CN211148375U - 一种模拟断层赋水条件的高压水加载和渗流模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟断层赋水条件的高压水加载和渗流模拟装置，主要包括水力加载系统和地下水渗流模拟系统；所述水力加载系统包括若干个位于不同高度的带刻度可变截面水箱、用于放置上述带刻度可变截面水箱的放置架和供水管，所述地下水渗流模拟系统包括水箱、渗水管，在所述水箱内开设断层破碎带及隧道，渗水管与断层破碎带之间通过粗石粒隔开；渗水管通过外接水管及控制阀与水力加载系统的给水管连接。本实用新型能够模拟试验所需不同水压条件，并能够将渗流过程流失的水分造成的水头损失真实地模拟出来；还能够有效地将水力条件局限在断层当中，能真实模拟断层赋水条件和隧道开挖过程中断层赋水条件变化。

Description

一种模拟断层赋水条件的高压水加载和渗流模拟装置

技术领域

本实用新型涉及隧道工程地质灾害模型技术领域，具体是涉及一种模拟断层赋水条件的高压水加载和渗流模拟装置。

背景技术

隧道和地下工程涉及到很多不确定性和不可知性，在复杂多变的地质中建造隧道存在着很大的技术风险，50多年来，中国隧道工程得到了很大的发展，具不完全统计，截止2017年底，我国投入运营的铁路隧道14547座，总长15326km，居世界第一；全国公路隧道共计16229座，15285.1km，是世界上公路隧道最多的国家；城市地下铁道近4706km；各类水工隧洞近1000座。

令人触目惊心的是在建设中，人为的或非人为的因素导致的工程事故给国家和人民造成了巨大人员伤亡和经济损失，引起了严重的社会不良影响，尤其是隧道通过断层破碎带时引起的涌水突泥或坍塌，此类事故在国内外均多次发生，影响极大。

隧道断层突水是多物理场耦合作用下的结果，其影响因素众多、发生机理复杂。因此，研究隧道在多因素条件下的渗流突水过程具有重要意义，也有助于揭示复杂条件下的隧道突水灾变演化机理。目前，在现有的隧道断层突水的模型试验研究中，由于对断层和周围岩体的赋水条件理解不足，试验中的水压加载存在以下两个问题：1、所加水压是固定的，但现实情况是在渗流过程中水位会下降，相应地水压也会下降；2、断层内外所加水压是一样，但现实情况并非如此，而应该是将水压加载局限在断层里，断层外的水压是由于断层内的水渗流过去而产生的。故本发明旨在提供一种适用于真实模拟断层赋水条件的高压水加载和渗流模拟装置和方法。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种能真实模拟断层赋水条件和隧道开挖过程中断层赋水条件变化的高水压加载和渗流模拟装置。

为实现以上目的，本实用新型的技术方案如下：

一种模拟断层赋水条件的高压水加载和渗流模拟装置主要包括水力加载系统和地下水渗流模拟系统；

所述水力加载系统包括若干个位于不同高度的带刻度可变截面水箱、用于放置上述带刻度可变截面水箱的放置架和供水管，所述带刻度可变截面水箱与所述供水管连接；

所述地下水渗流模拟系统包括水箱、渗水管，在所述水箱内开设断层破碎带及隧道，隧道的开挖方向与断层破碎带之间有一定的夹角，所述渗水管位于断层破碎带的断层内且位于隧道上方一定距离，渗水管与断层破碎带之间通过粗石粒隔开；渗水管通过外接水管及控制阀与水力加载系统的给水管连接。

进一步地，在上述方案中，所述带刻度可变截面水箱的截面是根据断层面积调整，使二者保持一致，以保证渗流过程流失的水分造成的水头损失能够真实地模拟出来。

进一步地，在上述方案中，所述渗水管的直径根据断层宽度调整，使二者保持一致。

进一步地，在上述方案中，所述渗水管的下半部分密布开设渗水小孔。

进一步地，在上述方案中，所述渗水管表面包裹有一圈透水布，以避免断层中材料渗进渗水管，并将水力条件局限在断层当中。

进一步地，在上述方案中，所述供水管上设有压力表和流量计，以便于实时观察和控制水压及流量。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过设计多个位于不同高度的带刻度可变截面水箱，来模拟试验所需不同水压条件，并根据断层面积调整带刻度可变截面水箱的截面面积，使二者保持一致，以保证渗流过程流失的水分造成的水头损失能够真实地模拟出来；还能够有效地将水力条件局限在断层当中，能真实模拟断层赋水条件和隧道开挖过程中断层赋水条件变化。

附图说明

图1是本实用新型水力加载系统和地下水渗流模拟系统连接示意图；

图2为实施例1地下水渗流模拟系统的侧视图；

图3为渗水管详图；

图4为实施例2地下水渗流模拟系统的侧视图；

图5为测点布置横剖面图；

图6为测点布置纵剖面图；

其中，1-水力加载系统、11-带刻度可变截面水箱、12-放置架、13-供水管、2-地下水渗流模拟系统、20-括水箱、21-渗水管、22-外接水管、23-粗石粒、24-断层破碎带、25-隧道。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步说明：

实施例1

如图1所示，可根据试验所需不同水压条件，在水箱放置架12上设置3个对应所需水头的水箱放置平台。带刻度可变截面水箱11的截面面积根据断层面积调整，使二者保持一致，以保证渗流过程流失的水分造成的水头损失能够真实地模拟出来。将所述带刻度可变截面水箱11分别与供水管13连接；

如图1-2所示，地下水渗流模拟系统2包括水箱20、渗水管21，在所述水箱20内开设断层破碎带24及隧道25，水箱20的尺寸为1080mm×760mm×1600mm；隧道25的开挖方向与断层破碎带24的夹角为90°，所述渗水管21位于断层破碎带24的断层内且位于隧道25上方480mm，渗水管21与断层破碎带24之间通过粗石粒23隔开；渗水管21通过外接水管22及控制阀与水力加载系统1的给水管13连接。

所述渗水管21的直径与断层宽度相同，均为50.0mm。

如图3所示，在渗水管21的下半部分密布开设渗水小孔210，并在渗水管21表面包裹有一圈透水布，以避免断层中材料渗进渗水管，并将水力条件局限在断层当中。

在供水管13上设有压力表和流量计，以便于实时观察和控制水压及流量。

根据渗水管21和断层破碎带24的位置关系，将渗水管21安装到断层破碎带24上部，将相关管路连接上，最后往带刻度可变截面水箱11内加水，使初始水面到达指定刻度处。

实施例2

与实施例1不同之处在于，所述隧道25的开挖方向与断层破碎带24之间的夹角为60°，断层宽度为57.7mm。

以上实施例中所用控制阀可选择上海力典电磁阀有限公司生产的LDZDL(P)系列流量控制阀；

所用压力表可选择ABG仪表集团生产的Y-40Z压力表；

所用流量计可选择江苏红旗仪表有限公司生产的HQLDE电池供电电磁流量计。

实施例3

本实施例还提供了实际模拟实验中的监测点布置情况，如图5、图6所示，图5为测点布置横剖面图，图6为测点布置纵剖面图，其中，

代表Y方向位移，

代表Z方向位移，■代表Y方向压力，□代表Z方向压力。

和

处均放置有位移计，共8个，用于测量位移量，■和□处均设有土压力盒，共2个，用于测量压力。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种模拟断层赋水条件的高压水加载和渗流模拟装置，其特征在于，主要包括水力加载系统(1)和地下水渗流模拟系统(2)；

所述水力加载系统(1)包括若干个位于不同高度的带刻度可变截面水箱（11）、用于放置上述带刻度可变截面水箱(11)的放置架(12)和供水管(13)，所述带刻度可变截面水箱(11)与所述供水管(13)连接；

所述地下水渗流模拟系统(2)包括水箱(20)、渗水管(21)，在所述水箱(20)内开设断层破碎带(24)及隧道(25)，隧道(25)的开挖方向与断层破碎带(24)之间有一定的夹角，所述渗水管(21)位于断层破碎带(24)的断层内且位于隧道(25)上方一定距离，渗水管(21)与断层破碎带(24)之间通过粗石粒(23)隔开；渗水管(21)通过控制阀与水力加载系统(1)的供水管(13)连接。

2.根据权利要求1所述的一种模拟断层赋水条件的高压水加载和渗流模拟装置，其特征在于，所述带刻度可变截面水箱(11)的截面是根据断层面积调整，使二者保持一致，以保证渗流过程流失的水分造成的水头损失能够真实地模拟出来。

3.根据权利要求1所述的一种模拟断层赋水条件的高压水加载和渗流模拟装置，其特征在于：所述渗水管(21)的直径根据断层宽度调整，使二者保持一致。

4.根据权利要求3所述的一种模拟断层赋水条件的高压水加载和渗流模拟装置，其特征在于：所述渗水管(21)的下半部分密布开设渗水小孔(210)。

5.根据权利要求3所述的一种模拟断层赋水条件的高压水加载和渗流模拟装置，其特征在于：所述渗水管(21)表面包裹有一圈透水布，以避免断层中材料渗进渗水管，并将水力条件局限在断层当中。

6.根据权利要求1所述的一种模拟断层赋水条件的高压水加载和渗流模拟装置，其特征在于：所述供水管(13)上设有压力表和流量计。

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