CN107748127A - 围岩破碎带渗流试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种围岩破碎带渗流试验装置，包括底座、缸筒、外透水桶、内透水桶以及压头，所述外透水桶内套于缸筒，所述内透水桶内套于外透水桶，所述压头滑动套入外透水桶与内透水桶之间，压头底部设置有多级密封圈，缸筒内壁与外透水桶外壁围成的区域形成注水腔，缸筒上开设有与注水腔连通的进水口，外透水桶侧壁开设有多个通孔，外透水桶内壁、内透水桶外壁以及压头围成的区域形成破碎岩体储存腔，内透水桶侧壁也开设有多个通孔，所述底座上开设有排水口，所述排水口通过排水通道与内透水桶连通。该结构的围岩破碎带渗流试验装置，通过模拟不同条件下的渗流场，实现了不同影响因素下围岩破碎带突水、渗流机理的可靠研究。

Description

围岩破碎带渗流试验装置

技术领域

本发明涉及一种研究巷道、隧道渗流、突水的试验装置，具体涉及一种用于研究围岩破碎带渗流的试验装置。

背景技术

随着地下空间的进一步开发，许多隧道、地下通道以及矿井巷道往往会穿过断层破碎带或破碎地层，断层破碎带是在大规模的地质构造中形成的，本身就处于复杂的地质环境中，应力场和渗流场分布非常复杂，在人工开挖隧道的条件下，断层破碎带的稳定性更难以保证，容易在开挖过程或开挖后发生突水突泥灾害。据相关统计，地下开挖工程中的事故70％以上都是破碎带突水造成的。

破碎带突水不仅会给生命财产造成巨大损失，还会引发塌陷、地下水流失等，严重影响社会发展。目前人们对破碎带突水已有部分研究，但大多停留在理论计算和数值模拟的程度，由于缺乏相关的试验设备，试验方面进展不大。研究破碎带渗流场与变形的关系，以流固耦合的角度探究突水的机理，对穿过破碎带的隧道、巷道工程的突水灾害有重要的指导意义。

破碎带的突水是应力场和渗流场耦合作用的结果，其影响因素众多，如不同应力状态、不同孔隙度等，也是突水问题研究的难点和重点，想要深入了解破碎带的突水机理，大量的试验是必要的，而现有的试验装置不能完全满足控制影响因素的研究要求，因而一种可以多因素研究破碎带突水的试验装置是迫切需要的。

发明内容

针对现有试验装置无法研究破碎围岩渗流的缺陷，本发明的目的是提供一种结构简单、操作简便、兼容性强以及可靠性高的围岩破碎带渗流试验装置，通过模拟不同条件下的渗流场，实现不同影响因素下围岩破碎带突水、渗流机理的可靠研究。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：一种围岩破碎带渗流试验装置，包括底座、缸筒、外透水桶、内透水桶以及压头，所述外透水桶内套于缸筒，所述内透水桶内套于外透水桶，所述压头自上而下滑动套入外透水桶与内透水桶之间，压头底部设置有多级密封圈，缸筒、外透水桶以及内透水桶均与底座密封连接，缸筒内壁与外透水桶外壁围成的区域形成注水腔，缸筒上开设有与注水腔连通的进水口，缸筒与外透水桶之间的连接面为密封接触，外透水桶侧壁开设有多个通孔，外透水桶内壁、内透水桶外壁以及压头围成的区域形成破碎岩体储存腔，内透水桶侧壁也开设有多个通孔，所述底座上开设有排水口，所述排水口通过排水通道与内透水桶内部连通。

进一步，所述缸筒的顶部和底部、外透水桶的顶部以及底座上均设置有连接支耳，缸筒顶部的连接支耳与外透水桶顶部的连接支耳之间通过螺栓连接，缸筒底部的连接支耳与底座上的连接支耳之间也通过螺栓连接。

进一步，缸筒顶部的连接支耳与外透水桶顶部的连接支耳之间通过密封圈实现密封连接，缸筒底部的连接支耳与底座的连接支耳之间也通过密封圈实现密封连接。

进一步，所述底座上开设有与外透水桶底部镶嵌套接的环形槽，外透水桶底部通过密封圈与环形槽密封连接。

进一步，所述底座上开设有与内透水桶底部镶嵌卡接的凹槽，内透水桶底部通过密封圈与凹槽密封连接。

进一步，底座上开设有与内透水桶连通的漏斗，所述排水口通过排水通道与漏斗连通。

本发明的有益效果：

1、本申请的试验装置，可以研究圆形巷道或隧道等围岩破碎带在载荷作用下的渗流演化规律，通过控制压头的压力和位移可以得到不同应力和应变状态的围岩破碎带，从而模拟出不同条件下的渗流场，实现不同影响因素下围岩破碎带突水、渗流机理的可靠研究。

2、装置可直接装载到压力机设备上，且入水口可直接接入水压装置，兼容性强。

3、本试验装置结构简单，操作简便，安装、拆卸和更换破碎岩体便捷，同时能保证足够的密封性，重复试验可靠性高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明，如图1所示：本发明提供了一种围岩破碎带渗流试验装置，包括底座3、缸筒2、外透水桶4、内透水桶9以及压头1，缸筒、外透水桶以及内透水桶均呈圆筒状，所述外透水桶内套于缸筒，所述内透水桶内套于外透水桶，所述压头自上而下滑动套入外透水桶与内透水桶之间，具体来说，压头包括圆柱状的本体以及设置在本体顶部的推板，本体内开设有圆孔，本体内套于外透水桶且与外透水桶密封滑动连接，圆孔外套于内透水桶且与内透水桶密封滑动连接，压头底部设置有多级密封圈7，缸筒、外透水桶以及内透水桶均与底座密封连接，具体地，所述缸筒的顶部和底部、外透水桶的顶部以及底座上均设置有连接支耳，缸筒顶部的连接支耳与外透水桶顶部的连接支耳之间通过螺栓连接，缸筒底部的连接支耳与底座上的连接支耳之间也通过螺栓连接，缸筒顶部的连接支耳与外透水桶顶部的连接支耳之间通过密封圈实现密封连接，缸筒底部的连接支耳与底座的连接支耳之间也通过密封圈实现密封连接，所述底座上开设有与外透水桶底部镶嵌套接的环形槽，外透水桶底部通过密封圈与环形槽密封连接，所述底座上开设有与内透水桶底部镶嵌卡接的凹槽，内透水桶底部通过密封圈与凹槽密封连接；缸筒内壁与外透水桶外壁围成的区域形成注水腔，缸筒上开设有与注水腔连通的进水口5，缸筒与外透水桶之间的连接面为密封接触，外透水桶侧壁开设有多个通孔，外透水桶内壁、内透水桶外壁以及压头围成的区域形成破碎岩体储存腔，内透水桶侧壁也开设有多个通孔，所述底座上开设有排水口6，所述排水口通过排水通道与内透水桶内部连通，为方便排水，在底座上开设有与内透水桶连通的漏斗，所述排水口通过排水通道与漏斗连通。具体使用时，往破碎岩体储存腔内添加破碎岩体，将装置放置于液压伺服试验机的轴向加载处，在压头1处施加一定载荷或位移，在缸筒2壁面的进水口5处通入一定压力的水，水流在缸筒2与外透水桶4之间的注水腔内充满，在渗透压力的作用下经由外透水桶4上的通孔进入破碎岩体8，穿过破碎岩体后进入内透水桶9，最后从内透水桶9内收集流入底座的出水口6。该结构的围岩破碎带渗流试验装置，其优点体现在如下方面：1)可以研究圆形巷道或隧道等围岩破碎带在载荷作用下的渗流演化规律，通过控制压头的压力和位移可以得到不同应力和应变状态的围岩破碎带，从而模拟出不同条件下的渗流场，实现不同影响因素下围岩破碎带突水、渗流机理的可靠研究；2)装置可直接装载到压力机设备上，且入水口可直接接入水压装置，兼容性强；3)结构简单，操作简便，安装、拆卸和更换破碎岩体便捷，同时能保证足够的密封性，重复试验可靠性高。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种围岩破碎带渗流试验装置，其特征在于：包括底座、缸筒、外透水桶、内透水桶以及压头，所述外透水桶内套于缸筒，所述内透水桶内套于外透水桶，所述压头自上而下滑动套入外透水桶与内透水桶之间，压头底部设置有多级密封圈，缸筒、外透水桶以及内透水桶均与底座密封连接，缸筒内壁与外透水桶外壁围成的区域形成注水腔，缸筒上开设有与注水腔连通的进水口，缸筒与外透水桶之间的连接面为密封接触，外透水桶侧壁开设有多个通孔，外透水桶内壁、内透水桶外壁以及压头围成的区域形成破碎岩体储存腔，内透水桶侧壁也开设有多个通孔，所述底座上开设有排水口，所述排水口通过排水通道与内透水桶内部连通。

2.根据权利要求1所述的围岩破碎带渗流试验装置，其特征在于：所述缸筒的顶部和底部、外透水桶的顶部以及底座上均设置有连接支耳，缸筒顶部的连接支耳与外透水桶顶部的连接支耳之间通过螺栓连接，缸筒底部的连接支耳与底座上的连接支耳之间也通过螺栓连接。

3.根据权利要求2所述的围岩破碎带渗流试验装置，其特征在于：缸筒顶部的连接支耳与外透水桶顶部的连接支耳之间通过密封圈实现密封连接，缸筒底部的连接支耳与底座的连接支耳之间也通过密封圈实现密封连接。

4.根据权利要求1所述的围岩破碎带渗流试验装置，其特征在于：所述底座上开设有与外透水桶底部镶嵌套接的环形槽，外透水桶底部通过密封圈与环形槽密封连接。

5.根据权利要求1所述的围岩破碎带渗流试验装置，其特征在于：所述底座上开设有与内透水桶底部镶嵌卡接的凹槽，内透水桶底部通过密封圈与凹槽密封连接。

6.根据权利要求1所述的围岩破碎带渗流试验装置，其特征在于：底座上开设有与内透水桶连通的漏斗，所述排水口通过排水通道与漏斗连通。