的,同时启动加热设备和吹风设备,或是只启动加热设备,或是只启动吹风设备;
所述第二次岩样湿环境试验,完成第一次岩样干环境试验后,重新在试验箱中加入水,使岩样全部浸入水中,并通过螺旋杆上的风叶轮使试验箱中的水循环流动;
所述第二次岩样干环境试验,完成第二次岩样湿环境试验后,将试验箱中的水排净,并启动加热设备或/和吹风设备对试验箱内的岩样进行去湿处理,可以根据试验的目地,同时启动加热设备和吹风设备,或是只启动加热设备,或是只启动吹风设备。
进一步讲,一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的方法还包括重复第一次岩样湿环境试验——第一次岩样干环境试验——第二次岩样湿环境试验——第二次岩样干环境试验至第N次岩样湿环境试验或第N次岩样干环境试验,N大于3。
进一步讲,一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的方法还包括所述成像记录步骤,在试验箱内部或外部设置一个摄像仪,并对准岩样的某一面,实时记录当第一次岩样湿环境试验—第一次岩样干环境试验—第二次岩样湿环境试验--第二次岩样干环境试验……至第N次岩样湿环境试验或第N次岩样干环境试验全部过中岩样表面的变化图像。
本发明的优点在于可操作性强、试验数值精确度高,可以精确的模拟不同周期的干湿循环(通过风速或是温度变化控制从湿到干间隔时间,从而控制干湿循环的周期),水速\水压等变化的情况也可以进行充分模拟,特别适用于等对比例模拟大江水库泄洪槽附近消落带水-岩作用机理研究。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1为模拟库岸消落带水-岩作用机理的实验装置结构示意图。
如图2为模拟库岸消落带水-岩作用机理的实验装置控制示意图。
如图3为模拟库岸消落带水-岩作用机理的实验装置优选控制示意图。
如图4为模拟库岸消落带水-岩作用机理的实验装置另一优选控制示意图。
如图5为模拟库岸消落带水-岩作用机理的方法步骤图。
如图6为模拟库岸消落带水-岩作用机理的方法优选步骤图。
如图中:1盖板，2实验仪壳体，3底座，4计时器，5金属杆孔，6顶盖，7进气管，8排水口，9压力表，10螺旋杆，11风叶轮，12试样支杆，13岩样板，14排气阀，15电机，16气压设备，17凹槽，18控制器，19卡扣，20岩样,21湿度感应器,22温度感应器,23进气阀,24排水阀,25水流加热器,26鼓风机,27通风孔。
具体实施方式
如图1中,一种模拟库水压力状态下水-岩作用机理实验仪装置包括试验箱,及设在试验箱内的试样托架,螺旋杆10一端与试验箱外的电机15机械连接、另一端伸入试验箱内,螺旋杆10上设有风叶轮11,试验时通过电机15带动螺旋杆10和风叶轮11整体定向旋转,在试验箱侧面设有通风孔27,通风孔27与鼓风机26连通,试验箱内设水流加热器25。
优选的,螺旋杆10垂直于岩样板13、且从岩样板13穿过。
试验箱由盖板1、底座3、实验仪壳体2组成,形成一个密封的箱体,在盖板1、底座3上分设有凹槽17,实验仪壳体2两端分设在凹槽17,以增加试验箱的密闭性能,试验箱上端设有进气管7、排气阀14、加岩孔,试验箱下端设有排水口8,进气管7上带有气压表9随时试验箱内气压，进气管7端部与气压设备16相连，调节试验箱内气压，顶盖1上同时设有排气阀14，当试验箱内气压超过实验值时排气阀14排气，当气压不足时，可通过气压设备16加压，观察气压表9数值变化。排水口8可在实验做完后方便排水。加岩孔上设有顶盖6,顶盖6上表面设有金属杆孔5,工作时,顶盖6金属杆插入顶盖6金属杆孔5，利用杠杆原理，可将顶盖6拧开。金属杆4和金属杆孔5设置为粗细不等的可保证更容易拧开顶盖6以及更安全。
试样托架包括试样支杆12、岩样板13,岩样板13通过试样支杆12的支撑设置在试验箱内,工作时,试样托架层间高度及总高度可根据岩样20高度进行选择。
如图2中,一种模拟库岸消落带水-岩作用机理的实验装置还包括控制器18,控制器18分别与进气阀23、排水阀24、水流加热器25、鼓风机26、电机15连接,工作时,控制器18根据预选设定的程序或是人工指令,启动进气压阀23向试验箱内进气,或是启动排水阀24排出试验箱内水,或是启动水流加热器25对试验箱进行加热和/或启动鼓风机26向试验箱通入气体,或是启动电机15驱动螺旋杆10旋转,控制试验箱内的水流速度。
如图3中,一种模拟库岸消落带水-岩作用机理的实验装置还包括控制器18、湿度感应器21、温度感应器22,湿度感应器21、温度感应器22设在试验箱内,控制器18分别与进气阀23、排水阀24、水流加热器25、鼓风机26、电机15连接,工作时,控制器18根据预选设定的程序或是人工指令及湿度感应器21、温度感应器22实时采集的数据,启动进气压阀23向试验箱内进气,或是启动排水阀24排出试验箱内水,或是启动水流加热器25对试验箱进行加热和/或启动鼓风机26向试验箱通入气体,或是启动电机15驱动螺旋杆10旋转,控制试验箱内的水流速度。
如图4中,一种模拟库岸消落带水-岩作用机理的实验装置还包括控制器18、计时器4,控制器18分别与进气阀23、排水阀24、水流加热器25、鼓风机26、电机15连接,计时器4与控制器18连接,工作时计时器4计时,并将计时数据输入控制器18,控制器18根据先前设置的程序按时启动进气阀23、排水阀24、水流加热器25、鼓风机26、电机15。
如图5中,一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的方法包括第一次岩样湿环境试验——第一次岩样干环境试验——第二次岩样湿环境试验——第二次岩样干环境试验……第二十八次岩样干环境试验:
第一次岩样湿环境试验,将岩样放入试验箱中,在试验箱中加入水,使岩样全部浸入水中,并通过螺旋杆上的风叶轮使试验箱中的水循环流动,优选的试验过程中在试验箱中加入气体,可以模拟深水位下岩石湿环境下的状态,例如水下10米或是20米,特别适用研究三峡大坝水库水位(175米至160米)变化对库边岩石的影响;
第一次岩样干环境试验,完成第一次岩样湿环境试验后,将试验箱中的水排净,并启动加热设备或/和吹风设备对试验箱内的岩样进行去湿处理,可以根据试验的目的,同时启动加热设备和吹风设备可以模拟夏天高温大风气候状态,或是只启动加热设备可以模拟夏天高温无风气候状态,或是只启动吹风设备可以模拟与室温相同但有风的气候状态,还可以通过添加降温设备模拟低温的气候状态;
第二次岩样湿环境试验,完成第一次岩样干环境试验后,重新在试验箱中加入水,使岩样全部浸入水中,并通过螺旋杆上的风叶轮使试验箱中的水循环流动,优选的试验过程中在试验箱中加入气体,可以模拟深水位下岩石湿环境下的状态,气体压力可以与第一次岩样湿环境试验相同,也可不同,根据试验目的进行调整;
第二次岩样干环境试验,完成第二次岩样湿环境试验后,将试验箱中的水排净,并启动加热设备或/和吹风设备对试验箱内的岩样进行去湿处理,可以根据试验的目的,同时启动加热设备和吹风设备,或是只启动加热设备,或是只启动吹风设备;
……
至第二十八次岩样干环境试验,完成以上试验,并取出岩样进行观察。
第一次岩样湿环境试验、第二次岩样湿环境试验、第三次岩样湿环境试验………第二十八次岩样湿环境试验的气压参数可以不同,也可以相同,添加的水温也可以根据试验的目地进行调节,需要模拟温度从较高(三十度)到温度较低(十度)的(例如从夏天到秋天),则每次添加的水温可以慢慢降低,如果模拟从温度较低(三度至十五度)到温度较高(例如从冬天到春天),则每次添加的水温可以慢慢升高;
第一次岩样干环境试验、第二次岩样干环境试验、第三次岩样干环境试验………第二十八次岩样干环境试验的吹风速度及加热温度均可以控制,以实现不同的验试目的,可以根据以往的气候资料,将某一时期的某一地点的气候模拟出来,以便进行水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响历史数据研究。
如图5所示,一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的方法包括成像记录步骤——第一次岩样湿环境试验——第一次岩样干环境试验——第二次岩样湿环境试验——第二次岩样干环境试验……第N次岩样湿环境试验或第N次岩样干环境试验:
所述成像记录步骤,在试验箱内部或外部设备一个摄像仪,并对准岩样的某一面,至实验结束;
所述第一次岩样湿环境试验,将岩样放入试验箱中,在试验箱中加入水,使岩样全部浸入水中,并通过螺旋杆上的风叶轮使试验箱中的水循环流动;
所述第一次岩样干环境试验,完成第一次岩样湿环境试验后,将试验箱中的水排净,并启动加热设备或/和吹风设备对试验箱内的岩样进行去湿处理,可以根据试验的目的,同时启动加热设备和吹风设备,或是只启动加热设备,或是只启动吹风设备;
所述第二次岩样湿环境试验,完成第一次岩样干环境试验后,重新在试验箱中加入水,使岩样全部浸入水中,并通过螺旋杆上的风叶轮使试验箱中的水循环流动;
所述第二次岩样干环境试验,完成第二次岩样湿环境试验后,将试验箱中的水排净,并启动加热设备或/和吹风设备对试验箱内的岩样进行去湿处理,可以根据试验的目的,同时启动加热设备和吹风设备,或是只启动加热设备,或是只启动吹风设备;
……….
至第N次岩样湿环境试验或第N次岩样干环境试验。
摄像仪实时记当第一次岩样湿环境试验—第一次岩样干环境试验—第二次岩样湿环境试验--第二次岩样干环境试验……至第N次岩样湿环境试验或第N次岩样干环境试验全部过中岩样表面的变化图像。
本发明可以用于研究水库涨落对其周边岩石的影响,并可以通过加速试验(模拟春夏秋冬四季的温度,及水位变化情况),对岩石变化趋势做出判断,为水库周边岩石的整治工作,打下竖石的理论基础。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的装置,其特征在于:所述装置包括试验箱,及设在试验箱内的试样托架,螺旋杆一端与试验箱外的电机机械连接、另一端伸入试验箱内,螺旋杆上设有风叶轮;所述试验箱上端设有进气管、排气阀、加岩孔,加岩孔上设有顶盖,所述试验箱下端设有排水口,进气管上设有进气阀,排水口上设有排水阀;所述的试样托架包括试样支杆、岩样板,岩样板通过试样支杆的支撑设置在试验箱内;所述试验箱内设水流加热器。
2.根据权利1所述一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的装置，所述螺旋杆垂直于岩样板、且从岩样板穿过。
3.根据权利1所述一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的装置，其特征在于:在所述试验箱侧面设有通风孔,通风孔与鼓风机连通。
4.根据权利1所述一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的装置，其特征在于:所述装置还包括控制器,控制器分别与进气阀、排水阀、水流加热器、鼓风机连接。
5.根据权利1所述一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的装置，其特征在于:所述装置还包括控制器、湿度感应器、温度感应器,控制器分别与进气阀、排气阀、排水阀、水流加热器、鼓风机连接,湿度感应器、温度感应器向控制器输送数据;湿度感应器、温度感应器设在试验箱内。
6.一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的方法,其特征在于:所述的方法包括第一次岩样湿环境试验——第一次岩样干环境试验——第二次岩样湿环境试验——第二次岩样干环境试验:
所述第一次岩样湿环境试验,将岩样放入试验箱中,在试验箱中加入水,使岩样全部浸入水中,并通过螺旋杆上的风叶轮使试验箱中的水循环流动;
所述第一次岩样干环境试验,完成第一次岩样湿环境试验后,将试验箱中的水排净,并启动加热设备或/和吹风设备对试验箱内的岩样进行去湿处理,可以根据试验的目的,同时启动加热设备和吹风设备,或是只启动加热设备,或是只启动吹风设备;
所述第二次岩样湿环境试验,完成第一次岩样干环境试验后,重新在试验箱中加入水,使岩样全部浸入水中,并通过螺旋杆上的风叶轮使试验箱中的水循环流动;
所述第二次岩样干环境试验,完成第二次岩样湿环境试验后,将试验箱中的水排净,并启动加热设备或/和吹风设备对试验箱内的岩样进行去湿处理,可以根据试验的目地,同时启动加热设备和吹风设备,或是只启动加热设备,或是只启动吹风设备。
7.根据权利要法求6所述的一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的方法,其特征在于:所述的方法还包括重复第一次岩样湿环境试验——第一次岩样干环境试验——第二次岩样湿环境试验——第二次岩样干环境试验至第N次岩样湿环境试验或第N次岩样干环境试验。
8.根据权利要法求6或7所述的一种模拟水库消落带水位升降产生的干湿循环作用对库岸边坡岩体影响的方法所述成像记录步骤,在试验箱内部或外部设置一个摄像仪,并对准岩样的某一面,实时记录当第一次岩样湿环境试验—第一次岩样干环境试验—第二次岩样湿环境试验--第二次岩样干环境试验……至第N次岩样湿环境试验或第N次岩样干环境试验全部过中岩样表面的变化图像。
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