CN218918298U - 一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置，包括试渗系统以及试验台系统，试验台系统包括试验台体，试验台体呈凵字形设置有一块底板以及正对设置于底板两侧边的进水板以及排水板，进水板上设置有进水孔，排水板上设置有排水孔，进水孔与试渗系统连通设置；底板上位于进水板与排水板之间设置有边坡断层模型，边坡断层模型包括沿进水板至排水板方向设置的斜坡段、断层段以及水平段，边坡断层模型中设置有检测传感器组件。本实用新型解决了地下水影响下含断层边坡相似模拟的难题，试验装置能够提供模型制作的条件和平台，制作的模型方法较真实的还原边坡原始条件，模拟结果接近真实的反映此类边坡的变形特征及稳定状态。

Description

一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置

技术领域

本实用新型涉及断层边坡模型技术领域，尤其涉及一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置。

背景技术

关于边坡稳定性的研究较多的集中在仅考虑断层相关参数或地下水渗流作用，断层和地下水耦合作用于坡体的研究相对较少，而断层和地下水均是控制边坡稳定的重要因素，且断层和地下水耦合作用的边坡普遍存在于露天矿山。这种情况下不仅地下水会改变断层充填介质物理力学性质，使断层活化，同时断层也会影响地下水的渗流特性，其相互作用机理非常复杂，目前此类问题的研究手段主要为数值模拟和理论分析。

现有技术通过对研究区域边坡开展工程地质勘察及二维地震地球物理勘察，探明断层产状及地下水赋存状态，开展抽水试验计算分析得到渗流参数，基于地质体构造理论中断层的形成力学机制及地下水对断层的活化作用，建立数值模型，考虑断层构造应力及摩尔库伦准则，研究渗流作用下断层边坡变形破坏。而现场开展的相关测试研究需要较多的人力、物力，工作量大、耗费时间长，同时，不能直观地了解坡体的应力变化和破坏过程以及内部状态，观察还常常受到生产工作的制约甚至影响生产。同时理论分析和数值模拟等手段还由于其自身的适用性，相关条件与现场地质条件的接近程度等导致其结果与现实工程相差较大。

因此需要提出一种利用与原本边坡情况相似的模型，用于对此类边坡稳定性的研究，从而减少人力物理的投入，并且能够更加直观准确的对边坡稳定性进行研究。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为达到上述目的，本实用新型提出了一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置，包括试渗系统以及试验台系统，所述试验台系统包括试验台体，所述试验台体呈凵字形设置有一块底板以及正对设置于所述底板两侧边的进水板以及排水板，所述进水板上设置有进水孔，所述排水板上设置有排水孔，所述进水孔与所述试渗系统连通设置；所述底板上位于进水板与排水板之间设置有边坡断层模型，所述边坡断层模型包括沿进水板至排水板方向设置的斜坡段、断层段以及水平段，所述边坡断层模型中设置有检测传感器组件

本实用新型提供了研究该问题的相似实验装置，解决了地下水影响下含断层边坡相似模拟的难题，试验装置能够提供模型制作的条件和平台，制作的模型方法较真实的还原边坡原始条件，模拟结果接近真实的反映此类边坡的变形特征及稳定状态。

可选地，所述试验台系统还包括垂直设置于所述进水板与所述排水板边侧的两个挡板组件，所述挡板组件与所述排水板以及所述进水板均可拆卸连接设置。

进一步地，每个所述挡板组件包括多条单元挡板，每条单元挡板均与所述进水板以及排水板可拆卸连接设置，相邻单元挡板之间紧密抵接设置。

进一步地，所述进水孔沿所述进水板高度方向设置有多个，所述排水孔沿所述排水板高度方向设置有若干个。

进一步地，所述进水孔朝向所述试渗系统方向的端部均可拆卸设置有封堵件。

进一步地，所述试渗系统包括氮气罐以及水罐，所述氮气罐与所述水罐顶端连通设置有供气管，所述水罐底端连通设置有供水管，所述水罐与所述进水孔连通设置，所述供气管上设置有解压阀，所述供水管上设置有水压及流量传感器。

进一步地，所述边坡断层模型中设置有若干弱面层。

进一步地，所述边坡断层模型垂直于进水板以及排水板的端面上均设置有散斑涂层。

进一步地，所述散斑涂层外设置有隔水涂层。

进一步地，所述断层段垂直于进水板以及排水板的两个端面上均设置有密封层。

进一步地，所述传感器组件包括在斜坡段中设置的压力传感器，以及在所述水平段中设置的地下水渗流传感器。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置的结构示意图。

附图标记说明：

1、氮气罐；2、解压阀；3、进水孔；4、水罐；5、水压和流量传感器；6、位移监测散斑；7、试验台；8、压力传感器；9、断层；10、地下水渗流传感器；11、钢挡板；12、排水孔。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型提供一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置，以下参照图1进行详细阐述，需要注意的，在图1中，挡板组件本身属于可拆卸设置的组件，图中示出状态为边坡断层模型制作完成状态，因此以虚线标识处挡板组件在进行建模时的安装位置。

一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置，包括试渗系统以及试验台7系统，所述试验台7系统包括试验台7体，所述试验台7体呈凵字形设置有一块底板以及正对设置于所述底板两侧边的进水板以及排水板，所述进水板上设置有进水孔3，所述排水板上设置有排水孔12，所述进水孔3与所述试渗系统连通设置；所述底板上位于进水板与排水板之间设置有边坡断层模型，所述边坡断层模型包括沿进水板至排水板方向设置的斜坡段、断层9段以及水平段，所述边坡断层模型中设置有检测传感器组件。

本实用新型的可模拟地下水影响含断层9边坡的变形特征。使此类边坡问题的研究直观、简便、经济、快速、准确，而且能够根据需要，通过固定某些参数，调整地下水渗流条件，改变断层9充填材料及比例来调整断层9相关参数，从而模拟研究不同工况下边坡变形规律。

同时考虑到在进行模型制作时，原料为各种粉料，在进行建立模型时，需要对凵字形的试验台7进行两端封堵，形成能够放入各种原材料且原材料不会漏出的建模空间，因此所述试验台7系统还包括垂直设置于所述进水板与所述排水板边侧的两个挡板组件，所述挡板组件与所述排水板以及所述进水板均可拆卸连接设置。且为了方便根据模型对应的实质地质情况进行更好的模拟，需要逐层对模型进行夯实搭建，因此将挡板组件分体设置，每个所述挡板组件包括多条单元挡板，每条单元挡板均与所述进水板以及排水板可拆卸连接设置，相邻单元挡板之间紧密抵接设置。建模时，工作人员自下而上，安装单元挡板，水平方向平行设置的两个单元挡板为一组，每组单元挡板安装完毕后，对该组单元挡板所对应的水平层面进行原料填充，夯实成模型形状，完成该层面的建模后，安装上方相邻的单元挡板之后，再次进行上层单元挡板所对应的层级的模型建立，按照此方法自下而上依次建成整个模型。同时在各个层之间设置有弱面层，利用云母粉作为弱面层的制作材料，所述边坡断层模型中，根据模型对应的实际边坡情况设置有若干弱面层。

进一步的，为了根据实际情况中的水位高度进行不同水位的注水，在进水孔3沿进水板高度方向设置有多个，排水孔12沿排水板高度方向设置有若干个，多个进水孔3彼此之间间距20mm，且排水孔12进水孔3朝向试渗系统方向的端部均可拆卸设置有封堵件。当选择对应高度的注水孔之后，使用封堵件将非选择的注水孔进行封堵。

传感器组件包括在斜坡段中设置的压力传感器8，以及在水平段中设置的地下水渗流传感器10，同时在边坡断层模型垂直于进水板以及排水板的端面上均设置有散斑涂层，用于使用外部仪器对散斑位置进行检测，并且为了保证水流不从模型实体部分的两端面流出，在散斑涂层外设置有隔水涂层，并且在所述断层9段垂直于进水板以及排水板的两个端面上均设置有密封层。

试渗系统包括氮气罐1以及水罐4，所述氮气罐1与所述水罐4顶端连通设置有供气管，所述水罐4底端连通设置有供水管，所述水罐4与所述进水孔3连通设置，所述供气管上设置有解压阀2，所述供水管上设置有水压及流量传感器。当完成模型坡体部分的搭建后，需要根据模型对应的实际边坡水位标高，在实验台上选取对应高度的进水孔3与供水管连接，从而进行水流量和水压的供给模拟。

本实用新型的制作步骤为：确定断层9在边坡中的相对位置以及断层9尺寸；采用夯实填筑法对不同层面模型进行累加，自下而上依次安装单元挡板进行模型铺设，完成当前单元挡板对应层的模型铺设后，安装上方相邻单元挡板进行上方相邻层模型的铺设，夯实每层材料；在断层9位置按照断层9宽度用相应宽度的模板支撑模型材料；在模型需检测位置布设压力传感器8以及在模型端面上设置散斑位移检测点；自然养护10-15天，待模型干燥、定型后拆除挡板及木板，在断层9中填充材料，并在断层9两端开口位置处于进行密封处理。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置，其特征在于，包括试渗系统以及试验台系统，所述试验台系统包括试验台体，所述试验台体呈凵字形设置有一块底板以及正对设置于所述底板两侧边的进水板以及排水板，所述进水板上设置有进水孔，所述排水板上设置有排水孔，所述进水孔与所述试渗系统连通设置；所述底板上位于进水板与排水板之间设置有边坡断层模型，所述边坡断层模型包括沿进水板至排水板方向设置的斜坡段、断层段以及水平段，所述边坡断层模型中设置有检测传感器组件。

2.如权利要求1所述的一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置，其特征在于，所述试验台系统还包括垂直设置于所述进水板与所述排水板边侧的两个挡板组件，所述挡板组件与所述排水板以及所述进水板均可拆卸连接设置。

3.如权利要求2所述的一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置，其特征在于，每个所述挡板组件包括多条单元挡板，每条单元挡板均与所述进水板以及排水板可拆卸连接设置，相邻单元挡板之间紧密抵接设置。

4.如权利要求1所述的一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置，其特征在于，所述进水孔沿所述进水板高度方向设置有多个，所述排水孔沿所述排水板高度方向设置有若干个。

5.如权利要求4所述的一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置，其特征在于，所述进水孔朝向所述试渗系统方向的端部均可拆卸设置有封堵件。

6.如权利要求4所述的一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置，其特征在于，所述试渗系统包括氮气罐以及水罐，所述氮气罐与所述水罐顶端连通设置有供气管，所述水罐底端连通设置有供水管，所述水罐与所述进水孔连通设置，所述供气管上设置有解压阀，所述供水管上设置有水压及流量传感器。

7.如权利要求1所述的一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置，其特征在于，所述边坡断层模型中设置有若干弱面层。

8.如权利要求1所述的一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置，其特征在于，所述边坡断层模型垂直于进水板以及排水板的端面上均设置有散斑涂层。

9.如权利要求8所述的一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置，其特征在于，所述散斑涂层外设置有隔水涂层。

10.如权利要求1所述的一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置，其特征在于，所述断层段垂直于进水板以及排水板的两个端面上均设置有密封层。

11.如权利要求1所述的一种地下水影响含断层边坡变形相似实验装置，其特征在于，所述传感器组件包括在斜坡段中设置的压力传感器，以及在所述水平段中设置的地下水渗流传感器。

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