一種用於模型地質體內的模擬滲流生成的裝置的製作方法

2023-05-31 16:58:01

本發明涉及一種用於模型地質體內的模擬滲流生成的裝置。

背景技術：

天然地質體內賦存有大量的空隙水、節理裂隙水，地下工程的開挖施工，改變了原巖的初始應力場和滲流場，並引起巖體的力學與變形特性發生改變。三維地質力學模型試驗作為研究地下工程的重要手段之一，能夠直觀、形象地反映開挖過程中巖體的力學與變形規律，這一研究手段和方法與數值仿真計算、現場原位監測相互補充驗證，對準確預測和判定複雜地質條件下巖體的力學與變形規律，優化巖體開挖技術工藝和地下工程支護技術方案等具有重要參考價值和意義。長期以來，三維地質力學模型試驗中的滲流生成及滲流場真實性模擬一直是影響模型試驗數據精確度的關鍵技術之一。申請人發明的滲流生成的裝置系統，最大限度實現了原型滲流場的真實模擬，提高了試驗數據的精度，推動了三維地質力學模型試驗技術的進步。

地下工程或巖質隧道開挖，地應力釋放，原始地應力改變，圍巖應力重分布，並且造成圍巖地質結構發生改變，引起圍巖應力場、滲流場發生改變，兩者的耦合作用進一步惡化了圍巖質量，加劇了圍巖的變形，圍巖節理裂隙的延展、貫通既增大了二襯支護結構的巖體壓力，又使高滲透水壓直接作用於二襯外表面，襯砌外水壓力加大，對支護結構的穩定差生不利影響。研究高滲透水力特性及其在開挖巖體內的運動規律對巖體的開挖支護、防突水、巖塊塌落等均具有重要意義。

地質力學模型試驗能夠準確給出地下水對巖體結構面、二襯結構的作用效應，對反饋修正巖體參數提供支撐。

技術實現要素：

本發明為了解決上述問題，提出了一種用於模型地質體內的模擬滲流生成的裝置，本發明克服了模型試驗中既有滲流模擬技術的不足，具有結構簡單、製作安裝簡易，材料成本低的優點。

為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種用於模型地質體內的模擬滲流生成的裝置，包括模型箱體，所述模型箱體中部設置有模擬隧道，所述模型箱體兩側分別設置有一套供水管路系統，所述供水管路系統連接有自動加壓裝置，以提供不同壓力的模擬滲流；

所述供水管路系統包括嵌入模型箱體內的多級分支管，將供水管路系統內進入的水進行分流，最後一級的分支管上設有滲水孔，實現滲流效應。

所述供水管路系統包括兩個供水箱，且兩個供水箱設置高度不同，內部的水的相對壓差不同。

所述供水管路系統至少包括一級分支管、二級分支管和三級分支管，所述一級分支管有兩個，分別連通不同的供水箱，所述一級分支管上均設置有多個二級分支管，所述二級分支管的末端設置有延伸入模型箱體內的三級分支管。

進一步的，所述三級分支管上設置有多個滲水孔。

進一步的，所述三級分支管纏繞有麻絲，防止模型材料花管壁上的滲水孔堵塞。

進一步的，所述一級分支管上設置有多個四通管，以延伸連接不同的二級分支管，使得供水方向改變。

進一步的，所述二級分支管的結構一致，以保證供水分散的均勻性。

進一步的，所述供水箱設置有自動加壓裝置，且供水箱內設置有壓力表，以實時調節供水壓力。

進一步的，所述滲水孔成矩陣式均勻分布，以維持滲流的穩定和均勻性。

進一步的，所述三級分支管具有一弧度，使得供水方向從平行於模型箱體側面方向改變為垂直方向。

進一步的，所述隧道外表面設置有二次襯砌。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

(1)本發明通過多級分支管，將供水壓力進行分散，能夠更好的進行滲流的模擬，保證模擬效果；

(2)本發明的三級分支管上設置有滲流孔，以使壓力水流出並擴散進入模型體內或沿相應的節理裂隙等滲流路徑流動；且由麻絲纏繞，模型製作時細粒材料不會堵塞空洞。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用於解釋本申請，並不構成對本申請的不當限定。

圖1為本發明的示意圖；

圖2為本發明的水箱側面及一、二級支管系統正視圖；

圖3為本發明的水箱側面鋼板及一級支管、二級支管穿越鋼板與花管連接側視圖；

圖4為本發明的防堵塞花式銅管示意圖；

圖5為本發明的二級支管示意圖；

其中，(1)一級支管，(2)二級支管，(3)防堵塞花式銅管，(4)壓力水源箱，(5)供水管，(6)模擬開挖隧道，(7)二次襯砌，(8)水箱側面鋼板，(9)四通管，(10)銅管壁上小圓孔，(11)花銅管壁上的螺紋。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這裡所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這裡所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括複數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語「包含」和/或「包括」時，其指明存在特徵、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

一種用於模型地質體內的模擬滲流生成的裝置系統包括：供水管、壓力水源箱、自動加壓裝置、一級支管、二級支管、防堵塞花式銅管等，其中，一級支管，位於模型箱體側面，每側面有兩個，一個下端深入下壓力水箱，另一個下端深入上壓力水箱。

上、下水源箱均可提供不同壓差的壓力水。

二級支管均為塑料材質，固定於模型箱體側板上，一端用螺母固定在側向鋼板上並穿越鋼板與銅花管相連通，另一端與一級支管相連。

所述花管均為銅質材質，壁上鑽有梅花狀分布的小圓孔，用麻絲纏繞，防止模型材料花管壁上的小圓孔堵塞。

壓力水箱中的水由外部水源通過供水管經加壓後供給，水的壓力值可由儀錶盤確定並根據需要自行調節加壓。模型試驗箱體兩個側面，每個側面有兩根垂直於水箱的一級支管，一根與下水箱聯通，另一根與上水箱聯通。

二級支管：水箱頂一級支管與8個二級支管相連通，二級支管的出口端穿越鋼板，與埋入材料內部的水平銅花管相連通，兩側支管總數為32個。

花管：花管由直徑較小的銅管制作而成，銅管壁上鑽有很多小圓空，小圓空中有壓力水流滲出，流向模型材料體內，管壁纏繞有一層薄麻絲，防止小圓孔堵塞。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示，提供了一種用於模型地質體內的模擬滲流生成的裝置系統，包括上水箱自動蓄水裝置(1)，上水箱自動加壓裝置(2)，下水箱自動蓄水裝置(3)，下水箱自動加壓裝置(4)，供水幹管(5)，一級支管(6)，二級支管(7)，防堵塞花式銅管(8),模擬開挖隧道(9)，供水箱(10)等。自動加壓裝置(2)(4)給水源箱體(10)內水自動加壓，壓力水自上下水箱進入一級支管(6)，由一級支管(6)進入二級支管(7)，再由二級支管(7)進入防堵塞花式銅管(8)，然後由防堵塞花式銅管(8)擴散滲透到模型材料內。

水源箱(10)內的壓力水的壓差可根據設計需要自動調整，上下部水源箱分別為模型材料的模型體提供不同壓差的滲透水。

二級支管(7)出口每側有16個，兩側共有32個，防堵塞花式銅管(8)於模型箱體側面鋼板進入模型材料內5cm，並被固定於側面鋼板上。

二級支管(7)為塑料材質，防堵塞花式銅管(8)為銅質材料。

防堵塞花式銅管(8)為銅質材料，管壁鑽有成梅花狀分布的小圓孔，以使壓力水流出並擴散進入模型體內或沿相應的節理裂隙等滲流路徑流動。

防堵塞花式銅管(8)壁上呈梅花狀分布的小圓孔由麻絲纏繞，模型製作時細粒材料不會堵塞空洞。

本滲流生成實驗裝置系統，可以實現三維模型地質體內滲流的高仿真度模擬並可以準確模擬隧洞開挖過程中滲流場的演化規律。相比實際工程中的滲流監測,該模擬仿真系統仿真度高,且避免了實際工程中各種施工因素的幹擾,可以對滲流場進行長期跟蹤模擬。

本發明具體的工作流程如下：

外部供水系統通過(5)向上下兩個水箱內供水，上下兩個水箱內的壓力水通過水壓由裝置(12)進行量測，上下水箱內的水通過一級支管(1)向上輸送，支管(1)內的壓力水通過二級支管(2)流向埋在模型材料內的花銅管(3)，花銅管內的壓力水通過銅管壁上的小圓孔10(見圖3)流向模型材料內部，生成滲流場。模型材料開挖後，滲流場發生改變。二次襯砌(7)完成後滲流場逐漸趨於穩定狀態。(8)為模型的側向鋼板，(12)為水壓表。

以上所述僅為本申請的優選實施例而已，並不用於限制本申請，對於本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護範圍之內。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。