CN113484212A - 一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置及其使用方法，包括模型室、水里加载系统、液压加载系统、测量系统、信号接收系统。模型室的主体部分由上下前后四块有机玻璃板组成，主体两侧包裹有橡皮膜，水力加载系统通过逐级加压的方法对待测样品施加不同的水压力，液压加载系统可对试样施加不同的压应力，测量系统通过孔隙水压力传感器以及浊度传感器对待测样品的孔隙水压力、水体浑浊程度进行实时监测，信号接收系统实时接收传感器发出的信号，并将其在电脑上可视化。通过对水力梯度的实时监测，可以获得夹泥断层带渗透破坏时的水力梯度，并且可以观察试样渗透破坏的过程。

Description

一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置及其使用方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置及其使用方法。

背景技术

断层在地壳中广泛发育，是一种常见的地质构造，由于断层的剪切滑动、碎裂、研磨作用，常在断层破碎带中存在未固结或是弱固结的泥状岩石，这些泥状岩石称为断层泥。由于断层泥及断层破碎带是一层软弱带，力学性质相较于周围岩体较差，是许多灾害发生的边界条件，在水利工程建设中，最有可能发生的便是渗透破坏。

现有的对于渗透破坏的实验模拟，大多局限于定水头，光滑平面，无法真实模拟断层带的应力条件与接触状态，在很大程度上影响了研究结果的精确性与可靠性，难以指导实际工程施工。同时，由于现有渗透破坏模拟装置施加的水头过低，难以实现对于夹泥断层带渗透破坏的观测与测量。由于现有的渗透破坏测量装置无法模拟夹泥断层带的渗透破坏过程，所以设计出一个能在高水头下工作，并且能考虑接触面起伏度、应力状态的一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置及其使用方法是目前急需解决的难题。

发明内容

由于上述背景技术中所存在的问题，本发明的目的在于克服现有的问题，提供一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置及其使用方法，适用于分析夹泥断层带的渗透破坏过程，并且计算其渗透破坏坡降数据。

本申请公开了一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置，包括模型室、水力加载系统、液压加载系统、测量系统和信号接收系统：

所述模型室包括主体部、透水石、实验试件、泥水导流槽和泥水收集槽；所述主体部由上、下、前、后四块有机玻璃板组成；所述透水石竖直嵌入设置在所述主体部的左侧内，所述橡皮膜分别将所述主体部左右两侧包裹呈封闭状；所述实验试件水平设置在所述主体部中部，所述泥水导流槽设置在包裹在所述主体部右侧所述橡皮膜的底部，所述泥水收集槽设置在所述泥水导流槽的下方；

所述水力加载系统包括设置在所述主体部左侧的高压水泵、流量传感器、压力表和高压软管，所述高压水泵通过所述高压软管依次与所述流量传感器、所述压力表以及所述透水石相连接；

所述液压加载系统包括设置在所述主体部上部的液压加载装置，所述液压加载装置与所述主体部上部之间设有橡胶垫层；

所述测量系统包括孔隙水压力传感器和第一浊度传感器，所述主体部上方的所述有机玻璃板设有预留孔，所述孔隙水压力传感器和所述第一浊度传感器竖直向下穿过所述预留孔插至所述实验试件上；所述泥水收集槽中设有第二浊度传感器。

进一步的，所述预留孔处设有封堵件。

优选的，所述封堵件包括橡胶塞。

进一步的，所述信号接收系统包括搭载信号接收模块的计算机。

进一步的，所述流量传感器与所述压力表用于对所述高压软管中的水压与流量的数据进行监测。

进一步的，所述透水石将高压软管的水流压力均匀流向到所述实验试件上，用于避免水流过于集中，冲毁所述实验试件。

进一步的，所述起伏度模拟模块包括四棱锥结构，用于模拟断层上下盘不同起伏度情况。

进一步的，所述信号接收系统可实时接收所述测量系统发送的数据，并将数据实时显示在数字屏幕上。

一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：确定实验模拟断层的起伏度，上下盘面张开宽度，上下盘面的压应力；

步骤二：按照上下盘面的起伏度，分别在实验试件上下两端相应位置粘结起伏度模拟模块，起伏度模拟模块为四棱锥结构；

步骤三：将上下前后4块有机玻璃板连接固定成模型室的主体部，将实验试件设置在主体部内；

步骤四：将透水石竖直嵌入设置在所述主体部的左侧，用橡皮模对主体部两侧进行包裹，然后将泥水导流槽设置在所述主体部的右侧底部，将逆水收集槽置入泥水导流槽的下方；

步骤五：将3组孔隙压力传感器和第一浊度传感器由预留孔竖直向下插入至实验试件上部对应的位置，然后用封堵件对预留孔进行密封；将一个第二浊度传感器置入泥水导流槽内；

步骤六：开启液压加载装置，待达到要求应力后，开启高压水泵，逐级施加压力，当泥水收集槽中的流量稳定增加或是浊度传感器维持稳定后，可施加下一级的压力，直至试样发生渗透破坏，计算机全程记录渗透破坏过程中3组测点处的孔隙压力传感器和第一浊度传感器以及泥水导流槽内第二浊度传感器对应的孔隙水压力数据或水体浊度数据；

步骤七：根据记录的数据可求得3组测点的压力水头，压力水头与位置水头相加，得到测点的总水头，连同透水石处的总水头，共可获得四个测点的总水头数据，根据i＝ΔH/L可求得三个水力梯度，将三个水力梯度求平均，获得试件渗透破坏的水力坡降。

有益效果

与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明中的模型可以模拟断层上下盘面的起伏度。可通过在不同位置粘结不同形状的模块，实现对于不同起伏度的模拟。

(2)本发明可以施加变化的高压水头，现有技术施加的水头均为水头较低的常水头，难以模拟现场实际的水头状态，通过施加变化的高压水头，可以实现对于现场渗流状态的模拟。

(3)可对实验试件施加压应力作用，现有技术均不会对试件施加压应力，液压加载系统可对试件施加不同压应力，可以近似还原现场的应力状态，实现模拟不同压应力下试件的渗透破坏过程。

(4)可实现对渗流破坏过程的实时监测，通过实时获取监测数据，监测渗流破坏的过程，获得试件渗透破坏时的渗透破坏坡降。

附图说明

图1是本发明中一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置的整体结构示意图；

图2是模型主体部分俯视图；

图3是起伏度模拟模块示意图；

附图标记

图中：1-高压水泵；2-测量系统；3-压力表；4-高压软管4；5-透水石5；6-液压加载系统6；7-起伏度模拟模块7；8-孔隙水压力传感器8；9-浊度传感器9；10-橡胶垫层10；11-实验试件；12-泥水导流槽；13-计算机；14-泥水收集槽；15-橡皮膜；16-前、后有机玻璃板；17-上、下有机玻璃板；18-预留孔；19-封堵件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明具体公开了一种测量夹泥断层带渗透破坏坡降的测量装置，其包括模型室、水力加载系统、液压加载系统6、测量系统2、信号接收系统：

包括模型室、水力加载系统、液压加载系统6、测量系统2和信号接收系统：

模型室包括主体部、透水石5、实验试件11、泥水导流槽12和泥水收集槽14；主体部由上、下有机玻璃板17和前、后有机玻璃板16组成；透水石5竖直嵌入设置在主体部的左侧内，橡皮膜15分别将主体部左右两侧包裹呈封闭状；实验试件11水平设置在主体部中部，泥水导流槽12设置在包裹在主体部右侧位于实验试件11下方的位置上，并通过橡皮膜15与主体部右侧包裹封装，泥水收集槽14设置在泥水导流槽12的下方；

水力加载系统包括设置在主体部左侧的高压水泵1、流量传感器、压力表3和高压软管4，高压水泵1通过高压软管4依次与流量传感器、压力表3以及透水石5相连接；

液压加载系统6包括设置在主体部上部的液压加载装置，液压加载装置与主体部上部之间设有橡胶垫层10；

测量系统2包括与信号接收系统电连接的孔隙水压力传感器8和第一浊度传感器9；主体部上方的有机玻璃板设有预留孔18，孔隙水压力传感器8和第一浊度传感器9竖直向下穿过预留孔18插至实验试件11上；泥水收集槽14中设有与信号接收系统电连接的第二浊度传感器9。

进一步的，预留孔18处设有封堵件19。

进一步的，封堵件19包括橡胶塞。

进一步的，信号接收系统包括搭载信号接收模块的计算机13。

流量传感器与压力表3用于对高压软管4中的水压与流量的数据进行监测。

透水石5将高压软管4的水流压力均匀流向到实验试件11上，用于避免水流过于集中，冲毁实验试件11。

起伏度模拟模块7包括四棱锥结构，用于模拟断层上下盘不同起伏度情况。

信号接收系统可实时接收测量系统2发送的数据，并将数据实时显示在数字屏幕上。

本发明还有公开了一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：确定实验模拟断层的起伏度，上下盘面张开宽度，上下盘面的压应力；

步骤二：按照上下盘面的起伏度，分别在实验试件11上下两端相应位置粘结起伏度模拟模块7，起伏度模拟模块7为四棱锥结构；

步骤三：将上、下、前、后4块有机玻璃板连接固定成模型室的主体部，将实验试件11设置在主体部内；

步骤四：将透水石5竖直嵌入设置在所述主体部的左侧，用橡皮模对主体部两侧进行包裹，然后将泥水导流槽12设置在所述主体部的右侧底部，将逆水收集槽14置入泥水导流槽12的下方；

步骤五：将3组孔隙压力传感器和第一浊度传感器9由预留孔18竖直向下插入至实验试件11上部对应的位置，然后用封堵件19对预留孔18进行密封；将一个第二浊度传感器9置入泥水导流槽12内；

步骤六：开启液压加载装置，待达到要求应力后，开启高压水泵1，逐级施加压力，当泥水收集槽14中的流量稳定增加或是浊度传感器9维持稳定后，可施加下一级的压力，直至试样发生渗透破坏，计算机13全程记录渗透破坏过程中3组孔隙压力传感器和第一浊度传感器9以及第二浊度传感器9对应的孔隙水压力数据或水体浊度数据；

步骤七：根据记录的数据可求得3组测点的压力水头，压力水头与位置水头相加，得到测点的总水头，连同透水石5处的总水头，共可获得四个测点的总水头数据，根据i＝ΔH/L可求得三个水力梯度，将三个水力梯度求平均，获得试件渗透破坏的水力坡降。

具体的，本发明中的模型可以模拟断层上下盘面的起伏度。可通过在不同位置粘结不同形状的模块，实现对于不同起伏度的模拟。

另外，本发明可以施加变化的高压水头，现有技术施加的水头均为水头较低的常水头，难以模拟现场实际的水头状态，通过施加变化的高压水头，可以实现对于现场渗流状态的模拟。

本发明可对实验试件施加压应力作用，现有技术均不会对试件施加压应力，液压加载系统可对试件施加不同压应力，可以近似还原现场的应力状态，实现模拟不同压应力下试件的渗透破坏过程。

本发明可实现对渗流破坏过程的实时监测，通过实时获取监测数据，监测渗流破坏的过程，获得试件渗透破坏时的渗透破坏坡降。

以上实施例仅说明本发明的主要设施及实施方式，目的在于让本领域技术人员能够了解本发明内容并据以实施，应当指出，凡是在此基础上进行的等效变换或是修饰，均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置，其特征在于，

包括模型室、水力加载系统、液压加载系统、测量系统和信号接收系统：

所述模型室包括主体部、透水石、实验试件、泥水导流槽和泥水收集槽；所述主体部由上、下、前、后四块有机玻璃板组成；所述透水石竖直嵌入设置在所述主体部的左侧内，所述橡皮膜分别将所述主体部左右两侧包裹呈封闭状；所述实验试件水平设置在所述主体部中部，所述泥水导流槽设置在包裹在所述主体部右侧所述橡皮膜的底部，所述泥水收集槽设置在所述泥水导流槽的下方；

所述水力加载系统包括设置在所述主体部左侧的高压水泵、流量传感器、压力表和高压软管，所述高压水泵通过所述高压软管依次与所述流量传感器、所述压力表以及所述透水石相连接；

所述液压加载系统包括设置在所述主体部上部的液压加载装置，所述液压加载装置与所述主体部上部之间设有橡胶垫层；

所述测量系统包括孔隙水压力传感器和第一浊度传感器，所述主体部上方的所述有机玻璃板设有预留孔，所述孔隙水压力传感器和所述第一浊度传感器竖直向下穿过所述预留孔插至所述实验试件上；所述泥水收集槽中设有第二浊度传感器。

2.如权利要求1所述的一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置，其特征在于，所述预留孔处设有封堵件。

3.如权利要求2所述的一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置，其特征在于，所述封堵件包括橡胶塞。

4.如权利要求1所述的一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置，其特征在于，所述信号接收系统包括搭载信号接收模块的计算机。

5.如权利要求1所述的一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置，其特征在于，所述流量传感器与所述压力表用于对所述高压软管中的水压与流量的数据进行监测。

6.如权利要求1所述的一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置，其特征在于，所述透水石将高压软管的水流压力均匀流向到所述实验试件上，用于避免水流过于集中，冲毁所述实验试件。

7.如权利要求1所述的一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置，其特征在于，所述起伏度模拟模块包括四棱锥结构，用于模拟断层上下盘不同起伏度情况。

8.如权利要求1所述的一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置，其特征在于，所述信号接收系统可实时接收所述测量系统发送的数据，并将数据实时显示在数字屏幕上。

9.一种夹泥断层带渗透破坏坡降测量装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：确定实验模拟断层的起伏度，上下盘面张开宽度，上下盘面的压应力；

步骤二：按照上下盘面的起伏度，分别在实验试件上下两端相应位置粘结起伏度模拟模块，起伏度模拟模块为四棱锥结构；

步骤三：将上下前后4块有机玻璃板连接固定成模型室的主体部，将实验试件设置在主体部内；

步骤四：将透水石竖直嵌入设置在所述主体部的左侧，用橡皮模对主体部两侧进行包裹，然后将泥水导流槽设置在所述主体部的右侧底部，将逆水收集槽置入泥水导流槽的下方；

步骤五：将3组孔隙压力传感器和第一浊度传感器由预留孔竖直向下插入至实验试件上部对应的位置，然后用封堵件对预留孔进行密封；将第二浊度传感器置入泥水导流槽内；

步骤六：开启液压加载装置，待达到要求应力后，开启高压水泵，逐级施加压力，当泥水收集槽中的流量稳定增加或是浊度传感器维持稳定后，可施加下一级的压力，直至试样发生渗透破坏，计算机全程记录渗透破坏过程中3组测点处的孔隙压力传感器和第一浊度传感器以及泥水导流槽内第二浊度传感器对应的孔隙水压力数据或水体浊度数据；

步骤七：根据记录的数据可求得3组测点的压力水头，压力水头与位置水头相加，得到测点的总水头，连同透水石处的总水头，共可获得四个测点的总水头数据，根据i＝ΔH/L可求得三个水力梯度，将三个水力梯度求平均，获得试件渗透破坏的水力坡降。

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