CN212432896U - 一种开度及流速可调的宽大裂隙动水堵漏可视化模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开度及流速可调的宽大裂隙动水堵漏可视化模拟装置，包括由钢化玻璃制成的L型水槽、水平盖板、灌浆系统和循环供水系统。水槽包括水槽水平段和水槽入口段，水平段侧板的内侧设有沿竖向间隔的水平段凸起支撑，水槽入口段设有进水孔。水平盖板设灌浆孔，盖设在水平段凸起支撑上，由锚栓固定。灌浆系统包括灌浆泵和灌浆管，灌浆管上设压力表。循环供水系统包括供水箱、供水泵、集水箱、污水泵及管路，进水管装有流量计。该装置通过调整盖板位置快速调节裂隙开度，通过调节供水泵流量精确控制流速，可实现对高流速（≥1m/s）、宽大裂隙（开度≥3cm）动水堵漏过程的可视化模拟，测试不同灌浆材料在不同开度和流速下的堵漏效果。

Description

一种开度及流速可调的宽大裂隙动水堵漏可视化模拟装置

技术领域

本实用新涉及一种宽大裂隙堵漏模拟试验装置，具体为一种开度及流速可调的宽大裂隙动水堵漏可视化模拟装置。

背景技术

渗漏是水利水电、矿山、隧道（洞）等工程中经常遇见的问题，对已建水库大坝等，渗漏不仅带来巨大经济损失，还会严重威胁水库大坝安全。对于隧道（洞）工程，岩溶裂隙通道涌水会影响隧道稳定和安全，减缓施工进度，增加建设成本，影响周边的生态环境，甚至有些工程不得不改变施工线路。我国岩溶面积广大，建立在强岩溶地区的水库、堤坝众多，岩溶裂隙通道动水渗漏的影响更严重，极易诱发突涌水灾害。

岩溶裂隙通道动水渗漏具有裂隙开度大、水头压力大、流速高等特点，现有工程经验表明，对于大流量高压力的裂隙通道动水处理还没有行之有效的方法，灌浆是解决工程裂隙通道动水封堵问题的首选和重要技术手段，但多数工程都是边施工边试验，摸索进行，具有一定的盲目性，造成了大量的人力、物力和工期浪费，且达不到理想的封堵效果。

裂隙通道模拟装置是动水封堵方法研究的一个重要组成部分，可以在试验室环境下实现不同裂隙通道及流速工况，是验证灌浆材料及相应灌浆施工工艺适用性最重要的手段，可以增加灌浆封堵施工的目的性，有助于结合灌浆材料性能，科学合理的设计灌浆参数，达到理想的封堵效果，对于现场施工具有十分重要的指导意义。

现有的裂隙通道堵漏模拟装置存在以下不足：（1）裂隙开度不能根据需要快速调节；（2）模型尺寸较小，无法实现对于高流速、大流量宽大裂隙动水封堵过程的模拟；（3）模型制作、安装或试验过程较复杂，重复利用率不高；（4）模型刚度小、清理困难。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种开度及流速可调的宽大裂隙动水堵漏可视化模拟装置，以解决现有的裂隙通道模拟装置存在裂隙开度不能快速调节，模型规模较小、无法实现对于高流速、大流量宽大裂隙动水封堵过程的模拟；裂隙中水流速度不能快速调节；模型制作、安装或试验过程操作较复杂，成本较高；模型刚度较小、残余材料清理困难等技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种开度及流速可调的宽大裂隙动水堵漏可视化模拟装置，包括：

由钢化玻璃制成的L型水槽，包括水槽水平段和水槽入口连接段，所述水槽水平段包括水平段底板和连接在水平段底板两侧的水平段侧板，所述水平段侧板的内侧均设有沿竖向间隔的水平段凸起支撑，所述水槽入口连接段上开设有进水孔；

水平盖板，盖设在两块水平段侧板内侧的水平段凸起支撑顶部之间，所述水平盖板上开设有灌浆孔；

灌浆系统，包括与灌浆孔连通的灌浆管和与灌浆管连接的灌浆泵，所述灌浆管上安装有压力表；

循环供水系统，包括与进水孔连通的进水管和与进水管连接的供水泵，所述进水管上安装有流量计，所述供水泵放置在供水水箱中。

优选地，所述水槽入口连接段为中空的长方体结构，包括入口段底板、入口段侧板和入口段顶板，所述入口段侧板与水槽水平段的连接处开设有与水槽水平段的截面配合的矩形入水口。

优选地，所述矩形入水口两侧的入口段侧板内侧连接有入口段凸起支撑，所述矩形入水口处的入口段侧板与入口段凸起支撑之间插设有入口段立板，所述入口段立板的底端支承在水平盖板的端部。

优选地，所述水平段侧板和矩形入水口两侧的入口段侧板上均连接有固定锚栓，所述水平盖板卡在水平段凸起支撑与固定锚栓之间，所述入口段立板卡在入口段凸起支撑与固定锚栓之间。

优选地，所述水平段底板与水平段侧板之间通长设有水平段底部加劲板，所述水平段侧板内壁还沿水平向间隔连接有水平段顶部加劲板，与矩形入水口相对的入口段侧板与相邻的入口段侧板之间沿竖向通长连接有入口段加劲板。

优选地，所述水平段底板与水平段侧板内壁之间沿水平向通长设有水平段水平标尺，所述水平段水平标尺位于水平段底部加劲板的顶部，所述水平段侧板的内侧沿竖向通长设有水平段竖向标尺，所述入口段侧板的内壁沿竖向设有入口段竖向标尺。

优选地，所述水槽水平段远离水槽入口连接段的一端的下方设有集水箱，所述集水箱内设有污水泵，所述污水泵通过回水管与供水水箱连通。

与现有技术相比，本实用新型的特点和有益效果为：

（1）本实用新型的模拟装置将水平盖板盖设在水平段凸起支撑上，通过调节水平盖板与水平段底板之间的间距，从而快速改变裂隙开度，方便快速实现不同开度裂隙模拟；

（2）本实用新型的模拟装置的水槽入口段与外部水箱连通，通过调节供水流量，方便快速模拟不同流速；

（3）本实用新型的模拟装置尺寸较大，实现对于宽大裂隙（开度≥3cm）、高流速（≥1m/s）工况的模拟；

（4）本实用新型的模拟装置的结构简单，方便制作。而且设置水平段水平标尺、水平段竖向标尺和入口段竖向标尺，动水堵漏过程完全可视化，经观测容易得出流量、流速、浆液扩散距离等参数，操作简单，避免了复杂的监测仪器安装调试过程，克服了监测仪器测量误差对于试验结果的影响，增加了装置对于封堵材料的普遍适用性；

（5）本实用新型的模拟装置可简单快速打开水平盖板，方便封堵试验结束后对于模型中残余封堵材料的清理；

（6）现有的裂隙通道模拟装置主要适用于水泥浆液或双液灌浆材料，对于初始屈服强度较大的封堵材料适用性较差。本实用新型的模拟装置通过减少监测仪器，改进灌浆设备，增加了裂隙模型对于封堵材料的适用性，适用于各类材料的动水堵漏过程模拟；

（7）本实用新型的模拟装置通过设置水平段底部加劲板、水平段顶部加劲板和入口段加劲板，大大增加了裂隙模型刚度，适用于模拟高压灌浆封堵裂隙动水。

附图说明

图1为本实用新型的模拟装置的示意图。

图2为图1中A部分放大示意图。

图3为水槽的立体结构示意图。

图4为水槽的主视结构示意图。

图5为水槽的俯视结构示意图。

图6为水槽水平段的立体结构示意图。

图7为水槽入口段的立体结构示意图。

附图标注：1-水槽水平段、101-水平段底板、102-水平段侧板、2-水平盖板、3-进水孔、4-水平段凸起支撑、5-水槽入口连接段、501-入口段底板、502-入口段侧板、503-入口段顶板、6-灌浆孔、7-灌浆管、8-灌浆泵、9-压力表、10-进水管、11-供水泵、12-流量计、13-矩形入水口、14-入口段凸起支撑、15-入口段立板、16-固定锚栓、17-水平段水平标尺、18-水平段竖向标尺、19-入口段竖向标尺、20-供水水箱、21-集水箱、22-污水泵、23-回水管、24-水平段底部加劲板、25-水平段顶部加劲板、26-入口段加劲板。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本实用新型进一步说明。

在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-2所示为一种开度及流速可调的宽大裂隙动水堵漏可视化模拟装置，包括L形水槽、水平盖板2、灌浆系统和供水系统。

如图3-7所示，L形水槽包括呈U形的水槽水平段1和连接在水槽水平段1一端的水槽入口连接段5。水槽由钢化玻璃制作，保证了装置的可视性。水槽水平段1包括水平段底板101和连接在水平段底板101两侧的水平段侧板102，水平段侧板102的内侧相对连接有沿竖向间隔的水平段凸起支撑4，水槽入口连接段5上开设有进水孔3。水平盖板2盖设在水平段侧板102内侧的水平段凸起支撑4顶部之间，水平盖板2上开设有灌浆孔6。由于水平段凸起支撑4沿竖向间隔设置，通过改变水平盖板2与水平段底板101之间的间距，可以快速改变裂隙开度。

水槽入口连接段5为中空的长方体结构，包括入口段底板501、入口段侧板502和入口段顶板503，入口段侧板502与水槽水平段1的连接处开设有与水槽水平段1的截面配合的矩形入水口13。矩形入水口13两侧的入口段侧板502内侧连接有入口段凸起支撑14，矩形入水口13处的入口段侧板502与入口段凸起支撑14之间插设有入口段立板15，入口段立板15的底端支承在水平盖板2的端部。入口段立板15与水平盖板2的接缝处采用橡皮泥密封，防止水槽漏水。

水平段侧板102和矩形入水口13两侧的入口段侧板502上均连接有固定锚栓16，水平盖板2卡在水平段凸起支撑4与固定锚栓16之间，入口段立板15卡在入口段凸起支撑14与固定锚栓16之间。通过调节固定锚栓16可以快速临时固定水平盖板2。

水平段底板101与水平段侧板102之间通长设有水平段底部加劲板24，水平段侧板102内壁还沿水平向间隔连接有水平段顶部加劲板25，与矩形入水口13相对的入口段侧板502与相邻的入口段侧板502之间沿竖向通长连接有入口段加劲板26。通过设置水平段底部加劲板24、水平段顶部加劲板25和入口段加劲板26，可以增加水槽的刚度。

水平段底板101与水平段侧板102内壁之间沿水平向通长设有水平段水平标尺17，水平段水平标尺17位于水平段底部加劲板24的顶部，水平段侧板102的内侧沿竖向通长设有水平段竖向标尺18，入口段侧板502的内壁沿竖向设有入口段竖向标尺19。通过水平段水平标尺17、水平段竖向标尺18和入口段竖向标尺19可以快速观测封堵材料在裂隙动水中的扩散距离、水下堆积厚度，同时还可以定性判断水下固化性能、抗水流稀释性能等。

灌浆系统包括与灌浆孔6连通的灌浆管7和与灌浆管7连接的灌浆泵8，灌浆管7上安装有压力表9。

供水系统包括与进水孔3连通的进水管10和与进水管10连接的供水泵11，进水管10上安装有流量计12，供水泵11放置在供水水箱20中。进水管10相应位置设置阀门，通过调节阀门开度调节供水流量。当裂隙开度较大，水流需求较大时，可以增加供水泵11的数量，通过三通管汇入进水管10。

水槽水平段1的尾部完全敞开，水槽水平段1远离水槽入口连接段5的一端的下方设有集水箱21，集水箱21内设有污水泵22，污水泵22通过回水管23与供水水箱20连通，实现试验过程中水的循环利用，减少水资源浪费。

具体以某装置为例，钢化玻璃厚度≥5mm，水槽水平段1的长度≥2.5m，水槽入口连接段5的高度≥60cm，水槽的宽度≥20cm。水平段水平标尺17、水平段竖向标尺18、入口段竖向标尺19的精度为1mm。水平段凸起支撑4的宽度≥2cm，用于支撑水平盖板2，固定锚栓16固定水平盖板2。固定锚栓16的长度≥2cm，直径≥5mm。水平段底部加劲板24、水平段顶部加劲板25、入口段加劲板26的宽度均不小于5mm。进水孔3的直径≥5cm，进水管10的长度≤2m，供水水箱20的体积≥1m³。灌浆孔6的圆心位置距离水平盖板2端部的距离≥50cm。集水箱21的体积≥1m³。灌浆泵流量≥5 m³/h，压力≥0.50MPa。

利用该模拟装置模拟裂隙开度，并根据水流速度初步确定封堵材料种类。本实用新型的裂隙通道模拟装置通过减少监测仪器，改进灌浆设备，增加了裂隙模型对于动水封堵材料的适用性，适用于测试各类灌浆材料对于高流速、大流量宽大裂隙动水的封堵性能。

以上的实施例仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种开度及流速可调的宽大裂隙动水堵漏可视化模拟装置，其特征在于包括：

由钢化玻璃制成的L型水槽，包括水槽水平段（1）和水槽入口连接段（5），所述水槽水平段（1）包括水平段底板（101）和连接在水平段底板（101）两侧的水平段侧板（102），所述水平段侧板（102）的内侧均设有沿竖向间隔的水平段凸起支撑（4），所述水槽入口连接段（5）上开设有进水孔（3）；

水平盖板（2），盖设在两块水平段侧板（102）内侧的水平段凸起支撑（4）顶部之间，所述水平盖板（2）上开设有灌浆孔（6）；

灌浆系统，包括与灌浆孔（6）连通的灌浆管（7）和与灌浆管（7）连接的灌浆泵（8），所述灌浆管（7）上安装有压力表（9）；

循环供水系统，包括与进水孔（3）连通的进水管（10）和与进水管（10）连接的供水泵（11），所述进水管（10）上安装有流量计（12），所述供水泵（11）放置在供水水箱（20）中。

2.根据权利要求1所述的开度及流速可调的宽大裂隙动水堵漏可视化模拟装置，其特征在于：所述水槽入口连接段（5）为中空的长方体结构，包括入口段底板（501）、入口段侧板（502）和入口段顶板（503），所述入口段侧板（502）与水槽水平段（1）的连接处开设有与水槽水平段（1）的截面配合的矩形入水口（13）。

3.根据权利要求2所述的开度及流速可调的宽大裂隙动水堵漏可视化模拟装置，其特征在于：所述矩形入水口（13）两侧的入口段侧板（502）内侧连接有入口段凸起支撑（14），所述矩形入水口（13）处的入口段侧板（502）与入口段凸起支撑（14）之间插设有入口段立板（15），所述入口段立板（15）的底端支承在水平盖板（2）的端部。

4.根据权利要求3所述的开度及流速可调的宽大裂隙动水堵漏可视化模拟装置，其特征在于：所述水平段侧板（102）和矩形入水口（13）两侧的入口段侧板（502）上均连接有固定锚栓（16），所述水平盖板（2）卡在水平段凸起支撑（4）与固定锚栓（16）之间，所述入口段立板（15）卡在入口段凸起支撑（14）与固定锚栓（16）之间。

5.根据权利要求2所述的开度及流速可调的宽大裂隙动水堵漏可视化模拟装置，其特征在于：所述水平段底板（101）与水平段侧板（102）之间通长设有水平段底部加劲板（24），所述水平段侧板（102）内壁还沿水平向间隔连接有水平段顶部加劲板（25），与矩形入水口（13）相对的入口段侧板（502）与相邻的入口段侧板（502）之间沿竖向通长连接有入口段加劲板（26）。

6.根据权利要求5所述的开度及流速可调的宽大裂隙动水堵漏可视化模拟装置，其特征在于：所述水平段底板（101）与水平段侧板（102）内壁之间沿水平向通长设有水平段水平标尺（17），所述水平段水平标尺（17）位于水平段底部加劲板（24）的顶部，所述水平段侧板（102）的内侧沿竖向通长设有水平段竖向标尺（18），所述入口段侧板（502）的内壁沿竖向设有入口段竖向标尺（19）。

7.根据权利要求1所述的开度及流速可调的宽大裂隙动水堵漏可视化模拟装置，其特征在于：所述水槽水平段（1）远离水槽入口连接段（5）的一端的下方设有集水箱（21），所述集水箱（21）内设有污水泵（22），所述污水泵（22）通过回水管（23）与供水水箱（20）连通。

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